《DNA的分子结构》教学设计Word格式文档下载.docx
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（2）认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。
5重点·
实施方案
重点：
（1）DNA分子的结构。
（2）DNA分子的复制。
（1）使用挂图、模型进行直观教学。
（2）用多媒体课件显示DNA分子结构
6难点·
突破策略
.难点：
DNA分子的结构特点。
.突破策略
教师指导学生制作DNA分子的结构模型，让学生充分理解它的结构特点。
7教学设计思路及流程
情景导入
多媒体展示FLASH动画、印度洋海啸和中关村DNA雕塑合同纠纷案。
从这事例上可以看出我们有必要掌握一些有关DNA结构的知识
↓
知识回顾
向学生提问，进行回顾以前学习的有关DNA的化学组成知识
承转过渡
从蛋白质入手，让学生叙述蛋白质的的组成和空间结构，转入脱氧核苷酸如何组成DNA长链的呢？
阅读和分析课文
让学生带着问题阅读两位科学家构建DNA双螺旋结构模型的故事，总结科学的方法、思想和精神
读图分析
多媒体展示DNA的分子结构，引导学生分析和思考问题的能力
师生小结
多媒体展示总结归纳DNA分子的主要特点
师生讨论
参照制作的DNA模型，思考和讨论DNA分子结构的主要特点
课堂思考
与讨论
DNA检测的方法及依据
课堂小结
本节课学习了DNA的化学组成，DNA的结构和DNA的结构特点
课下动手制作
让学生在学习理论的基础上，亲手制作DNA模型
8教具准备
DNA分子的结构模型、DNA分子的结构挂图、DNA分子结构的多媒体课件等
9
教法和学法
教法：
借助多媒体课件帮助学生理解DNA的分子结构。
观察法、讨论法、实验法、探究法、问答法等教学方法。
学法：
以小组合作的形式尝试自主构建模型概述DNA分子的结构特点，发现并体会碱基互补配对原则以合作学习、模拟探究方式通过讨论来获取新知
10课时安排
1课时
11教学过程
教学内容
教师的组织和引导
学生活动
设计意图及理论依据
问题导入：
介绍北京海淀区中关村DNA雕塑合同纠纷案
向学生提问，回顾DNA的基本化学组成知识。
从蛋白质入手，让学生叙述蛋白质的形成过程
同样这样一个小小的基本单位是如何组成DNA长链的呢？
读课文了解两位科学家构建DNA双螺旋结构模型的故事。
探究：
制作DNA双螺旋结构模型。
DNA分子的平面和立体结构
DNA分子结构的特点
课堂小结：
DNA的化学组成，DNA的结构和DNA的结构特点。
课堂思考与讨论
教师播放多媒体课件，在学生讨论的基础上引出DNA的结构是什么？
教师作出肯定和鼓励学生并播放课件
教师补充和鼓励学生
策划学生活动
引导1：
上述资料中涉及到哪些学科的知识和方法？
这对你理解生物科学的发展有什么启示？
引导2、沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构的过程，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。
他们的这种工作方式给予你哪些启示？
教师到学生当中去指导学生制作DNA双螺旋结构模型
教师手拿学生制作DNA模型并播放多媒体展示DNA分子的平面和立体结构
引导3：
DNA分子是由几条链组成的，链间的空间关系是什么？
引导4：
DNA分子的主链是由什么组成的？
排列在什么位置？
引导5：
DNA分子中的碱基排列在哪里？
有什么规律吗？
板书：
DNA的分子结构
一、DNA的结构
1、基本元素组成
2、DNA的基本单位——脱氧核苷酸
3、DNA的平面结构和空间结构
二、DNA的结构特点
DNA分子具有稳定性
DNA分子具有多样性
DNA分子具有特异性
引导6：
如果你是受理这场官司的法官，根据我们学习的知识你会如何判呢？
学生进行观察、比较、思考、讨论
学生思考并回答问题
学生思考并回答问题
学生带着问题阅读课文
学生参照课本制作DNA双螺旋结构模型
学生参照并思考自己制作DNA双螺旋结构模型是否正确
学生思考讨论和归纳“DNA分子结构的特点？
”
学生参照自制的DNA模型得出结论：
（1）DNA分子是由两条链组成的，并按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；
碱基排列内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且是：
A和T配对，G和C配对。
（碱基互补配对原则）
学生思考讨论
利用多媒体画面，学生自主参与，导入新课，有利于吸引学生的注意，能有效调动学生学习兴趣，激发学生兴奋点，唤起学生强烈求知欲。
为后面学习新知识作铺垫。
设疑，过渡，转入本节课内容DNA结构的学习
引导学生分析过程，总结科学史中包含的科学方法、科学思想和科学精神。
培养学生自主学习的能力，分析问题、解决问题的能力，发展综合思维能力。
启迪学生要善于利用他人的研究成果和经验；
要善于与他人交流和沟通；
研究小组成员在知识和背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣个激情。
培养学生的动手制作能力，引导学生尝试科学的研究方法。
师生讨论，全班学生积极参与，从形象和意境方面切入DNA分子结构，增加感性认识。
从多媒体画面上自我获取知识，培养学生的读图分析能力，运用知识的迁移能力，体现教学的直观性原则。
图文互换，培养学生读图分析能力，空间思维能力，创新能力。
归纳总结，帮助学生完成“由感性到理性、由具体到抽象、由生动的直观到形象的思维”的认知过程，以及符合教学过程中学生的认识规律，掌握知识与发展智力相统一规律，教师主导作用和学生主体作用相统一规律，也体现教学的直观性，启发性原则。
归纳总结，形成完整的知识体系
培养学生解决实践问题的能力
11教学反思
在教学中我觉得通过DNA结构模型的制作实验后，对学生理解脱氧核苷酸的结构和DNA的结构非常有益。
学生在实践中能准确理解脱氧核苷酸是如何构成DNA双螺旋结构的，而且其中的碱基互补配对的原则，和数量关系以及DNA的排序等教学难点也能轻松的突破。
但从时间安排上内容有些多，需要一节半的时间方能完成教学任务，所以在实际教学中可以把这节和DNA的复制结合在一起，继续用模型制作的方法探究DNA的复制规律，组成两节实验连排的课，这样知识比较完整，而且有知识深度的递进，学生的思考空间也比较大，能锻炼他们的思维品质和科研意识。
在准备这节课的授课内容和授课过程时，我无数次的被科学家的机智、聪慧和大胆的创造性思维所打动，作为教师我不只要激励我的学生勇攀科学的高峰，同时也要不断鞭策自己，使自己在教学教研领域有所建树。
【知识扩展】
生命科学的伟大发现
1953年美国遗传学家沃森和英国物理学家克里克在英国《自然》杂志上发表论文，提出了DNA双螺旋结构模型。
这一发现在生物科学史上翻开了划时代的一页，从此生物学步入了分子科学的新时代。
有人称这一发现为继达尔文创立进化论后生物学发展史上的第二次革命、二战后最伟大的科学发现，把它和相对论、量子力学视为20世纪最富创新力的三大科学发现。
一、dna双螺旋结构提出的背景
1866年孟德尔发表“植物杂交试验”一文，1900年孟德尔定律被重新发现，为遗传学界所关注。
但当时的研究仅限于生物体的整体水平，并不知道遗传因子位于何处、是何物质、如何传递和起作用。
美国遗传学家萨顿注意到染色体的行为与孟德尔所说的遗传因子的行为相似，于1902年提出遗传因子在染色体上的假说。
1909年丹麦遗传学家约翰提出“基因”一词，用来代替孟德尔的遗传因子。
同年，摩尔根通过果蝇杂交实验证实了基因在染色体上，把遗传学推进到了染色体水平。
1928年，英国科学家格里菲思进行了肺炎双球菌转化实验，拉开了发现dna是遗传物质的序幕。
在他的启发下，1944年美国科学家艾弗里通过细菌转化实验首次证明dna是遗传物质。
1952年美国的赫尔希和查斯用噬菌体侵染细菌的实验进一步证明DNA是遗传物质。
1945年美国的比德尔和塔特姆通过对链孢霉突变型的研究提出了“一个基因一个酶”理论，用来说明基因是通过酶控制性状发育的观点。
至此，什么是遗传物质及遗传物质的作用机制已基本明确，但它的结构怎样？
怎样储存和传递信息？
信息又怎样到酶（蛋白质）的合成过程？
结构决定功能，要回答这些问题，搞清DNA的结构是关键。
二、dna双螺旋结构提出的过程
1938年，欧洲结构学派的先驱者阿斯特伯里提出了DNA的第一个结构假说。
他发表了一张DNA的x射线衍射照片，并指出DNA是一个具有较强刚性的纤维结构。
1945年他采用x射线衍射技术，测出了两种碱基的间隔，提出了碱基与DNA长轴垂直，得出了DNA具有晶体结构的结论。
这些发现大大加快了揭示DNA结构的进程。
20世纪50年代初，世界上有三个研究小组继承阿斯特伯里开创的工作，围绕DNA的结构展开了一场激烈的竞赛。
这三个小组分别是：
1．美国加州理工学院的鲍林小组
鲍林，美国化学家，是研究化学结构的无可争议的世界权威（因对蛋白质空间结构的研究而获1954年诺贝尔化学奖，1962年又获和平奖）。
他测定并解释了x射线通过晶体时在底片上形成的反射图象。
50年代初，他毅然把自己的注意力从他已有许多成就的蛋白质结构方面转向了DNA。
他在x射线晶体学方面的贡献，给了沃森和克里克以很大的启发。
同时，他对DNA表现出来的兴趣也给沃森和克里克指明了目标。
2．英国伦敦皇家学院的威尔金斯小组
威尔金斯在20世纪40年代末就开始采用x射线衍射技术去研究DNA的晶体结构，并测得了一些数据，但由于x射线衍射图谱不清楚，没有获得成功。
在这关键时刻，女物理学家富兰克林参加了他的研究小组，她极有才华，研究风格严谨，在x射线晶体学方面有特殊才能。
她在1951年底获得了一张极好的DNA的x射线衍射照片。
只是由于脾气、性格等方面原因，她和威尔金斯之间很少能够坦诚合作，彼此之间难得相互交流和协调思想，因此没能很快地对照片作出正确的解释。
但是这张珍贵的照片，对沃森和克里克能够最终建立DNA双螺旋结构模型起到了关键性的作用。
3．英国剑桥大学卡文迪什实验室的沃森、克里克小组
克里克原来是个物理学家，对生物学懂得很少，他受到薛定谔（奥地利理论物理学家，创立了波动力学，提出了薛定谔方程，与德国物理学家狄拉克同获1933年诺贝尔物理学奖）性命是什么》（1944年出版）一书及鲍林的影响后，才开始了生物学的研究。
在卡文迪什实验室佩鲁茨（英国化学家，因用x射线衍射技术确定球蛋白的结构而与肯德鲁同获1962年诺贝尔化学奖）手下作血红蛋白的x射线研究。
沃森于1951年秋来到卡文迪什实验室，开始在肯德鲁手下研究肌红蛋白的结构，遇到克里克后，两人开始合作从事DNA分子结构的研究。
1951年11月，两人建立起了第一个DNA模型：
三链螺旋结构模型，但很快便被威尔金斯提供的实验数据否定了。
1952年春天，克里克与同事、数学家约翰·
格里菲思（进行肺炎双球菌转化实验的格里菲思的侄子）进行了碱基配对的能量问题的计算。
他们发现，嘌呤与嘌呤或嘧啶与嘧啶碱基之间的配对在能量分布上不合理，表明在4个碱基中，腺嘌呤趋向与胸腺嘧啶连接，而鸟嘌呤趋向与胞嘧啶连接，这种专一的配对可能反映了天然的亲和力。
1952年5月，哥伦比亚大学的查加夫访问剑桥，会见了沃森和克里克。
他告诉两人，他的测量表明，DNA分子中腺嘌呤的总量等于胸腺嘧啶，鸟嘌呤的量总等于胞嘧啶。
虽然查加夫在1950年就发表了这个结果，查加夫的发现与约翰·
格里菲思对城基亲和力的判断十分吻合，但是沃森和克里克显然不曾重视这些发现，没有立即意识到这些发现的重要意义。
1952年12月，美国的鲍林也提出了一个DNA的三链螺旋模型，与沃森和克里克在一年多以前被否定的模型基本相似．仅略有出入。
沃森很快觉察到他的模型有问题，并认定它是错误的。
这更加刺激了沃森和克里克加紧有关DNA结构的工作。
1953年2月6日，沃森赶到伦敦与威尔金斯、富兰克林等对鲍林的模型进行讨论。
此间，威尔金斯向沃森出示了富兰克林于1951年11月所获得的一张极好的DNA分子x射线衍射照片，沃森看后深受震动。
尽管威尔金斯和富兰克林主张x射线资料倾向于排除双链，但沃森一看到这张照片，就立刻意识到只有DNA分子为双螺旋结构，才能呈现出照片上那种醒目的交叉的黑色反射线条。
回到剑桥后，沃森和克里克加紧了DNA分子模型的建构工作。
2月19日，两人建立了一个新的DNA模型，即双链螺旋结构的碱基同配（即A与A配对，T与T配对等）模型。
正当他们为同配模型的建立而高兴时，与他们同在一个办公室（但在佩鲁茨小组），刚从鲍林的实验室来的研究氢键的美国化学家多诺休对此提出了异议。
他告诉两人：
按照碱基的天然构型，A只和T紧紧结合，G只与C紧紧结合，这些配合之间的紧紧结合是由氢键形成的。
当这种氢键连接的A—T和G—C互补对重叠在一起时，它们正好占据同等的空间。
这样，碱基的形状及其氢键亲和性的理论、DNA的碱基组成的事实都统一起来了。
2月28日，沃森和克里克根据多诺休的建议用纸板重新做出4个碱基的模型。
当他们将其粘到两条主键的骨架上构成螺旋并朝向里面时，它们搭配得非常完美。
克里克马上意识到只有当两条链的走向相反时，才能这样搭配。
于是，现在的模型和x射线资料的要求相一致了。
在随后的几天里，他们加紧工作，最终建立了著名的DNA分子的双螺旋结构模型。
他们的巨大成就立即传遍了全世界。
3月7日，欧洲结构学派的学者，如布拉格（英国物理学家，因采用x射线进行晶体结构研究取得的成果而与其父亲同获1915年诺贝尔物理学奖，是诺贝尔奖历史上最年轻的获奖者，获奖时只有25岁）、肯德鲁、威尔金斯等都来参观这个模型。
模型的完美和出色使大家承认模型是正确的。
美国的鲍林也写信对这个模型表示赞同。
4月25日，英国著名的《自然》杂志发表了沃森和克里克的论文《脱氧核糖核酸的结构》。
三、沃森和克里克成功的原因
在当时研究DNA分子结构的三个小组中，沃森和克里克不仅资金、设备是最差的，而且在研究DNA方面所具备的知识也是最差的，起步也最晚，却最终获得了成功。
从1951年秋到1953年2月，他们仅用了18个月就创立了DNA双螺旋结构模型。
他们成功的原因有以下几点：
1．两人的组合是他们成功最主要的原因
两人性格完全相左，克里克性格开朗，大声说笑；
沃森遇事不轻易开口，但又性格急躁，具有强烈的竞争意识，是典型的工作狂。
沃森有着丰富的信息知识而克里克在x射线分析研究方面经验丰富。
在处事上，他们都惯于把自己的想法很直接地表达出来，从未考虑到这样可能会伤害别人。
在科学研究上这种性格是极其宝贵的，两个人思想上的交锋确实能产生许多新的东西。
当时克里克35岁，沃森只有23岁，两个人在科学研究上都没有取得什么较大的成果，都是急欲爬到科学“顶层”的年轻人，这使他们很快有了共同语言。
他们都受《生命是什么》一书的影响，在观念上是新的，看问题的角度是独特的，对DNA的认识高于其他人。
他们都认为DNA的结构是生物学最根本的问题。
互补的性格和学科知识，共同的成功欲望和认识，使他们走上了成功之路。
2．“博采众长”是成功的基础
在创立模型的过程中，他们注意及时吸收和借鉴别人的最新研究成果。
如前所述，查加夫、威尔金斯、富兰克林、多诺休等人的研究成果给了他们很大的帮助。
甚至一些“外行”的研究也给了他们以很大的启迪，如薛定谔的用量子观点来解释基因行为、维纳（控制论的先驱）的“结构一功能”思想等。
3．科学无国界精神是成功的灵魂
在创立模型的过程中，他们得到了威尔金斯、富兰克林、鲍林等的无私帮助，而实际上他们正是同一研究领域的竞争对手。
4．逻辑推理与实验有机结合是成功的保证。
当时，实验的成果已经达到可以做出比较合理的推测的阶段，关键是要使建立起来的模型符合已有的实验数据。
而其他的研究小组还认为数据不足，需要进一步获取证据，他们太看重做实验，算数据了。
就在别人还犹豫不决的时候，沃森和克里克做出了他们的模型。
5．创新氛围是产生高水平新成果的温床
沃森和克里克所在的剑桥大学卡文迪什实验室是一个物理实验室，以物理学前沿为主要研究方向，二战期间参与发展核武器和雷达的工作。
战后，由于核武器的发展规模大、保密要求高，不能在大学的实验室进行而独立出去。
这时，担任该实验室主任的布拉格，果断地开辟了用x射线衍射技术进行生物大分子分析和利用雷达技术进行天文观测研究两个新领域，利用物理学的仪器和物理学家的思维方法进行生物学和天文学的研究，这本身就是一个大胆、创新的决定。
实验室充分尊重科学家的自主权和学术自由，积极开展学术争论，注重学科间的交流与协作，为科学家发挥自己的创造潜能提供了良好的条件。
四、DNA双螺旋结构建立的意义
DNA双螺旋结构的建立标志着分子生物学及分子遗传学的诞生。
鲍林对此评价说：
“我相信DNA双螺旋的这个发现以及这个发现的将要取得的进展，必将成为近一百多年来生命科学以及所有我们对生命认识的最大的进步。
”德尔布鲁克（美籍德国人，因对噬菌体遗传变异的研究而与美国的卢利亚、赫尔希同获1969年的诺贝尔医学奖）在给沃森和克里克的信中预言：
“我有一种感觉，如果你们的模型是正确的话，如果所建议的有关复制的本质有一点正确的话。
那么，理论生物学将进入一个最为激动人心的时期。
的确，DNA双螺旋结构的建立起到了“纲举目张”的作用。
在它的指引下，50年来生物科学的基础研究获得了前所未有的大发展。
在DNA双螺旋结构公市后的几个星期，沃森和克里克又提出了DNA自我复制的假说。
1955年美国的奥乔亚发现RNA聚合酶，并首次实现RNA的人工合成。
1957年，美国的科恩伯格（奥乔亚的学生，两人同获1959年诺贝尔医学奖）发现DNA聚合酶，并首次实现DNA的人工合成。
1958年克里克提出“中心法则”学说。
1961年，法国的雅各布、莫诺和雷沃夫提出关于基因调控的操纵子学说，并为稍后的研究成果所证实（三人同获1965年诺贝尔医学奖）；
同年，雅各布等人发现mRNA韦斯和赫维赤。
霍尔和斯皮格曼分别通过RNA的酶促会成实验和DNA－RNA杂交实验证明了转录现象。
1961～1966年，美国的尼伦伯格和科拉纳分别阐明了遗传密码；
1965年，美国的霍利测定了丙氨酸tRNA的核苷酸序列和三叶草结构及反密码子，三人共获
1968年诺贝尔医学奖。
1967年发现DNA连接酶。
1970年，美国的特敏、巴尔蒂莫和杜尔贝科发现逆转录酶，发展了中心法则的内容（三人于1975年获诺贝尔医学奖）；
同年，美国的史密斯、纳森斯和瑞土的阿尔伯发现并应用限制性核酸内切酶，三人因此而获1978年诺贝尔医学奖。
上述工作有力的推动了生物科学研究的发展，也使人类进一步了解了生命的奥秘。
同时，也为基因工程的诞生奠定了坚实的基础。
1972年，美国的伯格首次实现了DNA的体外重组，使得人类有可能人为地改变生物的遗传特性，定向繁殖自然界从未有过的新物种。
他因此与美国的桑格和吉尔伯特（两人分别提出了DNA碱基顺序的测定方法）分享了1980年诺贝尔化学奖。
1973，美国斯坦福大学以科恩为首的研究小组将外源基因导入大肠杆菌并得到表达，这标志着基因工程的诞生。
1976年，美国加州大学的博耶成功地实现了人生长激素释放抑制因子在大肠杆菌中的表达，这标志着人类能够掌握生命、操作生命为人类造福的开端。
这样，以基因工程为核心的生物工程迅速发展起来。
1982年第一个基因工程产品胰岛素在美国投放市场，拉开了生物技术产业化的序幕。
1982年，美国的两位学者将人的生长激素基因导入小鼠的受精卵，获得了具有快速生长效应的“超级鼠”。
1983年，第一种转基因植物（烟草）诞生。
1985年，美国麦莱斯发明了PCR技术，更使基因工程技术如虎添翼（他因此与加拿大的史密斯共获1993年诺贝尔化学奖）。
1990年人类基因组计划正式启动。
1993年第一个转基因食品——抗早熟保鲜转基因西红柿在美国上市……生物技术正以前所未有的速度向前发展，并渗透到我们生活的方方面面。
生命科学已经成为我们这个时代的领头学科，而这一切都归功于沃森和克里克的伟大发现。
被遗忘的英格兰玫瑰
很多人都知道沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的故事，更进一步， 有人还可能知道他们与莫里斯·
威尔金斯因此分享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。
然而，有多少人记得罗莎琳德·
富兰克林（rosalindfranklin），以及她在这一历史性的发现中做出的贡献？
富兰克林1920年生于伦敦，15岁就立志要当科学家，但父亲并不支持她这样做。
她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。
1945年，当获得博士学位之后，她前往法国学习x射线衍射技术。
她深受法国同事的喜爱，有人评价她“从来没有见到法语讲的这么好的外国人”。
1951年，她回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一个职位。
在那时候，人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可能是遗传物质，但是对于dna的结构，以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。
就在这时，富兰克林加入了研究DNA结构的行列——在相当不友善的环境下。
她负责起实验室的DNA项目时，有好几个月没有人干活。
同事威尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研究上却又离不开她。
他把她看作搞技术的副手，她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到几乎不讲话
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