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？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