DNA分子的结构优秀教学设计

《DNA分子的结构》教学设计

绥阳县郑场中学 刘廷远

一、

教材简要分析

《DNA分子的结构》是普通高中课程标准实验教科书（人教版）生物必修模块Ⅱ第3章第2节的内容，它由DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子的结构特点以及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成。

与原教材相比，本节教材没有直接讲述DNA分子的结构特点，而是以科学家沃森和克里克的研究历程为主线，并通过学生动手尝试建构模型，加深对DNA分子结构特点的理解。

从知识结构的角度看，本节内容是在学生学习了“遗传因子的发现”和“基因在染色体上”以后，从分子水平上进一步阐明遗传的本质。关于DNA双螺旋结构的特点和碱基互补配对原则又是学习“DNA分子的复制”以及“基因表达”等内容的重要基础。

二、教学目标

（一）知识与技能

1.讨论并概述DNA分子结构发现的历程；

2.概述四种脱氧核苷酸构成DNA分子双螺旋结构的方式及主要特点；

3.制作DNA分子双螺旋结构模型。

（二）能力目标

通过尝试DNA双螺旋结构模型的制作，初步知晓科学探究的基本方法（如模型建构法，学科知识的交叉应用）。

（三）情感、态度与价值观

1.通过对DNA发现之旅的回顾，感受科学探索过程的艰辛，以及科学家创造性思维的智慧结晶；

2.通过小组合作搭建模型，体验探究DNA结构的思维过程，培养学生科学探索的兴趣。

三、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。

四、教学难点

1、有效地组织开展模型建构的活动；

2、DNA分子结构的主要特点。

五、教学的方法

1、通过讨论分析，了解DNA作为遗传物质的结构特点；

2、通过对DNA分子模型的搭建，促使学生提出问题，主动获取建构模型需要的知识，并应用、整合知识解决问题；

3、通过比较各小组搭建的DNA模型，理解DNA分子的稳定性与多样性在结构上的体现。

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六、教学方案及实施过程

教师的组织和引导

【演示图片并简介】北京中关村门口DNA雕塑及雅典开幕式上的激光图案.

独特雕塑及激光图案──DNA分子的结构模型,高科技的象征。

【提出问题】在前一节,科学家通过经典实验证明，生物主要的遗传物质是什么呢?(DNA)。我们知道,物质的结构总是与功能相适应的。那么，DNA具有遗传物质的功能，这肯定与它的的分子结构有关。DNA的分子结构是怎样的？它的结构又是如何被发现的呢？让我们一起步入DNA分子结构的发现之旅。导入课题。

【引导回顾】从大分子的研究方法(如蛋白质的结构研究方法是从其基本单位氨基酸入手的)导入对DNA分子的研究方法。

【阅读归纳】结合教材，回顾相关知识,归纳以下问题：

1、组成DNA的基本单位是什么？

2、每个脱氧核苷酸的结构组成是什么？

3、组成DNA的碱基有哪几种？

[说明1911年美国生物化学学家莱文和琼斯的发现，介绍DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸] 【提出问题】磷酸基团、脱氧核糖、含氮碱基是按怎样的方式连接在一起的？

[结合课件展示脱氧核苷酸的结构、四种碱基及四种脱氧核苷酸。]

【简要说明】

用圆形紫色纸片代表磷酸基团，黑色五边形代表脱氧核糖，4种不同颜色的长方形分别代表A（红）、T（蓝）、G（黄）、C（绿）

4种碱基。

【构建模型1】

安排学生每组完成4种脱氧核苷酸模型的制作。

【引导】

指导学生正确的连接方法。

（重点讲解碱基、磷酸与脱氧核糖的碳原子的位置关系）

【阅读归纳】阅读教材，归纳以下问题：

1、DNA是由几条链组成的？

2、DNA的结构如何？

【描述科学史】1951年科学家在实验室得到了DNA的结晶。该结晶的发现加速了对DNA结构的研究进程；1951年鲍林证实了DNA具有螺旋结构；1952年威尔金斯和富兰克林确定了DNA具有双链结构。

【提出问题】

DNA分子是双链的，那么每一条链的脱氧核苷酸之间是通过什么连接在一起的呢？

【信息概括】指出脱氧核糖与磷酸相连。形成脱氧核苷酸长链。

【提出问题】两条脱氧核苷酸链又是怎样连接成DNA分子的呢？

【资料分析】1952年，美国分析化学学家查哥夫，找到克里克，给他解释他早年的研究成果（展示课件中表格）。总结其中的信息：

1、不同生物体内碱基含量不同；

2、A=T，G=C；

3、A+G=T+C。

说明这就是沃森、克里克后来提出的“碱基互补配对原则”的中心内容。

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学生活动

学生学习热情开始高涨，并表现强烈求知欲，

说出主要的遗传物质是DNA。

学生思考，小组简单交流，回答问题。

学生从已准备的实验材料中，找出对应的纸板模型。

学生分组制作脱氧核苷酸的结构模型。学生相互交流和自我评价。

阅读教材，思考问题。

学生观察表格，说出其中的信息。

【简述】1952年美国理论化学学家谷伦德（沃森的好朋友），也找到他们两位，跟他们解释他的研究成果。他认为DNA中的碱基应该是以氢键相连的。

1953年威尔金斯提供了富兰克林的一张DNA衍射照片给沃森和克里克看，并提供了一些数据。从照片中可以读出碱基排在螺旋的内侧，而糖和磷酸是在螺旋的外侧。

克里克还从照片中发现一个非常重要的信息：DNA两条单链的走向应该是反的。

【构建模型2】总结归纳刚才描述的有关DNA分子结构的信息：

1、A与T配对，G与C配对（碱基互补配对原则）；

2、碱基之间通过氢键相连；

3、两条脱氧核苷酸链的走向相反。

[指导学生继续构建模型。] 【作品展示】展示学生搭建的DNA分子结构模型。

【归纳总结】结合课件展示DNA分子结构的连接方式。

再利用学生作品要学生观察说出其相同之处和不同之处，进而归纳其结构要点。1、双链以磷酸、脱氧核糖交替连接在外侧构成主链；碱基之间通过氢键将两条主链相连（DNA的稳定性）。结合前面提到的DNA作为遗传物质具有相对稳定的结构，说明这个稳定结构就体现在这里。2、脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序是有差异的（DNA的特异性），遗传信息就贮存在这里。

简要描述人类基因组计划，提出科学家还测了其他生物的基因组，比如黑猩猩、小老鼠。经过测序，人和黑猩猩的差异只有1.4%，差异这么小，但是黑猩猩就是黑猩猩，人就是人。进而使学生理解DNA的特异性。

提出DNA作为遗传物质还能自我复制，这部分内容将在下一节学习。

【双螺旋结构的提出及归纳】结合前面的DNA平面结构，概述沃森和克里克获得了很多信息尤其是看到了威尔金斯的X衍射照片，两个星期之内终于搭建了DNA分子结构的双螺旋模型。

（展示照片及自制的DNA分子双螺旋结构模型并进行简要说明。）

指出DNA分子空间结构的构建，是分子生物学的开端。由此生命科学进入到一个新的领域，也从此人类开始了设计生命改造生命的过程。DNA双螺旋结构是生命科学的标志。

指出中关村门口的DNA雕塑是现在科技的象征。

提出人类现在正在大力开展有关DNA分子水平方面的研究。让学生说出自己大概知道的一些新研究内容，并展望DNA分子研究将给人类带来的福音。

【归纳总结】师生共同归纳出DNA分子的结构要点，并小结出DNA分子的结构具有稳定性、多样性和特异性。

【巩固练习】教科书（P．51）基础题1、3。

【板书设计】第2节 DNA分子的结构

一、DNA的基本组成单位—脱氧核苷酸

二、DNA分子结构的探究历程

三、DNA分子的结构特点

1、 2、 3、

学生利用相关信息完成DNA分子平面结构模型的制作。

学生简单说说搭建过程中的问题及想法。

学生讨论并交流，说出作品中的相似之处和不同的地方，进而体会DNA分子的结构特点。

学生展望DNA分子研究将给人类带来的福音。

与教师一起归纳本节主要内容。

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备

课

素

材

薛定愕：奥地利物理学家，1933年获诺贝尔奖，量子力学的创始人之一。

小册子《生命是什么—活细胞的物理学观》。

预测：生命科学将在理论和方法上遇到重大突破。

认为：生命科学的研究深度将从生命的表面现象和细胞的层次进入到分子水平。

观点：建议把物理学、化学的研究方法引入到生物科学的研究领域中。

小册子发表后：受到当时已经从大学物理学专业毕业的大学生的关注。有很多的学者看到这本书后从物理学转向了生命科学的研究，其中包括很多诺贝尔奖获得者。

脱氧核苷酸的发现：1911年，美国生物化学学家莱文和琼斯共同确定了DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，同时确定了脱氧核苷酸的结构（一分子脱氧核糖、一分子磷酸、一分子念氮碱基），同时还发现了四种碱基（A、T、G、C）。

1951年，科学家在实验室得到了DNA的结晶，加速了DNA研究的进程。

1951年，鲍林证实了DNA具有螺旋结构。他两次获得诺贝尔奖，化学奖和和平奖。美国非常权威的化学家。他提出根据研究蛋白质的方法DNA应该具有螺旋结构。

1952年，威尔金斯、富兰克林确定了DNA应该是双链结构。

富兰克林（女性科学家）最早认为DNA具有双螺旋结构；

威尔金斯，1962年获得诺贝尔奖。

二人合作，通过物理方法“X射线的衍射”来拍照DNA，做了很多的照片并且提供了很多的数据，为后人提供了非常多的研究材料。但始终停留在计算和拍照的过程中，所以最终DNA的结构并不是这两位发现的。

1953年，沃森、克里克构建DNA双螺旋结构模型。

克里克：（英国生物物理学家）也是受到薛定愕小册子的影响，从物理学转向生物学的研究。在剑桥大学工作。

沃森：（美国生物学家），16岁时就已获得动物学的医学学士，表现出对生理科学非常强的研究能力。21岁时到剑桥大学工作，结识了克里克，从此开始了这两个位学者传奇的合作之路。

从1951年开始，不只是停留在计算和拍照的过程中。做了一个非常有创意的举措，开始拾积木。利用前面已经知道的想法（基本单位是脱氧核苷酸），制作了非常多的脱氧核苷酸，拿铁丝开始搭建。

1952年，美国分析化学学家查哥夫，找到克里克，给他解释他早年的研究成果。

A 28.1 29.7 29.3 30.4 G 21.8 20.8 20.7 19.6 C 22.7 20.4 20.8 19.9 T 27.4 29.1 29.2 30.1 小麦胚乳

鲑鱼精子

绵羊

人

表中获得信息：1、不同生物体内碱基含量不同；

2、A=T，G=C；

3、A+G=T+C

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沃森、克里克提出“碱基互补配对原则”的中心内容。

1952年美国理论化学学家谷伦德认为，碱基之间通过氢键相连。

1953年威尔金斯提供了富兰克林的一张DNA衍射照片给沃森和克里克看，并提供了一些数据。从照片中可以读出碱基排在螺旋的内侧，而糖和磷酸是在螺旋的外侧。

克里克还从照片中发现一个非常重要的信息：DNA两条单链的走向应该是反的。

沃森和克里克获得了很多信息尤其是看到了威尔金斯的X衍射照片，两个星期之内终于搭建了DNA分子结构的双螺旋模型。

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主线

讨论

导入课题

薛定愕——分子生物学；导入“分子生物学的发现之旅”

回顾大分子物质蛋白质的研究方法，导入DNA的研究

莱文、琼斯——组成单位

学生活动——搭建脱氧核苷酸

展示四种脱氧核苷酸

1951年

DNA的结晶

1951年鲍林

螺旋结构

1952年

威尔金斯、富兰克林（女）——双链结构

1952年

查哥夫

学生分析表中数据

提出“碱基互补配对原则”——沃森、克里克

1953年

威尔金斯提供富兰克林DNA衍射照片

——碱基、糖、磷酸的排列

总结DNA分子结构的信息

学生搭建DNA模型

评价并观察分析总结出其结构特点

双螺旋结构的提出及构建成功

展示模型及中关村照片

结束语

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