DNA分子的结构教学内容分析

“DNA分子的结构”一节的教学设计

赵艳玲（江苏省靖江高级中学 214500）

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教材分析

本节课选自普通高中课程标准实验教科书生物必修2《遗传和进化》中第三章第二节“DNA分子的结构”。本节内容在初中生物课和高中生物必修1《分子与细胞》的基础上，进一步阐述DNA分子作为主要的遗传物质到底结构如何，使学生对DNA有更深入的理解和认识，同时为后面内容的学习奠定了基础。由于本节内容中DNA分子的结构是立体的空间结构，比较抽象，学生学习起来会感到难以理解。若能结合多媒体课件、模型，则能较好地突破这一难点，起到良好的教学效果。

1．1教学目标

①

知识方面

概述DNA分子结构的主要特点

②

能力方面

制作DNA双螺旋结构模型；

进行遗传信息多样性原因的探究

③

情感态度和价值观方面

认同与人合作在科学研究中的重要性。

体会现代科学技术中许多成果的取得，都是多学科交叉运用的结果。

体验科学探索不是一帆风顺的，需要锲而不舍的精神。

1．2教学重点

① DNA分子结构的主要特点

②

制作DNA双螺旋结构模型

1．3教学难点

DNA分子结构的主要特点

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教学设计思路

新课标理念下的高中生物教学要在“面向全体学生”的基础上“提高学生的生物科学素养”，采取多种教学形式，重视“探究性学习”，“注重与现实生活的联系”，使学生达成知识、能力、情感态度与价值观的协调一致。

基于这个理念，在设计这节课时，我并没有按照教材中的顺序：先介绍沃森和克里克构建DNA双螺旋结构的研究历程，再概述DNA分子结构的特点，最后让学生动手尝试建构DNA双螺旋结构，加深对DNA分子结构特点的理解。而是先让学生依据4个科学研究资料，逐步探究如何构建脱氧核苷酸、单链、平面双链、立体空间结构，从而一步一步地构建出DNA双螺旋结构模型。通过探究构建模型的过程，学生就会自然地了解DNA双螺旋结构的基本内容，同时还体验了科学家的研究历程，能够学习到科学家善于捕获分析信息和严谨的思维品质及持之以恒的科研精神。然后以构建好的DNA模型为依托，让学生根据老师提出的问题分析模型、主动探究得出DNA结构的有关知识，再由学生总结出DNA双螺旋结构的主要特点。由于考虑到这个模型可以很好的解答遗传信息多样性，所以最后让学生比较不同组构建的DNA模型，分析探究得出DNA分子多样性的原因。

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教学准备

DNA分子结构模型组件、DNA分子的结构多媒体课件

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教学过程

4．1创设情境，导入新课

教师展示沃森和克里克的图片，提出问题：同学们，你们知道这两位科学家吗？

他们就是因研究DNA而获得诺贝尔奖的沃森和克里克。今天就让我们一起来重温他们的研究过程，构建DNA模型并探究DNA分子的结构。

4．2模型建构，探究新知

4．2．1模型建构

教师展示资料1：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的单位是脱氧核苷酸，且每个脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基构成的。

提出问题：依据这则资料，你能试着构建出脱氧核苷酸的结构模型吗？

【学生活动】模型建构1——脱氧核苷酸

请两位同学到黑板上画出你所构建的脱氧核苷酸模型的示意图，教师点评。

教师展示资料2：DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链构成的。

提出问题：一个个脱氧核苷酸怎么连接成长链呢？请同学们两人一组，利用刚才完成的脱氧核苷酸模型，合作构建脱氧核苷酸链。

【学生活动】模型建构2——脱氧核苷酸链

学生代表展示成果，教师点评，课件展示连接方法。

教师展示资料3：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量这一碱基之间的数量关系。

提出问题：分析刚才所建构的模型是否符合这一科学事实，讨论应构建怎样的模型才能在任何情况下都符合这样的科学事实？

同组学生边讨论边动手构建模型。

【学生活动】模型建构3——DNA双链

请学生展示并说明如此构建的原因，教师点评。

提出问题：模型构建得正确与否关键要看是否与DNA原型一致。DNA原型是怎样的呢？

教师展示资料4：1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的DNA的X射线衍射图谱。

提出问题：科学家从图谱中推算出DNA应呈螺旋结构，你们的模型符合吗？应如何修改体现DNA的双螺旋结构呢？

【学生活动】模型建构4——DNA双螺旋结构

教师请完成得好的同学展示他们的模型，给予肯定和鼓励。让学生体会成功的快乐，激发学生自主探究的主动性，增强成功信心。

【学生活动】建构感悟——科学研究方法的探究及情感态度价值观的升华

教师引导：我们今天的模型建构要是早几十年进行，那获得诺贝尔奖的就不是沃森和克里克了，而且我们同学们了。

大家不要觉得奇怪，当初沃森和克里克和我们一样也是利用了这些资料，构建出了DNA结构模型。只是由于当时科学水平的限制，一些重要信息没能及时获得（例：他们是在1951年开始着手构建的，而资料3却在1952年才被他们得知），这使得他们走了很多弯路，先后构建了三螺旋、碱基在外侧、相同碱基配对等错误模型，当这些模型被其他科学家一一否决时，他们毫不气馁，寻找问题，纠正错误，最终取得了成功。

他们的成功仅仅是他们两个人的功劳吗？（不是）

你认为还有哪些人的功劳？（学生回答）

其实整个研究，凝聚了很多科学工作者的心血。

若没有他人提供的研究成果，沃森和克里克能取得成功吗？这对我们进行科学研究有什么启示呢？（学生讨论回答）

从这些资料中我们可以发现，DNA模型的构建是一项伟大的工程，其中涉及到多门学

科知识，有哪些学科呢？（学生回答：数学、物理、化学、生物等）

可见，DNA模型建构的成功，是多学科交叉运用的结果。这对我们进行科学研究又有什么启示呢？（学生回答）

一个人如果能同时精通各门学科当然是好的，但一般情况下是不可能的，那怎么办呢？这需要我们与他人交流沟通、合作。

当年，生物学家沃森和物理学家克里克合作构建出了DNA模型，今天，同学们也通过合作构建出了DNA模型，这些都是通过合作取得成功的例子。

从沃森和克里克身上我们还能学习到什么呢？学生讨论回答。

当然今天也有少数组没有成功，没有关系，你们正走在通往成功的道路上。当年沃森和克里克经历了一次又一次失败，他们都没有被打倒。让我们坚持不懈，寻找问题，中国人的诺贝尔奖等着你们。

模型建构就到这里结束了，但模型建构的成功并不意味着该项研究的终结，更重要的是要利用我们手中的模型、分析模型得到理性的认识。

4．2．2模型分析

分析1：教师投影展示问题：请同学们观察DNA分子结构模型，讨论以下问题：

（1）DNA分子中，外侧由什么连接而成？内侧是什么？

（2）两条链之间碱基的连接有什么规律？

（3）构成DNA的两条链有怎样的关系？

【学生活动】讨论分析模型

学生回答，教师点评、补充。

【学生活动】DNA角色扮演

问题（3）中反向这个关系学生不容易得出，教师可以让学生通过角色扮演来寻找答案：请两列同学起立摆出左手握拳，右手平伸的姿势（左手握拳代表磷酸，右手代表碱基，躯干代表脱氧核糖），一个人可以代表一个脱氧核苷酸，一列同学就一条脱氧核苷酸链，两列同学就两条脱氧核苷酸链。请一列同学不动，另一列同学与之进行碱基配对（这列同学只能转身完成配对，这时两条链呈反向平行的关系）。这个角色扮演更直观地反映了两条链反向的关系，学生印象会更深刻，效果更好。

根据上述分析，学生归纳出DNA分子结构主要特点（学生回答）。

分析2：请同学们比较不同组学生构建的DNA模型，分析不同组的DNA模型有什么不同？（学生回答：碱基对排列顺序不同）教师总结补充。

请四位同学将各自组的碱基对排列顺序写在黑板上，让学生比较。

【学生活动】各组写碱基对排列顺序，并比较分析

让学生先比较各组的第一个碱基对，试分析第一个碱基对的可能情况。进而：第二个碱基对呢？若这两个碱基对连起来呢，共有几种排列方式呢？

从而让学生根据上述问题，探究碱基对数量（n）和碱基对排列方式的关系，建立数学模型。

引导学生思考：DNA作为主要的遗传物质，其遗传信息蕴藏在哪儿? 教师总结：通过以上分析可知，碱基对的排列顺序是千变万化的，碱基对排列顺序的千变万化构成了DNA分子的多样性。正由于DNA具有多样性，我们的大自然才如此的丰富多彩。4．3归纳总结，巩固新知

4．4 拓展延伸，课后探究

以本节课构建的模型为基础，探究DNA是如何完成复制，形成2个基本完全相同的DNA分子的。

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教学反思

①在教学中将DNA结构模型的建构分解，以“基本单位—单链—平面双链—立体空间结

构”逐步深入，由简单到复杂，符合学生的认知规律，有利于学生理解DNA的结构。

②本节课将DNA分子双螺旋结构模型的建构这个验证型实验大胆地改为探究型实验，学生能跟随教师提供的资料，主动参与探究过程，由被动的接受知识变为主动的探究知识、获取知识。

③以科学发展史为主线，进行DNA模型的构建，体验科学家的研究历程，感悟科学家进行科学研究的方法和科学精神。培养了学生热爱科学、勇于探究、追求真理的实事求是的科学精神和态度，观察问题、提出问题、分析问题、解决问题的科学探究能力，养成认真勤奋、合作交流、反思质疑的学习习惯，提高学生的科学素养。

④DNA分子双螺旋结构模型的建构完成后，有关DNA 分子结构的相关知识都由学生分析讨论得出，这使学生观察模型、分析模型得出理性认识的能力得到了很好的锻炼。另外，大胆整合教材内容，将后面一节的有关脱氧核苷酸序列与遗传多样性的探究活动整合到了本节课中，更直观、教学效果更好。

⑤在整节课中，充分体现了学生的主体地位，学生参与模型构建、猜想、观察、展示、体验、评价等活动中，给了学生足够的空间，更多的展示自己的机会，让学生在充满情感的、和谐的课堂氛围中，在老师和同学的鼓励和欣赏中认识自我、找到自信，体验成功的乐趣，树立学好生物和进行探究学习的信心。

⑥本节课结合教材内容，充分挖掘蕴含的德育资源，把育人目标有机渗透到教学过程之中，同时渗透科学研究方法的教育，引导学生树立远大志向，弘扬以改革创新为核心的时代精神，培育学生的创新意识，成功地将社会主义核心价值观融入课堂，实现了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等三方面的有机结合。