《DNA的分子结构和特点》名师教案1.docx
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《DNA的分子结构和特点》名师教案1
《DNA分子的结构及特点》教学设计
指导思想与理论依据
1、生物学科学习的基础在于对生命的思考以及正确的理性思维，此外还需要重视学生对科学探索的能力和态度，在生物学习的过程中逐渐树立学生的社会责任感以及爱国意识。
因此，在生物学科的教学设计中，教师要以生物核心素养为指向，同时遵循学生的认知规律及其认知差异，通过课堂中的各种教与学的活动来引导学生自主建构生物知识体系，以此理解相关的生命现象和本质。
将生物学的生活现象以及问题作为引导，通过设计相关资料分析和实践活动来提高高中生的团队合作能力并且促进学生间的交流。
2、生物科学史能使学生沿着科学探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的思路和方法，学习科学家现身科学的精神。
3、发现体验式学习方式让学生亲历DNA结构的发现过程，让学生尝试像科学家那样进行解释和推理，体验科学发现过程中科学家的研究思路；学生动手构建DNA双螺旋结构模型，亲身体验模型构建的科学方法，从而加深对DNA分子结构特点的认识和理解。
教学背景分析
【教学内容分析】
“DNA分子的结构”一节是浙科版必修2第3章第2节的内容，是在前面学习了科学家通过两个经典的实验证明了DNA是遗传物质，否定了长期以来人们一直认为蛋白质是遗传物质的观点的基础上来学习的。
学生在必修1第2章中学习了DNA的化学组成知识，也为本节课学习奠定了基础。
本节课由DNA双螺旋结构模型构建科学史、DNA分子结构及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成，需要1课时。
其中碱基互补配对原则是DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则。
DNA独特的结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它也是学生理解生物的多样性、物种稳定性本质的结构基础。
本节内容体现了人们对科学理论的认识过程和方法。
本节是以科学家沃森、克里克的研究历程为主线，逐步呈现DNA双螺旋结构模型的特点。
这样使学生不仅能自然地了解到DNA双螺旋结构的主要特点，还能感悟科学家锲而不舍的科学精神，从而在情感、能力等多方面得到启示和升华。
【学情分析】
学生已经知道DNA是遗传物质，并且对DNA的化学组成知识有了一定的认识，在此基础上，本课时将要学习DNA分子结构，这部分知识比较抽象。
高中阶段学生的思维水平、学习能力已经发展到了一定的阶段，具有了一定的抽象思维能力，分析、推理能力，并具备一定的数学、物理和化学知识基础，学习本节内容不会很困难。
学生们喜欢动手操作，且绝大部分学生对生物课感兴趣。
教学方式：
（1）讲授、探究式教学
（2）分组构建模型教学手段及技术准备：
自制DNA分子双螺旋结构模型插件（超轻黏土、牙签、铝丝）多媒体课件
学习目标
1．知识目标
概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸组成的长链，两条链反向平行构成双螺旋结构。
阐明DNA分子的稳定性、特异性和多样性。
2．能力目标
制作DNA分子双螺旋结构模型。
能对相关资料进行分析，并运用已有知识进行假设、模拟、修改和完善DNA分子结构模型。
3．情感、态度与价值观：
体验模型方法在科学研究中的作用。
认识到小组合作学习中交流与合作的价值。
学习重难点
DNA分子结构的主要特点
制作DNA分子双螺旋结构模型
教学流程示意图（可选项）
教学过程表格描述
教学环节
教师互动
学生活动
设计意图
技术
时间
头发寻亲引出DNA的特性
从小被抱养，现在已为人母的杨某，将她的头发寄到温州，借助头发找到了失散三十多年的亲人。
问：
（1）头发中隐藏着什么奥秘
（2）DNA中的信息时隔三十年会改变吗
（3）她和亲人的遗传信息完全相同吗
提问：
关于DNA，你还都知道哪些知识呢
DNA作为大多数生物的遗传物质，可稳定地储存遗传信息，也可通过复制将遗传信息传递给子代。
这些功能的发挥都和DNA的结构息息相关。
答：
1头发根部毛囊细胞核包含DNA，DNA里有遗传信息
2不会，非常稳定
3不是，每个人的遗传信息都不同，但亲缘关系越近，DNA的相似度就越高。
答：
DNA是遗传物质
DNA在细胞分裂的间期会复制等
利用头发寻亲的故事引起学生兴趣。
教师通过问题的引导，让学生体会DNA的结构特性中的稳定性和特异性。
in
DNA双螺旋结构模型分析和构建
【回顾脱氧核苷酸构成并制作模型】
DNA的结构是开启遗传学的金钥匙，对DNA结构的研究也就成了遗传学界头等大事。
提问：
关于DNA分子的结构组成，你知道哪些呢
回顾脱氧核苷酸的组成
DNA结构发现者沃森和克里克借助模型获得成功，今天我们也借助模型来学习DNA结构。
请每人完成两个脱氧核苷酸模型。
科学家通过计算认识到，脱氧核苷酸之间是在磷酸和脱氧核糖的部位连接。
介绍磷酸二酯键的形成方式并画出脱氧核苷酸长链。
答：
基本单位是脱氧核苷酸，可以彼此相连构成长链，DNA是双螺旋结构
答：
磷酸、脱氧核糖和四种碱基
学生利用所给材料，每人完成两个核苷酸模型。
学生用牙签表示磷酸二酯键，将两人的核苷酸模型连起来，构成四核苷酸的短链。
通过模型，让学生直观看到核苷酸的组成及磷酸二酯键的位置，留下深刻印象。
模型
7min
【资料分析得出DNA双螺旋结构的基本特点】
长链如何构成双螺旋一场科学竞赛开始了。
除沃森和克里克外，参与这个竞赛的有鲍林，他用构建模型的方法成功研究出了蛋白质的空间结构。
威尔金斯和富兰克林擅长利用X射线衍射技术分析DNA三维结构。
三螺旋模型被否定。
提出双螺旋，即双链螺旋。
但碱基是位于双链的内侧还是外侧呢我们根据分子的特性，帮沃森解决这个问题吧。
制作双链模型（碱基对连接方式）
DNA内侧的碱基如何配对呢
科研既要有大胆的猜想，更需要科学有力的证据。
请同学们尝试通过资料分析，解决沃森的烦恼。
化学家查戈夫到访剑桥，将自己的研究结果分享给沃森和克里克。
你能从实验结果中发现哪些信息呢
为什么A与T，G与C配呢
教师讲解碱基结构和氢键。
通过氢键结合的AT碱基对的形状和CG碱基对几乎完全相同，唯一不同就是氢键数量。
在翻转180°之后图谱看起来还是一样。
这说明什么
沃森和克里克搭建新模型，这一模型也得到了鲍林、富兰克林等人的认可。
1953年4月25日，这篇论文刊登在《Nature》杂志上，同时这期杂志也发表了威尔金斯、富兰克林等人的文章，X光衍射照片及数据都成为了双螺旋结构模型的有力证据。
倾听，思考
答：
DNA双链外侧是磷酸和脱氧核糖，内侧是碱基。
学生大胆猜测
同学们独立分析学案的
资料，并完成学案上相关问题后进行交流讨论。
碱基之间应该是嘌呤和嘧啶配对。
答：
虽然每种生物体内ATGC的含量不同，但A与T的量大体相同，G与C的量大体相同
答：
两条链反向平行
学生带着明确的问题阅读资料，通过资料分析，获取有效信息，尝试解决问题。
根据科学史相关信息，学生体会科学家科学探究的历程；沃森和克里克的模型先后建立又被推翻，学生也理解每一个科学发现背后都有一段艰辛的路。
在教学中不断渗透假说演绎的思维方式。
为沃森的猜想提供实验数据的支持，基于事实的猜想，体现模型的科学性
in
12min
【修正平面模型，总结结构特点】
教师简要说明要求并巡回指导
强调：
A与T配对，G与C配对，双链反向平行
让各小组互相看看挑错、展示
指导小组间同学通过比较找DNA模型的异同点，
展示小组成果并提问：
有没有和他们组的DNA一样的
总结DNA多样性和特异性。
【制作双螺旋模型并比较】
明确制作要求
展示双螺旋教具，大家比较异同点。
DNA可以储存遗传信息，DNA能存储其他信息吗播放视频
DNA以什么方式存储信息
DNA为什么存储量这么大分
析8对核苷酸的短链能有多少种
DNA鉴定中心是怎样借助DNA帮她找到亲人的
每人完成两对脱氧核苷酸的制作，四人一组，将四个人的成果连成长链前后组将DNA放在一起做对比，找异同相同点：
外侧都是磷酸和脱氧核糖
内侧碱基的排列不一样体会DNA分子的多样性和特异性
两小组将DNA连接起来并旋转成双螺旋
碱基对排列顺序
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提取杨某DNA，测定碱基排列顺序，并与信息库中的DNA比较
认识到小组合作学习中交流与合作的价值
通过不断的比较结构的异同点，让学生从不同角度认识DNA结构的特点。
让学生体会研究工作的不易和科学性。
模型
15min
为复制做铺垫
这节课我们像科学家一样，通过模型建构的方式学习了DNA的分子结构，但真正的模型制作并不容易，每一个原子的大小、化学键的长度和角度都是要仔细考虑，与事实证据相符。
“在提出碱基特异性配对的看法后，我们又立即提出了遗传物质进行复制的一种可能机理”。
倾听思考
思考可能的DNA复制方式。
in
板书设计
本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点300-500字数
本节课整合了科学史中的资料，学生通过分析学习相关资料能够体验科学家探索生物世界的道路，在不断的假设和修正中，理解科学的本质和科学研究的方法。
本节课突出了对学生情感态度与价值观的教育。
根据本节教材内容特点和我校学生的实际情况，我尝试对教具进行改造，利用超轻黏土捏制脱氧核糖和磷酸、碱基等，并用铝丝和牙签完成连接。
在课程中，让学生通过模型的制作，直观看到脱氧核苷酸的结构，并通过小组合作的方式呈现出一个短链的DNA模型，通过模型的比较理解DNA分子结构的多样性。
“假说演绎法”是发现问题解决问题的科学方法，本节课将科学史中有用的信息进行了整合，以资料的形式呈现给学生，并通过问题的引导和铺设，让学生大胆的猜想可能的DNA模型，并阐述自己的理由，用科学事实引导学生，让学生尝试像科学家那样进行解释和推理，力求使学生沿着科学家进行科学研究的思路去理解科学的本质、科学思维过程和科学研究的方法，又能从科学家表现出的科学精神、科学态度及其它优秀品质中多有感悟。
让学生在学习过程中潜移默化加深对假说演绎方法的体会。
学生总结DNA分子结构特点后，通过制作DNA双螺旋结构模型，既体验了建构模型的方法，又加深对DNA分子结构特点的理解和认识，同时也体验到合作的乐趣和成功的愉悦。
附录
沃森和克里克的烦恼：
碱基之间如何配对
威尔金斯在那不勒斯演讲时展示了一张DNA衍射图谱，测量分析后发现DNA分子缠绕在一起像一个规则的圆筒，各处直径均为2nm。
之后，富兰克林拍摄出有史以来最清晰的DNA分子照片，并运用数学公式对照片进行了分析，计算出一些有关DNA结构的准确数值。
衍射图中心是交叉的，说明它是螺旋形的。
富兰克林还指出，她给DNA拍了好多张俯视的X射线衍射图谱，发现DNA在上下翻转180°之后图谱看起来是一样的。
构成DNA的四种碱基分子结构式如下图所示：
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