DNA分子的结构教学设计

DNA分子的结构教学设计贵州省贵阳市第六中学周红一、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，重视探究性学习和知识的获得过程，培养学生的动手能力。同时注重培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养。基于新课程的这些理念，在设计这节课时我没有照搬教材顺序，而是大胆将学生的动手实验分解成详细的很多步骤，同时融入科学家的科学研究过程，逐步探究，让学生在认识脱氧核苷酸的基础上，逐步发现如何构建单链，进一步构建平面双链和立体空间结构，同时总结出DNA分子结构的主要特点。探究活动和讨论均以生物小组为单位进行，然后进行小组间的发言和交流。在边探究边动手制作模型的过程中，还使学生亲身体验了模型构建这一科学研究方法。模型制作完毕后通过小组间模型的比较分析，引导学生总结出DNA分子结构的多样性和DNA的遗传信息就是碱基对的排序。二、教学分析1.教材分析《DNA分子的结构》既是对已学孟德尔遗传定律和减数分裂知识的进一步深入，更是学习整个遗传部分的基础。该内容几乎每年高考都有涉及。课本首先用较大篇幅介绍了科学家们构建DNA双螺旋结构模型的故事，旨在使学生了解科学家的研究过程，学习和体会科学家们善于捕获和分析信息，合作研究及锲而不舍的科研精神。之后是DNA分子结构主要特点介绍，最后是制作DNA双螺旋结构模型的学生动手实验。教学重点和难点是：DNA分子结构的主要特点和DNA双螺旋结构模型的制作。2.学情分析学生已掌握核酸及脱氧核苷酸的相关知识，懂得DNA是主要的遗传物质，这为新知识的学习奠定了认知基础。高中学生具备一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立，加上我校是市属重点高中，而我任教的班级又是理科实验班，学生的学习能力和动手能力都比较强，具备实施探究式教学的条件。三、教学目标1.知识目标①概述DNA分子结构的主要特点②了解模型构建的科学研究方法2.能力目标①对图片及模型的观察和分析能力②合作学习的能力③用文字和图形表达观点的能力④正确制作DNA双螺旋结构模型的能力3.情感、态度、价值观目标①认同与人合作及锲而不舍的精神在科学研究中的重要性②体验模型构建的科学研究方法③体验合作学习和交流在知识、技能学习中的重要性四、教学策略组织学生自主探究和充分的课堂交互活动五、教学流程六、教学过程教学环节教师的组织和引导学生活动设计意图导入新课投影图片：DNA雕塑引言：荧幕上展示的是“DNA双螺旋结构雕塑”，它是矗立在北京中关村高科技园的标志性雕塑。而在北京大学生命科学学院，也有一座类似的雕塑，可北大的这个雕塑却因旋转方向的问题，使北京大学惹上了官司，这是怎么回事！同学们有没有听说过这个案件？（教师对下列两个问题简要说明，然后引出本节课题）1、北大制作DNA结构雕塑的原因？2、该公司制作的雕塑螺旋方向有何不妥？展开讨论学生代表：是这样，北大向某公司定了座“DNA雕塑”，并按双方选定的图纸签了合同。后来公司如期交付安装，北大也支付了全部费用。但雕塑参展一段时间后，一位北大教授发现双螺旋雕塑的螺旋方向反了。后来公司为北大重做了雕塑，并要求北大支付二次制作的成本费，北大拒绝。该公司就把北大告上了法庭。激发学生对DNA双螺旋结构的学习兴趣布置任务同学们的桌子上，有事先分类整理好的制作DNA双螺旋结构模型的材料和用具。本次课要以生物小组为单位，进行自主探究和讨论，并动手制作DNA的结构模型。在完成模型的过程中，总结出DNA分子结构的主要特点等相关知识。明确探究任务研读科学家的研究历程（课件展示文字：在德国生化学家米歇尔最早发现DNA存在之后的近一个世纪里，许多科学家投身到DNA的化学组成和结构的研究中。在沃森和克里克创建DNA双螺旋结构之前，科学界对DNA的认识是：以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链。随后课件又展图：）利用图片带领学生回顾脱氧核苷酸的相关知识，请同学上黑板写出另三种脱氧核苷酸的中文名称及简图。其他同学完成学案相应内容。之后，引导阅读关于DNA双螺旋结构模型构建的故事。并思考和分组讨论48页的两个旁栏思考题，还有49页方框内的思考与讨论题，然后完成学案相应内容。同学书写，如图：、、（学生分组讨论，教师巡视并参与，8分钟后随机抽检三个组的学案，并请一个完成较好的组阐述。）体会科学家善于捕获和分析信息，合作研究及锲而不舍的科研精神。为自主探究做准备创设探究情景一讨论结束后，在黑板上从上到下依次画上6个游离的脱氧核苷酸（涵盖4个种类，且碱基排序与课本平面图不同，为探究DNA结构的多样性做铺垫，如图：），设问：黑板上画有6个游离的脱氧核苷酸，应怎样将它们连接成一条脱氧核苷酸链？是把这个脱氧核苷酸的碱基和下一个脱氧核苷酸的碱基连接，还是把磷酸基团连接，再或者是连接五碳糖？（边指图中相应部位，边提出疑问）学生开始小声讨论；创设情景，引导学生自主探究脱氧核苷酸链的连接方式实施探究并进行交流总结要学生用1分钟研究并讨论课本图3-11的DNA分子平面结构模式图。之后请同学将黑板板图上6个游离的脱氧核苷酸连接成一条脱氧核苷酸链。其他同学完成学案相应内容。（随机抽查三组学案后，刻意先请出错的同学上黑板连接，其他同学点评后请正确点评的同学上黑板更正，同时引导学生总结连接方式：磷酸与五碳糖交替连接。）（学案完成后，要求学生用2分钟将桌上材料制作一条脱氧核苷酸链的模型，强调只要构建方式正确，长度等可与学案不同）（分组制作时，教师巡视并指导，2分钟后，检查各组模型，并随机展示、点评1到2个作品）研读课本后展开讨论；将板图正确连接，如图：制作单链模型为学生的自主探究活动指明方向并做好恰当的组织引导，避免盲目探究创设探究情景二在板图已有脱氧核苷酸链的右边，画一条相同的链，如图：）。设问：黑板上这两条链，可否构成DNA分子？追问：到底行不行哦？一部分同学回答：可以追问后很多同学再次研究图3-11并讨论，之后大声回答：不行所有同学把目光转向图3-11。七嘴八舌地回答：碱基的位置不对、两条链碱基配对关系不对等。创设新的情景，引导学生探究两条脱氧核苷酸链的构建方式带领学生实施探究并进行交流总结要求学生用1分钟整理板图的错误之处，派代表阐述。大家指出两条链方向不对。那如果用一个向上的箭头（随即在板图旁画上“↑”）表示左链的方向，那右链该怎样表示？（学生回答后，教师随即在“↑”旁边画上“↓”，并将右链按正确方向重新画上，但碱基种类暂未填写，如图，教师边画图边总结：两条链反向平行，磷酸和五碳糖交替连接位于外侧，构成DNA分子结构的基本骨架，而碱基则成对位于内侧。）（引导学生再聚焦图3-11，关注内侧的碱基，小组讨论后上黑板将未填碱基的地方填上正确的碱基符号。并总结碱基互补配对原则）小组代表：一、右边这条链碱基方向不对，应转过来和左链的碱基挨在一起；二、两条链上碱基的配对是错的；另外五碳糖也应上下颠倒一下。学生：向下的箭头。学生代表到黑板上完成板图：如图为学生的探究活动指明方向并做好组要求学生用2分钟制作第二条链的模型，并提醒：第二条链要与制作的第一条的碱基互补。（模型制作过程中教师巡视并适当指导，制作完成后，引导学生从DNA分子结构的整体性和稳定性角度出发，思考得出：已制作好的两条脱氧核苷酸链现在是彼此独立的，须用某种特定方式将二者连接固定才能构成DNA分子。）要求学生用5分钟研读并讨论课本49页的文字和图3-11，以及51页课后练习题1，告知学生练习题1的结构9中每条虚线代表一个氢键。制作第二条链的模型以小组为单位研究课本并展开讨论织引导，避免盲目探究（讨论时教师巡视并至少参与2个组的讨论，5分钟后随机抽取3组派代表阐述。其中有个小组的观点既全面又有新意）学生：构成DNA分子的脱氧核苷酸间，上、下关系是由磷酸和五碳糖连接形成化学键；而左、右关系是由配对的碱基间形成氢键连接。另外，通过对图3-11和练习题1的仔细研究和讨论，我们还明白了为什么碱基互补配对时，总是A与T，G与C配对。是因为嘌呤分子大于嘧啶分子，而构成DNA的两条链是平行的，要保持两条链平行，只有嘌呤和嘧啶配对，碱基对的长度才一样。还因为A和T都刚好能形成两个氢键，G和C能形成三个，就好比一部梯子上的横踏板，拼成一个踏板的两块板，其形状和结构得相互匹配,就像图3-11上的那样，不然横踏板就不稳了。追问：要求把“梯子”的稳定有赖于横踏板长度一致和形状匹配的问题讲得更具体些？学生：横踏板好比DNA碱基对，长度一致是说不能用嘌呤和嘌呤配，因为他们结构大，也不能用嘧啶和嘧啶配，因为他们结构小，而只能一个嘌呤和一个嘧啶配对，才能使上、下碱基对的长度基本一致。鼓励该同学上黑板将所讲内容以板图形式展示学生：（板图）而拼接的两块板形状要匹配，是说G和C刚好能形成三个氢键,A和T能形成两个，这说明配对的双方形状是相互匹配的,就像图3-11画的那样（板图）（给予高度评价，鼓掌以示鼓励。）引导学生总结DNA分子结构的三个主要特点，并完成学案，然后引导完成模型制作。各组模型完成后，引导学生观察不同小组制作的模型是否完全一样。教师进行规范性点评，指出：长度不同应表达为DNA分子所含脱氧核苷酸的数量不同，碱基对不同应表达为碱基对的排序不同。并总结出：DNA分子结构具多样性。引导学生讨论50页模型制作后的讨论题1、2。分组完成模型制作组间进行模型的比较、观察和讨论学生：长度不同，中间的碱基对也不同讨论后发言，并总结出碱基对的排序就是遗传信息总结教师对整节课的学生探究活动开展情况和探究成果进行总结，并完成板书。学生参与总结突出强调重点知识板书：DNA分子的结构一、构建模型1.基本结构单位：4种脱氧核苷酸2.结构：双链螺旋二、DNA分子的双螺旋结构三、主要特点1.主要特点①双链，反向平行，螺旋②基本骨架：脱氧核糖和磷酸交替连接（外侧）③碱基互补配对原则：A与T,G与C（内侧）2．结构多样性：主要是碱基对数量及排序不同3．遗传信息：碱基对的排列顺序就代表遗传信息注：本文获得中国教育学会生物学教学专业委员会第十三届全国学术年会教学设计评比一等奖。