資源簡介

3.2 DNA的結構 教學設計
課題 3.2 DNA的結構 學校 、班級
科目 課型 新授課 課時 1 執教
生物
課標要求
大概念：遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳 重要概念：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上 次位概念： 概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。
教材內容分析
教材 內容 《DNA分子的結構》是高中（人教版）生物必修2第3章第2節內容。 教材編排從自然界普遍存在的遺傳和變異現象入手研究到染色體是遺傳因子的載體，到組成染色體的兩種成分中誰是遺傳物質的探究，層層深入，使遺傳學向著分子水平快速前進。DNA分子雙螺旋結構的提出是生物發展史上具有最深遠意義的事件，重溫這段探究歷史，明確DNA的結構和特點是接下去學習《DNA的復制》、《基因的表達》等生物的遺傳和變異理論的基礎。而且DNA獨特的雙螺旋結構保證了DNA具有多樣性、特異性、穩定性的特征，它是學生理解生物的多樣性、特異性、物種穩定性本質的結構基礎。本節內容是在學生知道DNA是主要的遺傳物質后，引導學生進一步認識DNA的結構，理解DNA是怎樣儲存遺傳信息的，進而形成結構與功能相適應的生命觀念。
地位 作用 從知識結構上看，本節內容既是對前面已學習的孟德爾遺傳定律和減數分裂知識進一步的深化理解，也是為后面學習《DNA的復制》、《基因的表達》等生物的遺傳和變異奠定理論基礎。因此說，本節課起到了承上啟下的作用，是高中生物重要內容之一。
學習者特征分析
一般 特征 本節課的授課對象是高一年級學生，具有一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續性和邏輯性已初步建立，他們的學習積極性較高，課堂上應該充分調動學生的積極性，引導學生不斷思考，體現學生的主體性和教師的主導性，在講解過程中可借助多媒體技術，幫助學生識記和理解。 學生已經掌握核酸的元素組成，認識了有絲分裂、減數分裂和受精作用等生物知識，掌握了生物的生殖過程、染色體的化學組成等相關知識，了解了DNA是主要的遺傳物質，這為新知識的學習奠定了認知基礎，同時，具備了一定的數學、物理和化學知識，但對于學生對實驗方法不了解，動手能力不強，缺乏認真求實的科學態度和堅持不懈的科學精神等問題，教師應在學生探究的過程中進行適當的引導。
原有 能力 學生通過必修一的學習，已經掌握DNA的基本單位及化學組成等基本知識，知道DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈構成；具備一定的自主學習和合作探究能力，具備一定的識圖能力、比較分析能力和歸納總結能力。
教學 目標 1.在教師引導下，小組根據已學知識和科學史，建構DNA分子雙螺旋結構模型。 2.通過對建構的DNA分子雙螺旋結構模型的分析總結，準確說出DNA分子的結構特點。 3.領悟模型建構在研究中的應用，體會持之以恒的科學精神。 4.通過動手制作模型，培養觀察能力，動手能力及空間想象能力等，形成結構與功能觀。
教學重點 1、DNA分子結構的主要特點 2、DNA分子的特性 3、構建DNA分子結構模型
教學難點 1、構建DNA分子結構模型 2、雙鏈DNA分子中各種堿基的數量關系
教學工具 多媒體教學（PPT、圖片、視頻）、DNA物理模型
教學方法 探究式教學法、任務驅動教學法、情景體驗法、交互式教學法、多媒體輔助教學法等
學習方法 制作模型、合作學習、自我展示、閱讀理解、查閱資料等
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
情景 導入 【視頻導入】 播放偵查小短片，尋找真兇的密碼，提問“真兇的密碼”是什么？ 學生：DNA。 我們在第一節課學習了DNA是主要的遺傳物質，科學家在了解到DNA是主要的遺傳物質之后，迫切想要知道DNA具有怎樣的結構，才能作為大多數生物的遺傳物質。 引出新課：《第二節 DNA分子的結構》。 觀看視頻，思考視頻中出現的“真兇的密碼”是什么？ 通過視頻導入，激發學生興趣，使學生一上課就融入學習和探究的氛圍中，為整堂課的教學奠定了一個神秘的氛圍。
一、DNA雙螺旋結構模型的構建 1950年前后，有這樣一批科學家同時參與到DNA分子的研究當中，主要人物有：英國劍橋大學卡文迪許實驗室的沃森和克里克，美國加州理工學院的鮑林，以及英國皇家學院實驗室的威爾金斯和富蘭克林。鮑林在多肽方面的研究方法使沃森和克里克意識到模型建構的重要性，他們決定也采用硬紙板和金屬片建構模型的方法，來解決DNA結構的問題。 在前行的道路上，他們遇到了一個又一個的難題，下面就讓我們一起跟著科學家的腳步看他們是如何不氣餒，不放棄，攻克一個又一個難題的。 當時科學界對DNA的認識： DNA的元素組成：____________5種元素 組成DNA分子的基本單位是__________ 1分子脫氧核苷酸=______+____+_____ DNA是由許多個脫氧核苷酸連接而成的長鏈。核苷酸與核苷酸之間是通過_____連接的。 沃森和克里克遇到的難題： 難題1：DNA分子由幾條鏈構成？ 【資料1】 1951年11月，根據威爾金斯和富蘭克林提供的DNA晶體X射線衍射照片獲得的數據，沃森和克里克推測出DNA分子是規則的、螺旋形的，而且不止由一條鏈構成。他們先后建構了幾種模型，三鏈、雙鏈都有。經過無數次嘗試之后，沃森和克里克最終認為DNA分子是由兩條鏈構成的。 DNA分子由兩條鏈構成，那么問題接踵而至。 難題2：兩條鏈中的堿基是排在外側，還是在內側？ 【資料2】：正當他們百思不得其解時，富蘭克林為他們提供了一個很重要的信息，指出DNA是一個親水分子。堿基疏水，磷酸-脫氧核糖骨架親水。 兩條鏈中的堿基排列在內側。 難題3：堿基是如何配對？同型配還是異型配？ 【資料3】：沃森和克里克在信息不明朗的情況下將相同的堿基進行了配對，但是化學家指出這種配對方式違反了化學規律，很快這個模型就被否定了。 為什么A與A（嘌呤堿基與嘌呤堿基）不能配對，T與T（嘧啶堿基與嘧啶堿基）不能配對呢？ 由于嘌呤堿基A和G是雙環化合物，占有空間大；嘧啶堿基T和C是單環化合物，占有空間小。而DNA分子的兩條鏈的距離是固定的，只有始終是嘌呤堿基與嘧啶堿基配對，才能保證DNA分子具有穩定的直徑。 堿基是異型配。 難題4：堿基應該是G配C，A配T；還是A配C，G配T？ 這個時候新的數據又來了，1952年春天，奧地利的著名生物生物化學家查哥夫訪問了劍橋大學，沃森和克里克從他那里得到了一個重要的信息 。 【資料4】：1952年，奧地利著名生物化學家查哥夫研究得出： A=T，G=C 堿基應該是G配C，A配T 難題5：DNA的兩條鏈是同向的還是反向的？ 【資料5】： 1952年11月，富蘭克林提出了一份報告，其中說明DNA的對稱性，意思是DNA的結構即使翻轉180°之后看起來還是一樣。 DNA的兩條鏈是反向的 當他們利用這些信息用金屬材料制作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較時，發現兩者完全相符。 至此，所有難題被攻克了，沃森和克里克很快于1953年在英國《自然》雜志上刊載了他們的論文《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的一個結構模型》。并于1962年，同威爾金斯一起獲諾貝爾生理學或醫學獎。富來克林因病去世而未享此殊榮。 1、構建過程 2、構建依據 （1）堿基分別為A、T、G、C的四種脫氧核苷酸連接可構成DNA長鏈分子 （2）DNA衍射圖譜表明DNA分子呈雙螺旋結構 （3）DNA分子中A=T，G=C。 二、DNA的分子結構 1.DNA的基本單位－脫氧核苷酸 利用手中的模型，構建一分子脫氧核苷酸 脫氧核苷酸各組分之間的連接有什么特點？ 脫氧核糖上與堿基相連的碳叫作1’-C，與磷酸基團相連的碳叫作5’-C。 2.脫氧核苷酸是如何連接成一條脫氧核苷酸鏈的？ 構建一條脫氧核苷酸鏈。 一個脫氧核糖連接幾個磷酸？ 一個DNA分子有幾個游離的磷酸？ 一條鏈上相鄰的兩個堿基連接方式？ 3.DNA分子的平面結構 利用手中的模型，構建出DNA分子的平面結構。 觀察你制作的模型，回答下列問題，嘗試著跟你的同桌描述DNA的結構特點。 DNA基本骨架由哪些物質構成？它們分別位于DNA什么部位？ DNA中堿基如何配對？它們位于DNA什么部位？ DNA的兩條鏈的排列方式是怎樣的？ 總結DNA的結構特點： （1）DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈盤旋而成的。 （2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側。 （3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，且遵循堿基互補配對原則。 △小規律：“五四三二一” 五種元素：C、H、O、N、P 四種堿基：A、G、C、T 三種物質：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基 兩條長鏈：兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈 一種螺旋：規則的雙螺旋結構 5.DNA分子的空間結構 有喜歡戶外運動的同學爬過軟梯，相信大家小時候也都玩過滑梯，大家拿起手中的模型，怎么變成DNA的立體結構呢？（進行螺旋） 展示DNA空間模型，課件展示新加坡雙螺旋橋，洛雷托教堂的雙螺旋樓梯，學生直觀感知DNA的雙螺旋模型，請學生描述DNA的結構特點，其他同學進行補充。 學生聽講。觀看課件，了解各位科學家的貢獻。 完成資料的填寫，復習所學知識。 學生聽老師講解，思考，并回答相關問題。 學生聽老師講解，思考，并回答相關問題。 構建脫氧核苷酸的模型。 觀察并思考脫氧核苷酸各組分之間的連接的特點。 構建DNA分子的平面結構模型。 學生根據構建模型用到的知識來回答問題。 講述模型的內容，思考并回答相關問題。 學生回答：旋轉一定的角度 創設情境，使學生融入構建DNA分子結構模型的氛圍中.通過科學史引起學生探究DNA結構的興趣。 讓學生了解：科學探究的第一步就是要善于觀察，勤于思考，勤動手，并能提出有研究價值的問題。 從學生熟悉的知識出發，有利于學生更快進入學習狀態。 以資料形式呈現，幫助學生提高閱讀分析能力。 以問題串的形式將科學家們在構建DNA模型時遇到的問題呈現給學生，一方面可以讓學生了解科學史，另一方面可以提高學生分析問題，解決問題的能力，突破教學重點，注重訓練學生思維能力。 結合探究過程，激勵學生思考，理解進行科學探究必須要有嚴謹的推理和縝密的科學思維。 體驗建構模型的過程，回顧DNA分子結構的相關知識。 在體驗模型構建后學習DNA分子的結構特點，更有利于學生加深理解。 及時反饋，檢測學生掌握的情況，有利于學生掌握本節課的學習重點。
三、DNA的特性 不同小組展示你的模型，觀察你們組的模型和其他組的模型之間有什么異同？ 學生：和其他組的DNA模型有相似之處，也有不同。 請學生代表發言，教師引導總結DNA的多樣性和特異性。 課件展示導課視頻中出現的“真兇的密碼”，提問為什么視頻中角色會如此肯定確定了真兇，強調DNA分子的特異性。 觀察DNA的模型，總結DNA的穩定性。 思考并回答相關問題。
課堂小結 展示DNA模型教具，從知識內容、過程方法、生命觀念的角度進行小結，歸納概括。 共同總結本節所學 利用教具更加直觀的呈現DNA分子的結構，使學生更好的梳理本節課所學的內容。
課堂練習 完成練習題 獨立完成 扎實基礎
布置作業 完成《優化設計》對應習題 預習DNA的復制 落實基礎，提高能力
板書設計
教學設計反思
1.行課過程中強調多學科知識的融合對研究成功的重要性；強調質疑精神、創新求實精神是成功最基本的品質；強調互助、合作的重要性。 2.DNA分子多樣性和特異性的意義和價值是什么？可以由DNA分子的多樣性和特異性推出蛋白質的多樣性及特異性，進而推出生物性狀的多樣性和特異性。 3.課本資料和課外資料分顏色展示。 4.可以增加圖片增加趣味性，讓學生更加直觀感知DNA的結構。 5.可以把導課的視頻最后的畫面截圖作為課堂結尾，做到首尾呼應。 6.課堂小結時可以總結本節課設計到的物理模型和數學模型，強調模型對生物學習的重要性。

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