DNA分子的结构教学设计.docx

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DNA分子的结构教学设计

《DNA分子的结构》教学设计

张丽合肥十一中230011

●教材分析

本节内容是新课标教材人教版必修二《遗传与进化》第3章第2节的内容，主要包括DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分。

其中碱基互补配对原则是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则。

DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础知识；DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的物质基础。

●设计思路

以科学家的探究过程为主线，用提问、讲授并结合多媒体演示的方法再现科学家如何一步步通过不懈的努力总结出DNA分子的结构。

教学中通过科学家相关事迹的学习，使学生认识到科学探索的艰辛，树立起勇于挑战、不怕失败、团结协作的科学态度。

●教学目标

1.知识方面

⑴识记构成DNA分子的基本单位、核苷酸种类、碱基种类、元素种类。

⑵DNA分子的平面结构和空间结构。

⑶碱基互补配对原则。

2.情感态度与价值观方面

⑴认识到与人合作的在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。

⑵认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程

3.能力方面

⑴构建DNA双螺旋结构模型。

⑵就科学家探索基因的本质的过程和方法进行分析和讨论，领悟模型方法在这些研究中的应用。

●教学重点和难点

1.教学重点：

DNA分子双螺旋结构模型的建构

2.教学难点：

DNA分子结构的主要特点

●教学方法：

讨论法、多媒体演示法

●教学准备：

powerpoint课件

●课时安排：

1课时

●教学过程设计

【复习提问】

1.上一节学习了哪两个重要实验？

实验的结论是什么？

2.为什么说DNA是主要的遗传物质？

【情境导入】

科学家在通过实验知道了DNA是遗传物质之后，又迫切得想知道DNA是如何储存遗传信息的？

又是如何控制生物的性状的？

要回答以上问题必须了解DNA的结构。

【新知探究】

师讲述：

2004年7月28日，“分子生物学之父”克里克在圣地亚哥加州大学医院与世长辞，享年88岁。

1953年4月25日，克里克和沃森在《自然》杂志上发表了DNA的双螺旋结构，从而带来了遗传学的彻底变革，这一成就后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，更宣告了分子生物学的诞生。

也正是因为这一研究成果，1962年他们共同获得了诺贝尔学奖。

那么，克里克与沃森提出了双螺旋结构到底是怎样的呢，下面我们一起跟随科学家的研究足迹尝试着构建出这个著名的双螺旋结构。

一、DNA分子双螺旋结构的构建

1．模型建构一：

脱氧核苷酸

前面学过20世纪30年代，科学家认识到：

组成DNA分子的基本单位是

1分子脱氧核苷酸=++

多媒体展示：

请学生回答碱基的种类和脱氧核苷酸的种类。

2．模型建构二：

脱氧核苷酸单链

基本单位找到了，科学家们进一步发现DNA就是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。

教师指导学生如何将脱氧核苷酸连接成单链

3．模型建构三：

脱氧核苷酸双链

4．模型建构四：

双螺旋

多媒体展示：

资料三和资料四

师讲述：

1951年春天，在意大利举行了一次生物大分子结构的会议。

会上，英国科学家富兰克林和她同事威尔金斯展示了采用X射线衍射技术拍摄到的DＮＡ晶体照片，而这张照片让来参加会议的沃森激动地话也说不出来了，心怦怦直跳。

为什么？

因为从这张照片上完全可以断定DNA的结构是一个螺旋体。

所以，资料3为推算出DNA分子呈螺旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。

但可惜的是没等到分享研究成果的喜悦，7年之后，这位才华横溢的女科学家因为癌症而英年早逝。

按照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。

因而，在1962年是富兰克林的同事威尔金斯和沃森、克里克共同分享了当年的诺贝尔奖。

多媒体展示：

衍射照片

师讲述：

那么到底是什么样的螺旋结构呢？

在1951年的秋天，沃森在英国剑桥大学碰到了对DNA结构同样着迷的克里克。

虽然克里克比沃森大12岁，却有一见如故的感觉。

物理学家出身的克里克对衍射图谱的分析十分熟悉，而沃森可以帮助克里克理解生物学内容。

他们尝试了很多螺旋模型，但都以失败告终。

请学生阅读课本48页相关内容。

师讲述：

在失败面前他们没有气馁。

最终，根据各方面对DNA研究的信息和自己的研究和分析，沃森和克里克得出一个共识：

DNA是一种双链螺旋结构。

于是沃森和克里克立即行动，马上在实验室中联手开始搭建DNA双螺旋模型。

从1953年2月22日起开始奋战，他们夜以继日，废寝忘食，终于在3月7日，将他们想像中的美丽无比的DNA模型搭建成功了。

多媒体展示：

DNA双螺旋结构模型

5．思考与讨论

（1）沃森和克里克在构建DNA模型过程中，利用了他人的哪些经验和成果？

又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？

（2）沃森和克里克在构建模型的过程中，出现过哪些错误？

他们是如何对待和纠正这些错误的？

（3）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。

他们这种工作方式给予你哪些启示？

二、DNA分子双螺旋结构的分析

1.学生通过思考如下问题，与教师一同归纳DNA分子双螺旋结构的特点。

（1）DNA是由几条链构成的？

它具有怎样的立体结构？

（2）DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？

它们分别位于DNA的什么部位呢？

碱基位于DNA的什么部位？

（3）DNA中的碱基是如何配对的？

2.DNA分子双螺旋结构的特点：

（1）DNA分子是由两条链组成的，按反向平行方式盘绕成双螺旋结构。

（2）DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替排列，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且A一定与T配对，C一定与G配对。

3.课堂反馈：

课后练习1、3

【思维拓展】

有关碱基规律的计算

【课堂小结】

5种化学元素，4种碱基，3种化学组成，2条链，1种独特的双螺旋结构

独特表现在：

反向平行，磷糖交替，碱基互补

【作业布置】《赢在训练》相关练习

●板书设计

第二节DNA分子的结构

一、DNA分子双螺旋结构的构建

模型建构一：

脱氧核苷酸

模型建构二：

脱氧核苷酸单链

模型建构三：

脱氧核苷酸双链

模型建构四：

双螺旋

二、DNA分子双螺旋结构的分析

结构特点：

反向平行，磷糖交替，碱基互补

《DNA分子的结构》教学设计

成都市玉林中学　吕　茜

一、  教材的简要分析

《DNA分子的结构》普通高中课程标准实验教科书（人教版）生物必修模块Ⅱ第三章第二节的内容，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“基因和染色体上的关系”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、教学目标的确立

1.知识目标

简述组成DNA分子的基本单位──四种脱氧核苷酸

概述四种脱氧核苷酸构成DNA分子双螺旋结构的方式

阐明碱基互补配对的原则及意义

2.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）。

3.情感、态度与价值观：

体验科学家锲而不舍、执着追求、合作交流的科学精神

认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程

三、教学重难点的处理

DNA分子结构的主要特点及碱基互补配对原则是本节课的教学重点。

突出重点的方法拟采用：

①设计问题串的形式：

如“DNA是双螺旋还是三螺旋？

”

“碱基排列在螺旋内侧还是外侧？

”──“碱基对如何连接起来？

”，进行不断地质疑和解疑；②在“制作DNA分子双螺旋结构模型”的活动中，通过讨论和交流，建构以“基本单位—脱氧核苷酸长链—平面脱氧核苷酸双链—立体双螺旋结构”的知识链，完成对DNA分子双螺旋结构的初步认识。

如何有效地组织开展模型建构的活动是本节课的教学难点。

突破该难点的方法拟采用课件动态的分步演示、教师恰当的示范、启发和引导、并注意直观教具（DNA分子双螺旋结构模型）的使用，帮助学生顺利完成该活动的基本内容。

本节内容中的“碱基互补配对原则的应用”是另一个教学难点，也是高考中的重要知识考点，可考虑安排在下一节课种，以习题的变式求解和讨论逐步解决。

四、教与学的方法拟定   

DNA分子是抽象的立体空间结构，学生的认知水平和空间想象能力相对较弱，但对新知识有较强的的探究欲和学习兴趣，因此教师要着力扮演好组织者、引导者和参与者的角色，适时地、不断地启迪、指导和帮助学生；在“制作DNA双螺旋结构”模型构建的活动中，和学生一起去体验“发现”的乐趣；学会将模型建构过程中获得的信息进行汇总，通过讨论和交流，初步得出结论；养成在学习活动中友好合作，资源共享的科学探究习惯。

在教学过程中，高度重视师生互动、生生互动。

在“DNA分子双螺旋结构模型建立过程”的科学史料的阅读和理解中，以严密的逻辑推理步步追踪、层层深入，不断地引发学生去积极思考、主动参与“DNA分子结构”的学习过程。

五、教学方案的设计思路

本节课的学习内容通过重新组合，可设计成两大活动板块。

1．以新课程教学理念为指导，充分利用课程资源，引导学生以DNA分子结构的探索史为主线，将“制作DNA分子的结构模型”的活动有机地穿插其中。

在构建模型的探究活动中，引导学生学会合作学习、积极参与讨论交流，不断地发现问题和解决问题，让学生在“自我创造”中获取DNA分子结构的知识。

2．以DNA双螺旋结构模型作为直观教具，引导学生理解DNA分子的双螺旋结构结构的组成要点，带领学生通过对碱基互补配对原则含义的深入认识和问题的变式讨论，在课本相关习题的解答中，达成知识目标的落实。

六、教学方案及实施过程

教师的组织和引导

学生活动

创设情景

导入新课

【演示图片并简介】美国冷泉港DNA的雕塑

   这是矗立在“世界生命科学圣地”美国冷泉港实验室的独特雕塑──DNA分子的结构模型。

【提出问题】

通过实验证明，我们已经知道DNA是遗传物质。

那么DNA分子是怎样储存遗传信息的呢？

这就需要从认识DNA的结构开始。

学生学习热情开始高涨，并表现强烈求知欲

探究一：

DNA的基本单位是什么？

探究二：

4种脱氧核苷酸如何形成DNA分子？

【引导学生有序回忆】

1、组成DNA的基本单位是什么？

（脱氧核苷酸）

2、每个脱氧核苷酸的结构组成是什么？

【简要说明】用圆形硬纸片代表磷酸基团，五边形代表脱氧核糖，4种不同颜色的长方形分别代表A、T、G、C4种碱基。

【示范操作】脱氧核苷酸的结构示意图（先展示一个脱氧核苷的分子结构，再连接一个磷酸分子）

3、组成DNA的碱基有哪几种？

（A－腺嘌呤，T－胸腺嘧啶，

C－胞嘧啶，G－鸟嘌呤）

【构建模型1】

4种碱基的结构示意图，比较嘌呤（双环）和嘧

啶（单环）分子结构的差异。

（略长些的代表嘌呤，短的代表嘧啶；可以用双面胶模拟化学键。

）

安排学生4人一组每人完成1种脱氧核苷酸模型（2个）的制作。

【演示引导】

教师用多媒体展示正确的链接方法。

（重点讲解碱

基、磷酸与脱氧核糖的碳原子的位置关系）

【提出问题、指导阅读】

4种脱氧核苷酸又是怎样构成DNA分子呢？

（和学生一起阅读课本P．48第2-7行）

【构建模型2】

多媒体演示：

由4种脱氧核苷酸连接成长链的方

法；要求学生两人合作完成4个脱氧核苷酸组成长链的模型制作。

组织学生比较各自制作的“脱氧核苷酸链”的模型，浅议长链中碱基的排列顺序有什么差异？

学生思考，同桌简单交流，回答问题

学生思考，并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DNA分子的基本单位模型。

学生相互交流和自我评价

学生阅读课文中黑体字的内容

学生动手连接脱氧核苷酸长链，并注意和教师演示的课件比较

探究三

脱氧核苷酸长链怎样构成双螺旋结构

【提问】那么脱氧核苷酸长链是如何构成具有独特双螺旋结构的DNA分子的呢？

（当时很多科学家都积极参与了对DNA分子结构的研究，只有沃森和克里克以锲而不舍的追求和分工合作的科学探索，最终提出了DNA分子的结构模型。

）

【简述】沃森和克里克首先借用威尔金斯和富兰克林提供的DNA衍射图中反映出的有关数据，推算出了DNA分子呈螺旋结构。

【安排阅读、提出问题】

1、DNA分子是双螺旋还是三螺旋？

2、碱基排在螺旋外侧，还是螺旋内侧？

【资料分析】

奥地利著名生物化学家查哥夫对碱基对组成的研究对沃森和克里克的启迪：

腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量等于胞嘧啶（C）的量。

【构建模型3】

引发学生思考：

“两条长链中的碱基是怎样连接起来的？

”，指导学生继续构建模型。

【同步演示动态课件】

从DNA分子的平面结构到独特的双螺旋结构。

学生阅读教科书P．48第二自然段，了解科学探索的历史；独立思考再通过同桌交流，提出需要解决的问题。

学生完成DNA分子平面结构模型（4个碱基对）的制作。

探究四：

观察、交流，总结出DNA分子的双螺旋结构的要点

【思考问题】DNA分子的双螺旋结构的要点有哪些？

【模型展示】DNA的双螺旋结构示模型

师生共同回顾整理知识要点，

板书出DNA分子结构的知识链

【引导讨论】

初步认识碱基互补配对原则的含义及意义：

A与T配对；C与G配对

学生讨论并交流，初步形成DNA分子结构的知识链

简要小结

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

【布置习题】

教科书（P．51）基础题1、3。

辅导与讨论，交流与评价

学生解答、相互评价

   注：

本课案的教学设计是在作者参加成都市高中教师新课程教学基本功展示基础上修改而成的。

课案形成和实施中，得到学校专门聘请的特级教师冯永康先生的悉心指导，谨此致以诚挚的谢意！

2011-05-26  人教网

DNA分子的结构教学设计  

2009-07-2313:

20:

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一、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；体验科学探索不是一帆风顺的，需要锲而不舍的精神

二、教学重点、难点

   [教学重点]

   ⑴DNA分子结构的主要特点。

⑵制作DNA分子双螺旋结构模型

[教学难点]

DNA分子结构的主要特点。

三、教学用具

DNA分子结构模型组件、DNA分子的空间结构模型

四、教学方法

   实验探究、发现式教学

五、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。

六、教学过程

（一）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。

（二）模型建构，探究新知

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        ，且每个脱氧核苷酸是由            、          、          构成的。

（空白处请同学们回忆已学知识回答）

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？

请同学们从模型盒中拿出一个白色小球（代表磷酸）、一个蓝色的小球（代表脱氧核糖）、一个带凹凸的圆柱（代表碱基）、一个粗棒和一个细棒（代表化学键），试着构建一个脱氧核苷酸模型。

构建好一个的同学，请用同样的方法多构建几个。

【模型建构1】：

脱氧核苷酸

请一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，教师纠正。

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，试着构建脱氧核苷酸链。

【模型建构2】:

脱氧核苷酸链

学生代表展示成果，教师点评，课件展示正确的连接方法。

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？

学生边讨论边动手构建

【模型建构3】:

DNA双链

请一位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？

（在平面双链的基础上旋转即可）

【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。

教师随后展示现成的DNA分子的空间结构模型，让学生通过观察和对比，对DNA分子的结构形成更加感性的认识。

2．模型分析

分析1：

请同学们观察DNA分子结构模型，讨论以下问题：

（投影显示下列问题）

（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？

学生分析模型，得出答案并说明如何从模型中得出答案的。

学生回答，教师点评、补充。

问题

（1）中很容易出现一个错误，从模型中同学们很容易认为排列在外侧的是磷酸，教师应给予引导：

磷酸是和磷酸直接相连的吗？

学生观察后就会得出：

磷酸和脱氧核糖相连。

从而得出正确答案。

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，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。

通过上述分析，学生不难归纳出DNA分子结构主要特点：

（学生回答）

（2）         交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；    排列在内侧。

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，其他组同学写在纸上。

学生通过观察会发现碱基对排列顺序确实不同。

接着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。

进一步提出问题：

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？

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。

（三）课堂小结

   与学生共同回忆我们的探索之路，谈谈探究发现的体会；并帮助学生搭建有关DNA分子结构的知识体系：

即构成DNA分子有五种化学元素、三种物质、四种基本单位、两条脱氧核苷酸长链和一种双螺旋结构，以便于学生理解和记忆。

（四）作业布置

思考如何以本节课构建的模型为基础，形成2个完全相同的DNA分子（即DNA分子是如何完成复制的）。

七、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，有利于学生理解脱氧核苷酸的结构和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。

在探究中学生能自己发现问题，分析问题，解决问题，培养学生的生物学素养和分析解决问题的能力。

3．DNA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。

最后，本节课将后面的碱基对序列的探究整合提到了这里，由于更直观教学效果更好。

4．在整节课中，充分体现了学生的主体地位，尽量留给学生更多的空间，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。

《DNA分子的