資源簡介

生物 學(xué)科教學(xué)設(shè)計
教學(xué)設(shè)計
題目 DNA的結(jié)構(gòu) 授課年級 高中一年級
生物課 程學(xué)習(xí) 目標(biāo) 1.通過模擬DNA衍射實驗，認同DNA的螺旋結(jié)構(gòu)，增強科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。 2.通過科學(xué)史資料論證，運用歸納與概括，演繹與推理、模型與建模的方法，構(gòu)建并解釋DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念以及批判性和創(chuàng)造性的科學(xué)思維。 3.通過了解科學(xué)家對DNA結(jié)構(gòu)探究的一般過程，認識到科學(xué)技術(shù)的進步對認識生命科學(xué)的重要性，養(yǎng)成不懼權(quán)威的科學(xué)精神和實事求是的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任。 4. 概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點。
教學(xué)技 能訓(xùn)練 目標(biāo) 1.通過精心組織，基于科學(xué)史材料，以故事的形式分析總結(jié)結(jié)論，激發(fā)學(xué)生的好奇心，運用科學(xué)思維展開講解和論證，課堂教學(xué)留給學(xué)生小組合作表達交流，獨立思考問題，在不斷驗證的過程中加深對知識的理解和加工。在此過程中關(guān)注學(xué)生的行為和反應(yīng)，及時引導(dǎo)、反饋。 2.通過循序漸進的探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程，恰當(dāng)運用論證式教學(xué)模式，從而掌握DNA結(jié)構(gòu)的全貌，滲透科學(xué)家們敢于探索、敢于質(zhì)疑、團結(jié)協(xié)作的精神，加強科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力。 3. 通過對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建過程的交流和討論，認同交流合作、多學(xué)科交叉在科學(xué)發(fā)展中的作用。 4. 制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
教學(xué) 重點 學(xué)科 內(nèi)容 重點 基于科學(xué)史建構(gòu)“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”。 DNA結(jié)構(gòu)的主要特點。
技能 訓(xùn)練 重點 培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括，演繹與推理、模型與建模能力，構(gòu)建并解釋DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
教學(xué) 難點 學(xué)科 內(nèi)容 難點 探究在DNA分子中堿基如何配對。 DNA結(jié)構(gòu)的主要特點。
技能 訓(xùn)練 難點 引導(dǎo)學(xué)生演繹與推理DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 歸納與總結(jié)DNA結(jié)構(gòu)的主要特點。
教 學(xué) 過 程
時間 教師行為 預(yù)設(shè)學(xué)生行為 教學(xué)設(shè)計意圖
00分00秒 【組織教學(xué)】 組織課堂紀(jì)律。 【整理集中】 集中注意力 組織課堂，構(gòu)建一種和諧的、有利于提高課堂教學(xué)效果的課堂秩序。
00分10秒 一、模擬實驗引入 【模擬DNA衍射實驗】 用激光筆照射彈簧的螺旋部分，并將透射光投射在豎直墻壁上。 （板書：DNA 螺旋結(jié)構(gòu)） 【觀察比較】 認真觀察墻壁上呈現(xiàn)的衍射條紋的圖樣，比較富蘭克林的DNA衍射圖譜，理解DNA螺旋結(jié)構(gòu)的猜想。 真實還原當(dāng)年科學(xué)家們利用倫琴射線衍射圖樣分析DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實驗原理，直觀演示實驗吸引學(xué)生，進一步驗證DNA是螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)論的正確性，加深學(xué)生印象，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的科學(xué)思維。
00分45秒 01分07秒 01分30秒 02分10秒 02分50秒 04分40秒 05分05秒 二、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建科學(xué)史 【展示圖片】 利用PPT向?qū)W生介紹三組不同實驗室對DNA結(jié)構(gòu)探索的方法，并將科學(xué)家們探索DNA結(jié)構(gòu)的過程生動比做一場競賽。 【時間回溯】1 PPT展示：1951年沃森克里克的三螺旋結(jié)構(gòu)模型，向?qū)W生介紹其特點之一是堿基在外邊。隨即引入另一組競爭對手女科學(xué)家富蘭克林毫不留情否認的沃森與克里克的三螺旋結(jié)構(gòu)模型。 （板書：三鏈 堿基在外） 【提出問題】 提供資料：細胞中的環(huán)境是親水的，而DNA分子的含氮堿基是疏水的。 提問：DNA生活在細胞這個水環(huán)境中，堿基應(yīng)該在外側(cè)，還是內(nèi)側(cè)呀？ 評價學(xué)生回答情況。依據(jù)資料得出結(jié)論：堿基在DNA螺旋的內(nèi)側(cè)。 （板書：→內(nèi)） 【時間回溯】2 PPT展示：1952年6月，克里克尋求格里菲斯的幫助，提出新的證據(jù)：腺嘌呤(A)吸引胸腺嘧啶(T)，鳥嘌呤(G)吸引胞嘧啶(C)。 （板書：→A-T C-T） PPT展示：以表格的形式呈現(xiàn)查哥夫的實驗結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同種類堿基總量的比例為1:1，即腺嘌呤(A)的量與胸腺嘧啶(T)的量大致相同；鳥嘌呤(G)的量與胞嘧啶(C)的量大致相同。 （板書：A=T,C=G） 【提出假設(shè)】 做出假設(shè)：DNA分子中含有兩條鏈，一條鏈的A與另一條鏈的T相互吸引，一條鏈的C與另一條鏈的G相互吸引，這樣必然會導(dǎo)致A=T，C=G，恰恰說明了查哥夫規(guī)則。 （板書：雙鏈） 【時間回溯】3 PPT展示： 1、威爾金斯對沃森的啟示。 2、佩魯茲提出DNA鏈反向平行。 （板書：標(biāo)題：雙 模型的構(gòu)建） 3、現(xiàn)收藏于紐約科學(xué)博物館DNA模型以及立體模型。 （板書：照片51號） 【驗證模型】 經(jīng)計算構(gòu)建的模型衍射圖形與富蘭克林衍射圖譜一致。 【觀看圖片】 觀看圖片，了解當(dāng)時科學(xué)界對DNA結(jié)構(gòu)探索的熱情，產(chǎn)生興趣。 【時間認知】 在教師引領(lǐng)下關(guān)注三螺旋結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)特點，重點關(guān)注堿基位置。認識女科學(xué)家富蘭克林，提高注意力。 【回答問題】 堿基應(yīng)該在DNA螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。 【時間認知】 走進當(dāng)時科學(xué)家們探索的歷程，代入當(dāng)時的一切認知，產(chǎn)生思考。 仔細觀察表格數(shù)據(jù)，產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)：腺嘌呤(A)的量與胸腺嘧啶(T)的量大致相同；鳥嘌呤(G)的量與胞嘧啶(C)的量大致相同。 【認真思考】 跟隨教師的思路，產(chǎn)生聯(lián)想，認同雙鏈的假設(shè)。 【肯定猜想】 跟隨教師思路回顧DNA雙鏈提出后的補充。 通過科學(xué)家們之間的競賽，吸引學(xué)生對后續(xù)科學(xué)史的興趣，引入本節(jié)課的主線內(nèi)容。 提前關(guān)注DNA螺旋結(jié)構(gòu)中堿基的位置，為后面引出堿基位于螺旋結(jié)構(gòu)的外面埋下伏筆。通過兩組競爭實驗室的科學(xué)家之間的激烈碰撞，吸引學(xué)生探索的欲望。 由堿基的疏水性聯(lián)想生物膜的流動鑲嵌模型，幫助學(xué)生理解“堿基在內(nèi)側(cè)，磷酸在外側(cè)”的DNA結(jié)構(gòu)特點，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)想的科學(xué)思維。 思考新的證據(jù)所帶來的對探究DNA的結(jié)構(gòu)的線索，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。 通過提供證據(jù)進一步驗證結(jié)論，加深學(xué)生對堿基互補配對這一正確猜想的印象的理解。幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。 帶領(lǐng)學(xué)生思考，對DNA是兩條鏈的假設(shè)產(chǎn)生認同，進而激發(fā)學(xué)生繼續(xù)驗證的興趣。培養(yǎng)學(xué)生驗證假設(shè)的科學(xué)思維。 通過不同實驗室科學(xué)家們的合作，成功構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并通過計算進一步驗證模型，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維以及團結(jié)寫作的科學(xué)探究精神。 通過驗證培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。
05分23秒 06分00秒 06分35秒 07分00秒 07分40秒 三、組織總結(jié)科學(xué)家精神 【展示圖片】 1953年4月25日，沃森和克里克在英國《自然》發(fā)表題為《核酸的分子結(jié)構(gòu)-脫氧核糖核酸的一個結(jié)構(gòu)模型》，著重強調(diào)這個日子的特殊性。提出生物學(xué)史上的70周年。 【提出問題】 介紹三位科學(xué)家：克里克，沃森，威爾金斯于1962年獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。 提問：還有哪一位科學(xué)家的貢獻不能被忽略？ 評價學(xué)生回答 【組織總結(jié)】 回顧整段DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)歷程，提問：大家有什么啟發(fā)？ 【組織交流】 組織不同小組代表發(fā)言。 【總結(jié)評價】 教師對學(xué)生的踴躍發(fā)言給予肯定，并總結(jié)這段科學(xué)史對生活的啟示。 【觀看圖片】 認真觀看課件，思考并得出結(jié)論：文章發(fā)表時間距今70年。 【回答問題】 回憶故事，思考并回答：富蘭克林。 【小組交流】 小組內(nèi)部展開激烈探討交流。 【小組發(fā)言】 小組代表踴躍發(fā)言 【反饋反思】 對教師的總結(jié)進行反饋與反思。 認識生物史上重大事件的發(fā)生節(jié)點，培養(yǎng)學(xué)生對生物這一學(xué)科的興趣。 在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程中，每一位科學(xué)家的貢獻都不可忽視，幫助學(xué)生構(gòu)建團結(jié)協(xié)作的精神。 通過組織學(xué)生小組交流，培養(yǎng)學(xué)生表達交流與合作探究的能力。提高學(xué)生對生物的學(xué)習(xí)興趣以及對科學(xué)家們的敬意。
10分00秒 13分10秒 17分00秒 27分30秒 四、探究DNA的結(jié)構(gòu) 【提出問題】 DNA的組成成分有哪些？ 4種脫氧核苷酸是怎樣連接成DNA單鏈的？ 利用多媒體課件展示脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)式，通過對結(jié)構(gòu)式的分析，引導(dǎo)學(xué)生說出脫氧核苷酸之間的連接方式和磷酸二酯鍵。 【實踐探究】 教師提供DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的材料讓學(xué)生組裝由約10個脫氧核苷酸連接而成的單鏈。 【模擬活動】 組織學(xué)生開展模擬DNA兩條單鏈的排列方式的活動，模擬活動只提供大概要求，具體模擬方法由學(xué)生分組討論完成。例如，可以將每個學(xué)生視作一個脫氧核苷酸，小組內(nèi)不同成員相互連接形成DNA的平面結(jié)構(gòu)。 【組織總結(jié)】 小組活動后，教師選擇1～2個小組的活動進行展示，組織全班總結(jié)、交流DNA的結(jié)構(gòu)特點。 【回答問題】 回顧舊知，思考并回答：1.DNA包含磷酸、堿基和脫氧核糖，堿基有A、T、G、C 4種。 2.每個脫氧核苷酸通過其脫氧核糖第3位的碳原子與相鄰脫氧核苷酸的磷酸基團形成磷酸二酯鍵相連接，由此，許多個脫氧核苷酸連接而成長鏈。 【動手操作】 動手組裝由約10個脫氧核昔酸連接而成的單鏈。 【開展活動】 學(xué)生分組進行模擬探究。 有的小組經(jīng)討論提出如下方案：組員站成一列模擬一條脫氧核苷酸鏈，每個組員用軀干模擬脫氧核糖，左手模擬磷酸，搭在前一個組員的肩上，右手模擬堿基，側(cè)平舉掌心向前，如此站立時，則方向相同的兩列組員是無法掌心相對的，只有兩列組員站立方向相反時，才能以握手模擬堿基互補配對。 【總結(jié)交流】 交流并踴躍發(fā)言：DNA的兩條單鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，一條單鏈?zhǔn)菑?'-端到3'-端的，另一條單鏈則是從3'-端到5'-端的，中間由氫鍵連接，其中A=T,C≡G。 解析DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，了解脫氧核苷酸單鏈的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，逐步揭示DNA的結(jié)構(gòu)。 通過對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建過程的交流和討論，認同交流合作、多學(xué)科交叉在科學(xué)發(fā)展中的作用，并逐漸培養(yǎng)科學(xué)思維，提高動手操作能力。 通過模擬DNA兩條單鏈的排列方式的活動過程中的小組交流與合作，理解DNA雙螺旋是反向平行連接的，同時培養(yǎng)學(xué)生表達交流與合作探究的能力。 通過組織學(xué)生小組交流，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納能力。
31分20秒 37分00秒 五、拓展探究，加深理解 【提出問題】 教師引導(dǎo)學(xué)生觀察DNA結(jié)構(gòu)模型思考如下問題： DNA只含有4種脫氧核苷酸，它為什么能夠儲存足夠量的遺傳信息？ 為什么每個DNA模型都與眾不同 不同生物的DNA是否也不同 （關(guān)于DNA的特異性，可安排學(xué)生課后閱讀“科學(xué)·技術(shù)·社會”了解DNA指紋技術(shù)。） DNA是如何保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的？ 【課堂總結(jié)】 教師依據(jù)板書，帶領(lǐng)學(xué)生梳理DNA的結(jié)構(gòu)特點及意義。 【回答問題】 認真思考并回答： 不同的DNA模型中堿基的排列順序都是不同的，這體現(xiàn)了DNA的多樣性。 每個DNA模型中堿基的排列順序都是特定的，不同生物的DNA也不同，體現(xiàn)了DNA的特異性。 堿基對之間的氫鍵維系DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 【記錄補充】 根據(jù)教師思路，鞏固新知，完善筆記。 觀察已有的DNA結(jié)構(gòu)模型，對DNA結(jié)構(gòu)特點的認識更加直觀具體。逐層解析，層層深入，使學(xué)生對DNA結(jié)構(gòu)的認識更加深刻到位。 幫助學(xué)生梳理知識，關(guān)注重點，建構(gòu)概念。進一步理解DNA的結(jié)構(gòu)特點。
板書設(shè)計
設(shè)計思路說明 本節(jié)內(nèi)容選自人教版高中生物學(xué)教材必修2第3章第2節(jié)。 學(xué)生在必修1已經(jīng)掌握了DNA的組成和基本單位，知道DNA是主要的遺傳物質(zhì)，本節(jié)課通過讓學(xué)生走進科學(xué)形成之路，還原科學(xué)探索過程。通過進一步認識DNA的結(jié)構(gòu)，理解DNA是怎樣儲存遺傳信息的，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。學(xué)生在對知識的體驗、發(fā)現(xiàn)、探索和形成的過程中，獲得了對知識更深刻的認識，進一步培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。引導(dǎo)學(xué)生通過優(yōu)化的課件和學(xué)科概念推測出合理的模型構(gòu)建方案，從而鞏固生物學(xué)概念提升科學(xué)探究能力?？紤]到科學(xué)史的真實性及如何整體認識DNA的結(jié)構(gòu)，本節(jié)課的設(shè)計采取了正向的探究教學(xué)，從宏觀到微觀，從整體到局部，層層深人進行探究，最終再回到整體的認識，使認識得到升華。

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