資源簡介

課堂試教教案 7
教師 班級 高一（12）班 教學日期
課題名稱 DNA的結構 第一課時 課型 新授課
課程標準 大概念3：遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳。 重要概念3.1：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3.1.2：概述DNA分子是由四種拖延核苷酸構成的長鏈，一般由兩條反向平行的長鏈上的堿基互補配對形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。
教材分析 “DNA的結構”選自人教版高中生物必修2“遺傳與進化”第三章基因的本質第2節，由DNA雙螺旋結構模型構建、DNA分子結構和DNA雙螺旋結構模型三部分構成。本節內容具有承上啟下的作用——DNA分子的雙螺旋結構是學生理解遺傳學理論的知識基礎，其雙螺旋結構保證了DNA多樣性、特異性和穩定性的特征，是學生理解生物多樣性、特異性和物種穩定性本質的結構基礎，對學生以后學習DNA的復制及遺傳規律有很大的促進作用。本節課設計的知識包括有絲分裂、減數分裂生物的生殖等，以及酶和ATP相關的知識。DNA中堿基的計算以及公式推導有助于鍛煉學生的思維，而DNA模型的制作則利于提高學生的動手能力，利于學生形象思維到抽象思維的發展。
學情分析 學生已經知道核酸是由核苷酸連接的長鏈，也知道核苷酸的基本單位以及另算、脫氧核糖、堿基的基本概念，對DNA有基本的了解。同時，在必修二前幾章，學生已經學習了分離定律和自由組合定律，了解了在有性生殖形成配子時，同源染色體分離，非同源染色體自由組合、染色體上的基因行為和染色體行為一致。但是學生對“染色體上的基因是什么”，“DNA雙螺旋結構的巧妙之處在哪里”“基因的本質是什么”“基因與DNA是什么關系”并不了解。這節內容對學生后面學習DNA復制、基因的本質、基因的表達等生物遺傳和變異理論的學習打好基礎。
教學目標 生命觀念 通過DNA結構模型的建構，概述DNA雙螺旋結構特點，領悟DNA結構和功能相適應的生命觀念。
科學思維 通過分析DNA雙螺旋結構模型，概述DNA結構的主要特點。
科學探究 通過對科學史的學習和分析，構建DNA雙螺旋結構模型。
社會責任
教學重點 DNA分子結構及主要特點 堿基互補配對原則
教學難點 DNA分子結構及主要特點
教學策略 講授-演示策略 建模教學策略
教學用具 多媒體課件、四種脫氧核糖核苷酸、DNA雙螺旋結構
板書設計 DNA的結構 一、溫故知新 二、DNA平面結構模型構建 1.脫氧核苷酸鏈的構建 2.DNA的平面結構的構建 3.DNA的空間結構——雙螺旋結構 三、DNA的結構特點
教學程序 教師活動 學生活動 設計意圖 備注
創設情境設疑引入 展示“北京長峰醫院火災事故”的時事案例 提問:DNA為什么可以作為鑒定身份的依據？ 因為每個人的DNA都是不相同的。 過渡：DNA作為主要的遺傳物質，它是怎樣儲存遺傳信息的？要回答個問題，我們首先需要弄清楚DNA的結構。那么下面我們就進入到DNA結構的學習。 學生了解時事案例回答:因為每個人的DNA是不同的。 通過時事案例引起學生的興趣和思考，引出本節內容的主題。
溫故知新回顧舊知 引入：在必修一中我們已經學習過DNA，首先，我們來回顧DNA的相關基礎知識。 展示：DNA的中文名稱、DNA的基本單位、脫氧核苷酸的分子構成、堿基的種類及四種脫氧核苷酸，并說明堿基和五碳糖在脫氧核糖上的連接位置。 學生回答DNA的中文名稱、DNA的基本單位以及四種脫氧核苷酸的名稱，明確堿基和磷酸基團在脫氧核糖上的連接位置。 為模型的構建打好知識基礎，為磷酸二酯鍵的學習打好基礎。
構建脫氧核苷酸長鏈 構建DNA平面結構 DNA雙螺旋結構 展示資料1： 當時，科學界已經認識到：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、G、C 4種堿基。 提問：這四種脫氧核苷酸是如何構成DNA的？ 講解：脫氧核苷酸之間的連接是通過一個脫氧核苷酸的脫氧核糖的3號碳的羥基和另一個脫氧核糖核苷酸的磷酸基團上的羥基發生縮合反應，我們看到縮合之后，失去了一分子的水，形成的連接兩個脫氧核糖和碳酸的鍵稱“磷酸二酯鍵”。從而使得脫氧核苷酸連接形成長鏈。 模型構建一： 構建一條脫氧核苷酸鏈，教師對學生的結果進行糾正，并指出脫氧核苷酸鏈具有方向性，即：連接有游離的磷酸基團的一端為5’端，另一端為3’端。 過渡：雖然人們知道脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵連接形成長鏈，但是卻對DNA的空間結構一無所知，直到五十年代，科學家們開始勵志要解開DNA的結構之謎，這個過程中有兩個實驗室非常著名，其中一個是卡文迪什實驗室。 科學史：我們說興趣是最好的老師，生物學家沃森對DNA結構的奧秘非常感興趣，于是他來到了英國劍橋大學的卡文迪什實驗室，在這里沃森遇見了對DNA結構同樣著迷的物理科學家克里克。生物學家沃森可以幫助克里克理解生物學的內容，物理學家克里克可以幫助沃森解釋晶體學的原理，因此二人達成了合作的關系。 展示資料2： 1951年11月，英國生物物理學家威爾金斯和他的同事富蘭克林應用X射線衍射技術獲得了高質量的DNA衍射圖譜。 講解：DNA衍射圖譜呈現“X”形，推算出DNA呈螺旋結構。并且沃森克里克推測DNA由兩條鏈或者三條鏈構成，也就是DNA是雙螺旋或者三螺旋。 提問：DNA是雙螺旋還是三螺旋呢？ 展示科學史： 沃森和克里克構建了三螺旋和雙螺旋的DNA結構模型，但是三螺旋結構模型的實際含水量與DNA理論的含水量不符，因此被否定了。 模型構建二：構建另一條脫氧核苷酸鏈 提問：兩條脫氧核糖核苷酸鏈是如何排布的？ 展示三種排布方式。 展示科學史： 1951年10月，生物學家沃森與物理學家克里克合力推出了兩股螺旋的DNA結構，他們把磷酸排在內側，含氮堿基排在外側。當他們邀請威爾金斯和富蘭克林前來觀看時，被兩人評價為“一無是處”。 提問：為什么沃森和克里克搭建的雙螺旋結構評論是“一無是處”的呢？ 提示：磷酸基團是親水的，堿基是疏水的。 講解：聽到親水和疏水同學們有沒有覺得很熟悉。構成細胞膜的磷脂，它有親水的頭部和疏水的尾部，那磷脂分子在構成細胞膜時是如何排布的呢？親水的頭部在外側，疏水的尾部在內側，那同理DNA處于液體環境，那磷酸基團應該排在？外側，堿基排在內側。 展示資料3： 富蘭克林發現提高空氣的濕度，可以讓DNA的衍射圖譜從A型轉變為B型，顯然DNA易吸收水分。所以她認為脫氧核糖核苷酸的親水磷酸基團應該位于DNA的外側，其余部分位于內側。 讓學生觀察脫氧核苷酸鏈，說明堿基分為兩大類：嘧啶和嘌呤，其中嘧啶包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）;嘌呤包括腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G）。 提問：堿基之間式如何配對的呢？ 引出：沃森和克里克嘗試了堿基位于螺旋內部，磷酸位于外部的雙螺旋結構，但是他們讓A與A、T與T、C與C、G與G配對。但是這個結構又被否定了，為什么？ 展示：堿基中嘌呤和嘧啶的化學結構式，得出嘌呤要比嘧啶更長，并引導學生思考如果將相同的堿基進行配對會對DNA結構造成什么影響——結構不穩定。 過渡：如果要讓DNA結構穩定，堿基配對之后直徑應該——相同，所以就應該是嘌呤堿基和嘧啶堿基配對，那是哪種嘌呤和哪種嘌呤配對呢？這時候查哥夫給沃森和克里克帶來了一條重要的信息，我。 展示資料4： 1952年7月,奧地利查加夫提供了一個關于DNA中堿基數量的關鍵信息：DNA中，A的量總是等于T的量；G的量總是等于C的量。 結合堿基的化學結構式和資料四的信息，分析得出在DNA中A和T的含量相等，G和C的含量相等，引導學生得出A和T配對，G和C配對。 展示DNA分子的平面結構，說明A與T配對、G與C配對，這種配對方式稱堿基互補配對原則。因此DNA分子直徑恒定。 提問：堿基之間是如何連接的？ 說明A與T之間形成兩個氫鍵，C與G之間形成三個氫鍵， 構建模型三：DNA的平面結構 引導學生觀察構建模型中兩條脫氧核苷酸鏈的方向，提問學生這種構建方式是否正確，還有沒有其他排列方式，兩種排列方式哪個正確。 提示：DNA分子旋轉180°之后DNA衍射圖譜和之前的一樣。 講解：既然DNA旋轉之后DNA衍射圖譜沒有發生變化，所以問題可不可以轉化為，將模型進行旋轉，然后觀察旋轉后的模型能不能和原來的模型重合。 展示：教具 引導學生思考得出DNA兩條鏈式反向的 提問學生得到的模型是否是DNA的最終結構，引出DNA的雙螺旋結構，展示DNA雙螺旋結構（多媒體、教具） 展示資料5： 1953年4月25日，沃森和克里克在英國《自然》雜志發表題為《核酸的分子結構-脫氧核糖核酸的一個結構模型》 講解：富蘭克林由于1958年因病去世從無緣諾貝爾獎，讓學生明確富蘭克林雖然沒有獲得諾貝爾獎，但是她對于DNA結構的建構所做出的貢獻是值得我們銘記。 學生體會連接方式，并進行兩個基本單位的正確連接，指出磷酸二酯鍵的位置，明確脫氧核苷酸鏈的方向性。 學生明確X射線衍射的原理，并得出DNA呈螺旋狀，并思考DNA是雙螺旋還是三螺旋。 學生明確三螺旋DNA結構模型不正確，得出DNA是雙螺旋，并構建出另一條脫氧核苷酸鏈，思考兩條鏈的排布方式。 學生類比細胞膜磷脂分子的排布方式，得出DNA中堿基位于螺旋內側，磷酸基團位于螺旋外側。 通過資料學生進一步確定堿基和磷酸基團分布位置，并結合資料重新構建模型。 學生思考堿基的配對方式。 學生思考得出嘧啶和嘌呤進行配對。 學生結合堿基的化學結構式和查哥夫所提供的信息得出：堿基A與T配對，G與C配對。 明確堿基互補配對原則。 學生明確堿基之間通過氫鍵連接，并進一步構建DNA平面結構；通過提示得出DNA兩條單鏈反向。 學生觀察教具，得出DNA兩條脫氧核苷酸鏈反向。 明確DNA的雙螺旋結構 學生認可富蘭克林在DNA結構中所做出的貢獻。 創設情境，引導學生自主探索脫氧核苷酸的連接方式，為學生自主探索DNA雙鏈是反向的打下基礎。 通過介紹沃森和克里克對DNA的X射線衍射圖譜分析和研究，讓學生感受到不同學科間合作的重要性。 通過一系列資料展示當時DNA研究中的重重困難，讓學生學習科學家探索創新的科學精神、嚴謹求實的科學態度、學科融合的科學思維、團隊協作的合作精神。 展示DNA雙螺旋結構，幫助學生從DNA的平面結構成功過渡到三維立體結構。
DNA的結構特點 多媒體展示DNA的結構， 引導學生歸納DNA的結構特點： 分別從鏈、結構兩個方面總結DNA的結構特點。 學生總結出DNA分子結構特點： DNA由2條反向平行的脫氧核苷酸鏈構成雙螺旋結構；磷酸和脫氧核糖交替排列在外側，構成基本骨架；堿基排列在內側，形成堿基對；堿基之間通過氫鍵連接，A與T，G與C配對，這種配對方式稱堿基互補配
教學反思 此次教學利用建模教學策略讓學生親自構建模型、修正模型，提高學生的動手能力和思維能力，學生在課堂上表現活躍，積極性和思維得到充分的調動，通過磁貼進行粘貼模型，節約時間。在課程中，探究兩條脫氧核苷酸鏈是反向還是正向時，利用簡單的生物教具幫助學生更加直觀的觀察到旋轉后的模型與為旋轉模型的區別，從而得出兩條鏈的方向性。 本次課的不足在于講解DNA雙螺旋結構的構建過程中，沒有及時讓學生回歸教材，教材內容沒有落到實處，所以，教師要兼顧教材內容，及時讓學生關注教材內容，做到熟悉教材內容。其次，在建模過程中占用時間比較多，導致最后總結DNA結構的時間不足，比較匆忙。所以，在建模教學中要把握好時間，盡量做到語言簡潔，不過多的重復知識，展示在PPT上的內容也不用一字不拉的念一遍，可以讓學生自己看，節約時間，避免語言啰嗦重復。

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