資源簡介

《DNA分子的結構》教學設計
教材分析
本節位于高中生物必修二《遺傳與進化》第三章第二節，在此之前學生已掌握了核酸的基本單位，同時本節內容為《DNA的復制》奠定了知識基礎。本節的主要內容為DNA分子的結構及其發現史。關于DNA分子的雙螺旋結構，這部分內容比較抽象，不容易理解。所以在教學過程中應結合科學史的發展歷程引導學生建構DNA的模型，在掌握DNA分子特點的同時，鍛煉了學生的動手與合作能力，并且有利于學生認同科學探究的價值。
學情分析
本節內容為高一下學期的學習內容，通過前面的學習，學生已經具備以下學習基礎：
首先是知識基礎：學生已經學習了遺傳信息的攜帶者——核酸，又學習了DNA是主要的遺傳物質，以及DNA和染色體的關系。
其次是學生的能力基礎：高一的學生已有較強的動手能力，具備了一定的觀察、分析、推理、獲取信息及探究能力，邏輯思維逐步成熟，可以較好地完成教師精心設置的任務。
第三，情感、態度與價值觀基礎：高中生好奇心強，樂于合作、探究，具備實事求是的態度。
教學目標
知識目標：（1）說出DNA分子基本組成單位
（2）概述DNA分子結構的主要特點
能力目標：（1）通過資料分析與思考，合作構建DNA分子模型
（2）問題為導向激發學生獨立思考，主動獲取新知識
情感態度與價值觀目標：
（1）通過DNA的結構學習，探索生物界豐富多彩的奧秘，從而激發學生學科學， 用科學，愛科學的求知欲望。
教學重點和難點
教學重點：（1）DNA分子結構的主要特點
（2）制作DNA分子雙螺旋結構模型
教學難點： DNA分子結構的主要特點
教法學法
1、教法分析
（1）采用科學史策略進行教學。
（2）用多媒體課件顯示DNA分子結構組成的動態過程。
（3）指導學生動手操作，制作DNA分子模型，引導學生自主建構模型。
學法分析
以“問題導向”和“學生活動”為支點，通過觀察、討論、分析去發現知識，逐漸培養學生自主學習的習慣和能力，讓學生經過合作探究和課上的交流，體驗知識獲得的過程，感悟科學探究的方法，體會同學間合作的魅力，嘗到探究性學習的樂趣。
教學過程
教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖
一、聯系生活實際導入 1、創設情境導入：前些日子，老師看到了一則新聞：說一個黑人男子因為長的像嫌犯，居然被誤判坐了17年牢。他們到底長的多像呢？大家請看圖片。確實憑我們的肉眼很難區分，可是這同學們，如果你是警察，要避免這種悲劇再次發生，你認為在破案時要加入什么樣的生物技術呢？ 為什么通過鑒定DNA分子就能區分了呢？通過之前的學習我們了解到DNA是我們主要的遺傳物質，每個人的遺傳信息都不同?？墒荄NA為什么能成為我們的遺傳物質呢？它是如何儲存遺傳信息的呢？ 我們生物學有一句話叫做:結構決定功能，要解決這兩個問題，我們就得明確DNA分子的結構？今天這節課就讓我們一起來探索DNA分子的結構。 用生活經驗回答：DNA分子鑒定技術。 根據所學知識與生活經驗能回答每個人的DNA分子不同。 激發學生學習興趣，設計懸念，讓學生對DNA結構有大體的認識。
二、DNA結構模型的構建 要探索和欣賞DNA的結構離不開科學家的研究，現在讓我們回到20世紀初，跟著科學家的腳步一起去揭開DNA的神秘面紗。 一、DNA的基本單位：首先看到資料一：20世紀30年代，科學家認識到：組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸（集體回答），它是由一分子磷酸、一分子脫氧核糖、一分子含氮堿基組成（集體）。 2、其中堿基一共有（四種），分別用字母表示是：(AGTC)所以就有這幾種脫氧核苷酸？（4種）大聲說出它們的名字： 3、活動一：引導學生回憶脫氧核糖核酸的結構并動手構建脫氧核糖核酸的模型：要探索DNA的結構，科學家用的一個重要的方法，就是構建模型。下面我們我們也來學習科學家們根據線索來構建模型。在構建之前我先介紹DNA的相關組件：我們可以用這五個組件來構建核苷酸：藍色的扁球代表脫氧核糖，白色的小球代表磷酸，紅黃藍綠四種不同顏色的物體代表堿基，細長的白色小棍代表連接磷酸的鍵，較粗的是連接堿基的鍵。 下面請同學們完成模型建構1：以小組為單位，每個人試將手中的DNA結構組件拼接成1個單個脫氧核苷酸，給大家3min時間。 4、展示模型，并請學生概況脫氧核糖核酸的結構和種類：有沒有同學愿意來展示一下自己拼出的模型，你能說出它的名字嗎？ 單個的脫氧核糖核酸能攜帶遺傳信息嗎？那脫氧核苷酸是如何構成DNA的呢？我們通過之前的學習了解到單個的脫氧核苷酸能夠連接成長鏈那核苷酸之間是如何連接的呢？ 二、DNA鏈的連接方式： 資料分析2：科學家通過研究長鏈的結構發現：原來是一個核苷酸的磷酸基團和與相鄰核苷酸的脫氧核糖的3號碳原子相連。3號碳原子是哪一個？ 連接脫氧核苷酸的這個鍵，我們叫磷酸二酯鍵。 活動二：引導學生6~8人以小組為單位建構模型。（下面請大家繼續以小組為單位將單個脫氧核苷酸連接成一條含6個脫氧核苷酸的單鏈。磷酸二酯鍵也是用細長的小棍代替的。（給大家3min時間） 大家構建完了就舉手，看哪個小組能夠又快又好的構建模型 小組展示：下面展示一下幾個小組的成果，大家看他們的堿基序列是一樣的嗎？你們有跟他們一樣的嗎？那一條含6個脫氧核苷酸的長鏈可以有多少種排列方式呢？ 怎么分析？首先，我們知道6個核苷酸能占據6個位置對不對，第一個位置的堿基種類有幾種可能？第二個呢？ 所以六個核苷酸一共有多少種排列方式呀？46 那么n個核苷酸就是？資料表明：我們人就有30多億個核苷酸，因此我們的遺傳信息是非常的多樣的。 可是一條脫氧核苷酸長鏈，就是DNA的穩定結構了嗎？ 三、DNA的雙螺旋結構：1.雙螺旋：資料分析3：： 當時科學界也在思考這個問題，但在1951年英國科學家威爾金斯和富蘭克林拍攝了DNA的X射線衍射圖譜。實際上就是給DNA拍照，我們自拍很簡單，但是DNA那么小的分子要給它拍照是很不容易的。所以這張圖非常的難得，而就是這張圖，改變了幾個年輕人的人生軌跡，也為DNA結構的破解帶來了出口。 這到底是一個什么樣的故事呢？下面請大家看一段視頻觀看視頻的同時，請大家思考以下問題：哪些科學家為DNA的結構做出了重要貢獻呢？ （集體回答）這里面只有誰是生物學家？其他三個人都是物理學家。 那么，生物學家與物理學家合作通過什么樣的方法確定了DNA的結構呢？（分析衍射圖譜） 他們確定的DNA的結構又是什么樣的呢？ （但是當時其實并不是一開始就認定是雙螺旋結構，沃森與克里克嘗試了雙螺旋/單鏈/三螺旋，發現雙螺旋最符合衍射圖片） 但如果是雙鏈，雙鏈之間如何形成穩定的結構呢？ 2、雙螺旋的排布：1、富蘭克林與威爾金斯繼續研究了DNA的物理結構，他們通過計算DNA內部的軸向距離、直徑與長度，得出：磷酸根在螺旋外側，堿基在螺旋內部。 3、雙螺旋結構的連接方式：他們離破解了DNA的結構似乎很近了。可是另一邊，沃森和克里克也沒有停止對DNA結構的探究。而且他們離成功似乎更近一步：資料4：1953年，沃森與克里克通過分析數據，補充了DNA的結構：磷酸根在螺旋的外側構成兩條核苷酸鏈的骨架，反向平行；堿基在螺旋內側兩兩對應。 由此分析要形成雙鏈的穩定結構，應該是在哪里形成化學鍵呢？（堿基） 4、堿基的配對方式：最簡單的就是位于內側的堿基兩兩連接形成化學鍵了吧。沃森與克里克也是這么認為的。那堿基的配對方式又是如何呢？ 引導學生推測堿基的配對方式：那么請大家以小組為單位討論，嘗試著去推測堿基的配對方式。（讓學生分享他們推測的連接方式） 沃森和克里克最初想的也是同樣的堿基兩兩配對，比如A與A配對，T與T配對。但是馬上就有化學家指出這種配對方式影響化學規律。 資料5：介紹堿基對的結構：為什么呢？請大家觀察嘧啶和嘌呤的結構，有什么特點？（個別提問） 那他們占據的空間是一樣的嗎？ 所以如果要保證兩條鏈是平行的，你們認為應該要如何進行配對呢？ 1952年，沃森與克里克從著名生物化學家查哥夫那里得到一個重要的信息：腺嘌呤的量總是等于胸腺嘧啶的量(A=T)，鳥嘌呤的量總是等于胞嘧啶的量(G=C)。 大家從這則資料可以推出堿基配對的方式應該是怎樣的？（A、T配對，G、C配對）。 那么A與T,G/C之間又如何形成穩定的結構呢？ 大家看到這個圖，虛線的是堿基穩定的原因，這是以氫為媒介的化學鍵，我們叫氫鍵。 嘌呤與嘧啶配對的這個特點，我們叫做堿基互補配對原則。 5、沃森與克里克得到這個信息，就馬上構建了堿基互補配對的雙螺旋模型，結果發現：A-T與C-G形成的化學鍵直徑相同，結構穩定，并且符合堿基的數量關系，最重要的是，他們把自己構建的模型與X射線衍射的照片比較時，是完全符合的。 于是，DNA的神秘面紗終于被揭開，沃森、克里克、威爾金斯也因此獲得了諾貝爾生理和醫學獎。 回憶必修一關于DNA的知識:堿基的連接方式、堿基的種類、核苷酸的種類。 說出脫氧核苷酸的名字 根據所學知識與資料構建模型。 個別學生展示模型 以小組為單位構建模型 展示模型 思考：能夠組成多少種排列方式的序列呢？ 觀看視頻，思考問題 思考：雙鏈之間如何形成穩定的結構，DNA的堿基配對方式如何 分析資料，思考為何不符合化學規律 分析資料，得出結論 按照科學史的與建構主義學習理論引導學生構建DNA結構的模型，并加深對科學史的理解。 加強學生之間的合作精神 加強學生的動手能力 加強學生的知識整合能力 引導學生根據資料進行思考 學科交叉，加強學科與學科間的聯系 將科學史與模型建構結合
三、DNA分子的結構特點 1、我們也跟著科學家的步伐，一起構建了DNA的結構。請大家閱讀書本49頁并完成學案第三頁第二大點問題，完成DNA的結構歸納。DNA分子結構有什么樣的特點呢？ （1）DNA是由幾條鏈構成的？（兩條反向平行的雙鏈）它具有怎樣的立體結構？ 什么是反向平行呢？大家看到這張圖，哪一個是DNA正確的平面結構？左圖，為什么呢？怎么判斷它是反向平行的。游離的磷酸基團的方向相反這就是反向平行。 雙螺旋結構大家也熟悉吧，我們校園的旋轉樓梯就是。 2.DNA的外側是由哪些物質組成的？（看圖，而且磷酸和脫氧核糖是如何排布的？堿基位于DNA的什么部位呢？ 3.那內部的堿基是如何配對的？它們是如何連接的？既然堿基是互補配對的，那它們在數量上的關系一定是：A=T,C=G，A+T=C+G 那么通過分析DNA的結構，大家認為她的哪些特性使得她能成為我們的遺傳物質呢？ 能夠作為遺傳因素，大家認為首要的條件是什么？穩定 那DNA分子結構哪些特點使得整個結構比較穩定呢？ 除此之外，我們說每個人的DNA都不同，那么 DNA的什么結構使得DNA分子之間存在差異呢？（堿基的排列順序）n個堿基就有（4n種排列方式），這體現了DNA分子的什么性質？（多樣性） 那么多樣的堿基序列中，一種特定的堿基排列方式，就決定了DNA具有什么樣的特性？特異性。每個個體的DNA分子都具有特異性。 回到我們上課開始的案例，所以為什么可以通過DNA鑒定技術來辨別兩個相像的人呢？ 模型構建3：好，現在DNA的雙螺旋結構已經完全明了，請大家繼續以小組為單位，根據DNA分子結構的特點，修正剛剛構建模型。 展示學生的小組模型，大家看看他的模型：磷酸與堿基交替連接位于外側，堿基互補配對形成穩定的結構。但這就是DNA分子最后的結構了嗎？ 這才是一個完整的雙螺旋結構。 4.本節課我們通過重走科學家的合作與探索之旅，建構了DNA分子的模型，歸納了DNA結構的特點。為了幫助大家記憶，老師改編了一首《青花瓷》，請大家根據旋律大膽地唱出來，一起來歸納DNA的結構。 2、歌曲總結：DNA分子她結構真美妙
　　磷酸，堿基，五碳糖一個不能少
　　脫氧核糖的長鏈反向要平行
　　盤旋成雙螺旋才能穩定
　　穩定的雙螺旋結構更精彩，
　　脫氧核糖和磷酸交替排在外，
　　構成了基本骨架 堿基才能配對往里排
　　堿基配對有規律， 讓我告訴你
　　A、T，G、C配對，全都是唯一。
　　DNA這三個基本點有意義，
　　是她決定性狀的伏筆
　　堿基排序豐富，決定多樣性，
　　特定堿基順序，就是特異性
　　脫氧核糖、磷酸排列方式恒定
　　才有穩定性 思考并歸納DNA結構的特點 根據DNA結構特點歸納DNA能夠作為遺傳物質的原因 構建完整的DNA模型 跟著旋律嘗試唱出來 引導學生思考DNA結構的特點，攻克重難點。 滲透生物學結構與功能相適應的觀點 使模型建構更完整 加深學生對重難點的意義，體驗到學習的樂趣。
四、科學啟示 課后思考討論：正是因為科學家的對真理的探索與堅持，我們才得以領悟遺傳的秘密，欣賞DNA分子的美妙結構。下面留給大家一個課后作業：請大家思考學案中的課后思考討論部分：1、DNA結構的探索過程中融合了那些學科的知識和理論？ 2、沃森和克里克默契配合，又給你哪些啟示呢？ 完成課后作業 引導學生理解科學探究的意義與價值
教學反思
在本次后，我進行了深刻的反思，以下是我的一些思考和總結：
1. 學生參與度：學生在討論與合作構建DNA雙螺旋結構的環節表現出了極高的興趣和參與度。這說明將抽象的科學概念與學生能夠直觀理解的模型相結合，能夠有效提高他們的學習積極性。在未來的教學中，我計劃更多地采用模型和實物來輔助教學，以增強學生的直觀感受。
2. 理論與實踐的結合：在講解DNA結構時，我嘗試將理論知識與實際的生物現象聯系起來，比如通過討論DNA復制和轉錄的過程來幫助學生理解DNA的化學結構。這種方法似乎幫助學生更好地理解了DNA結構的功能和重要性。
3. 互動式學習：我鼓勵學生通過小組討論和角色扮演的方式來探索DNA的結構和功能。這種互動式學習方式讓學生能夠更深入地參與到學習過程中，同時也鍛煉了他們的溝通和協作能力。
4. 技術的應用：我使用了多媒體教學工具：如動畫和視頻、原創歌曲來展示DNA雙螺旋結構的特點。這些工具不僅吸引了學生的注意力，而且幫助他們更直觀地理解了DNA結構的動態變化。我意識到：合理利用技術工具可以極大地提高教學效果。
5. 難點的突破：在教學過程中，我發現學生對于DNA堿基配對規則的理解存在困難。為了解決這個問題，我設計了一些小游戲和練習，讓學生通過實踐來掌握這一規則。這種方法似乎比單純的講解更有效。
6. 評估與反饋：課后，我通過小測驗和學生的反饋來評估他們對DNA結構的理解程度。我發現，雖然大多數學生能夠理解DNA的基本結構，但在更復雜的遺傳信息傳遞過程中，他們仍然存在一些困惑。這提示我在未來的課程中需要更加關注這些難點，并提供更多的練習和指導。
教學創新點
互動式DNA雙螺旋結構模型的建構：采用小組合作探究式教學，把課堂主要的時間從教師的教轉變為學生的學。讓學生通過了解科學史，合作建構出DNA雙螺旋結構。
跨學科整合：引導學生利用物理、化學知識解析DNA雙螺旋結構模型，利用創新歌曲幫助學生總結DNA雙螺旋結構的特點。
在線互動平臺：利用希沃白板同屏技術，及時展示學生的成果，為學生評價多樣化奠定基礎。

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