資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物學 年級 高一 學期 春季
課題 DNA的結構
教學目標
能用結構和功能相適應的觀點認識DNA分子結構特征，樹立生命觀念。 通過分析科學史料，嘗試構建DNA雙螺旋結構模型，提高分析綜合能力、建模能力和學科融合能力，形成科學思維的習慣。 通過建構DNA雙螺旋結構模型，了解科學家的研究過程和方法，掌握科學探究的基本思路和方法。
教學內容
教學重點： DNA分子結構的主要特點。
2. DNA雙螺旋結構模型的制作。
教學難點： 1. DNA分子結構的主要特點。
教學過程
一、創設問題情境，引出學習課題 呈現資料：“現代刑偵領域中，DNA指紋技術發揮著越來越重要的作用。只需要一滴血、精液或是一根頭發等樣品，刑偵人員就可以進行DNA指紋鑒定，從而確定罪犯。” 由此提出問題：“為什么可以通過比對DNA來確定罪犯？”、“DNA作為遺傳物質是怎樣儲存遺傳信息的？” 設計意圖：引起學生注意，充分調動學生的學習積極性，激發求知欲，使學生帶著問題進入學習。 二、模擬科學探索歷程，構建DNA結構模型 任務一：DNA結構的發現歷程 1.構建DNA的基本單位 當時，科學界認識到DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈。這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G4種堿基。提問：脫氧核苷酸由哪些成分組成？脫氧核糖5個碳分別在哪？ 設計意圖：通過復習核酸知識，分析掌握４種脫氧核苷酸之間的區別，為構建多核苷酸鏈模型做準備。?? 2.相鄰的脫氧核苷酸如何形成長鏈 呈現脫氧核苷酸連接的3種方式，觀察脫氧核苷酸的結構式，觀察五碳糖的最上面的角上其實是一個氧，不具備可以脫水縮合的條件。再類比ATP，我們知道磷酸基團之間形成的化學鍵容易斷裂，所以應該是磷酸與脫氧核糖相連。接著觀察核苷酸之間酯鍵的位置，理解“３,５-磷酸二酯鍵”將兩個脫氧核苷酸連接起來，由此多個脫氧核苷酸可以通過該鍵形成一條長鏈。?? 設計意圖：通過建構DNA單鏈的結構模型，加深對“磷酸二酯鍵”的理解。 3.DNA分子有幾條鏈？ 呈現資料：威爾金斯和富蘭克林，使用Ｘ射線衍射技術，獲得了高質量的DNA衍射圖譜。簡單介紹Ｘ射線衍射技術。進行模擬實驗：用激光水平照射豎直的圓珠筆中的小彈簧，在墻上形成衍射圖像。 學生發現該圖像與DNA分子Ｘ射線衍射圖像十分相似。推測DNA結構應該是螺旋形的。但經仔細觀察比較后，發現富蘭克林拍攝的照片中少了一層光斑。由此推測，DNA應該不止一條鏈。?? 呈現資料：富蘭克林通過衍射圖譜得出DNA螺旋的直徑為2nm，經過顯微鏡測定DNA直徑，2條鏈，3條鏈的直徑都為2nm，由此他推測DNA可能由2條鏈或3條鏈構成。接著，他又分別測定2、3條鏈的含水量，結果2條鏈DNA與實際的含水量相符。由此推測DNA由兩條鏈構成。 設計意圖：Ｘ射線衍射技術對于學生來說比較抽象，利用身邊的常見用品動手模擬衍射實驗。使學生獲得真實感，增強學生對DNA雙螺旋結構的直觀認識，了解DNA空間結構的發現與物理中干涉和衍射的原理密切相關。學生從中體會到任何學科都不是孤立的，現實中很多實際問題的解決都涉及多學科知識的綜合。 4.DNA兩條鏈的排列方式 教師提示：在磷脂雙分子層結構中，親水的頭部和疏水的尾部是怎樣分布的？ 脫氧核糖和磷酸具有親水性，而堿基具有疏水性。 細胞中的DNA處于液體環境中，據此推導應該是堿基在內側，磷酸在外側。 查閱資料發現，DNA衍射圖譜顯示雙鏈間的距離是不變的。化學資料表明，4種堿基的結構簡式如下，嘌呤是雙環的比較長，而嘧啶是單環的比較短。查哥夫測定了不同生物DNA中堿基的含量，發現A的數量等于T，G等于C，根據這樣的數量關系，確定堿基的互補配對關系。再根據DNA衍射圖譜翻轉180°后與未翻轉的一模一樣，推測DNA是反向平行的。 設計意圖：引導學生學會用建模的方法提出假說，并且檢驗假說，促進學生形成證據意識，發展科學思維能力，同時體會直覺思維在科學研究中的重要作用。 任務二：DNA雙螺旋結構的主要內容 通過不斷修正構建DNA的平面模型，據此總結出DNA雙螺旋結構的主要內容，并完成學習任務單。 設計意圖：通過問題探討，引導學生形成結構與功能觀；在小組合作探究中，提升學生處理信息的能力和歸納推理的能力。 任務三：DNA分子結構的特性 解決本節課關于DNA指紋技術的問題：DNA分子之間的差異體現在何處？它又為什么能夠成為身份證明的關鍵？警方采取DNA分析比對，耗時較長，但是樣本為什么仍能保存完好？通過對問題的解釋引導學生理解DNA具有多樣性、特異性和穩定性。 設計意圖：引導學生歸納概括出DNA的分子特性，更加深入地理解DNA分子結構，同時滲透結構與功能觀。引導學生、根據本節課程所學理論知識解釋DNA鑒定能判斷一個人身份的原因，使教學做到首尾呼應。? 三、總結回顧，解決問題 教師引導學生歸納總結DNA分子的模型建構過程和DNA雙螺旋結構模型的特點，形成知識網絡。接著教師繼續設問啟思：在 DNA結構研究人員中，沃森和克里克資歷最淺，知識與經驗最缺乏，但他們卻在這場科學競賽中贏得了勝利。你認為他們能超越他人獲得成功的原因是什么？ 設計意圖：激勵學生學習科學家善于綜合多學科成果、善于合作、堅持不懈等科學精神，自覺培養優良品格，全面提升自己，樹立遠大理想。

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