DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1、DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)王靜曉 寧波市效實(shí)中學(xué) 315012一、 設(shè)計(jì)思路本節(jié)內(nèi)容比較抽象，學(xué)生不易產(chǎn)生興趣， 要想突破就要充分的發(fā)揮科學(xué)史的作用和價(jià)值，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的探索足跡，再次面對(duì)科學(xué)家曾遇到的問題，使之產(chǎn)生自覺探究的內(nèi)驅(qū)，通過小組合作，在不斷的“建構(gòu)修正建構(gòu)修正”的過程中，完成自主構(gòu)建。在發(fā)展與人合作以及解決問題的能力的同時(shí)，自然生成知識(shí)，并獲得一定的情感體驗(yàn)。本節(jié)教學(xué)的設(shè)計(jì)思路：以科學(xué)史為主線，以模型建構(gòu)為主要的活動(dòng)，采取“化學(xué)成分 基本組成單位 單鏈結(jié)構(gòu) 雙鏈平面結(jié)構(gòu) 雙鏈空間結(jié)構(gòu)”的教學(xué)順序。模型建構(gòu)完成后，引導(dǎo)學(xué)生分析模型水到渠成的得出DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及DNA的

2、特性。二、 教學(xué)分析1. 教材分析“DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)”是浙科版高中生物必修2第三章第2節(jié)的內(nèi)容，它在教材中有著承前啟后的作用。本節(jié)課與必修1的“核酸”“細(xì)胞增殖”等內(nèi)容相聯(lián)系，與此同時(shí)，它既對(duì)前一節(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的內(nèi)容進(jìn)行更進(jìn)一步的說明，使學(xué)生加深了對(duì)遺傳物質(zhì)的理解，又為之后學(xué)習(xí)“DNA分子的復(fù)制”“基因表達(dá)”等內(nèi)容進(jìn)行必要的鋪墊，是否牢固掌握本部分內(nèi)容，對(duì)整個(gè)遺傳、進(jìn)化和分子生物學(xué)的基本知識(shí)都會(huì)起到舉足輕重的作用。2. 學(xué)情分析學(xué)生通過上一節(jié)課已經(jīng)知道了DNA是主要的遺傳物質(zhì)，并在必修一也學(xué)習(xí)了DNA的分布、構(gòu)成元素、基本單位等知識(shí)，為本節(jié)課學(xué)習(xí)奠定了知識(shí)基礎(chǔ)。但高一學(xué)生的

3、有機(jī)化學(xué)知識(shí)相對(duì)較薄弱，所以避免過多有機(jī)知識(shí)的介紹，盡量將相關(guān)知識(shí)轉(zhuǎn)化為圖及實(shí)物再結(jié)合人體模擬，給學(xué)生直觀的認(rèn)識(shí)。學(xué)生對(duì)于構(gòu)建模型有很高的積極性，樂于通過動(dòng)手，積極探索DNA分子的結(jié)構(gòu)。三、 教學(xué)目標(biāo)1. 知識(shí)目標(biāo)：簡(jiǎn)述DNA的分子組成；概述DNA分子結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。2. 能力目標(biāo)：運(yùn)用建構(gòu)模型的科學(xué)方法，制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；以科學(xué)發(fā)現(xiàn)史的資料故事培養(yǎng)學(xué)生搜集、處理信息的能力。3. 情感目標(biāo)：通過DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，體驗(yàn)多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，認(rèn)同交流與合作在科學(xué)研究中的重要意義，并培養(yǎng)學(xué)生勇于探索，嚴(yán)謹(jǐn)論證的科學(xué)態(tài)度和鉆研精神。四、 教學(xué)方式和教學(xué)手段采取講授、探究式教學(xué)，分組合作

4、構(gòu)建DNA模型。教學(xué)手段及技術(shù)準(zhǔn)備：多媒體課件；將DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型封裝于信封，課前要求學(xué)生將小組同學(xué)姓名寫在信封上，便于課堂上的展示。五、 教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容教師的組織和引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖導(dǎo)入新課呈現(xiàn)二維碼和條形碼，介紹歐美國(guó)家開展的生命條形碼計(jì)劃。思考細(xì)胞內(nèi)的哪種物質(zhì)能承擔(dān)起編碼生命條形碼的作用？原因是該物質(zhì)的功能是一種什么物質(zhì)？聯(lián)系生活，激發(fā)興趣，關(guān)注科學(xué)前沿?；仡櫯f知，明確脫氧核苷酸組成【資料1】20世紀(jì)30年代，生化學(xué)家分析了DNA的分子組成，發(fā)現(xiàn)它由4種脫氧核苷酸分子聚合而成。每一個(gè)脫氧核苷酸由一分子的磷酸、一分子的脫氧核糖，一分子的堿基組成。說明脫氧核苷酸的簡(jiǎn)圖。出示4種堿基。

5、 在掌握腺嘌呤A的基礎(chǔ)上快速對(duì)另外三種堿基的中文名稱及英文簡(jiǎn)寫進(jìn)行對(duì)應(yīng)，思考并回答問題：1、脫氧核苷酸有幾種？分類依據(jù)是什么？說出四種脫氧核苷酸的名稱。引導(dǎo)學(xué)生回憶第1模塊的相關(guān)內(nèi)容，為學(xué)習(xí)新知、順利構(gòu)建DNA模型做好鋪墊。明確研究方法，提供構(gòu)建模型零件【資料2】化學(xué)家鮑林發(fā)明了一種獨(dú)特的查看分子維度的物理方法，即先根據(jù)理論上的考慮使用原子構(gòu)件搭建分子模型，再利用相關(guān)技術(shù)檢驗(yàn)搭建的模型是否正確，由此發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)a螺旋結(jié)構(gòu)。今天我們也用該方法來嘗試下DNA分子結(jié)構(gòu)的研究。傾聽，打開信封中的DNA模型的散件，2個(gè)學(xué)生為一組，首先結(jié)合圖文認(rèn)識(shí)各個(gè)零件分別代表什么成分，再辨別出由零件組裝的4種脫氧核苷

6、酸。由零件到脫氧核苷酸的分析，有利于讓學(xué)生感受由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由點(diǎn)到線再到面的構(gòu)建過程。同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到模型方法在科學(xué)研究中的重要作用。建構(gòu)單鏈提供相鄰兩個(gè)脫氧核苷酸的分子結(jié)構(gòu)式，提示聯(lián)系兩個(gè)氨基酸是如何連接的，大膽推測(cè)兩個(gè)脫氧核苷酸的連接。出示兩個(gè)脫氧核苷酸脫水的原理，引導(dǎo)各小組修正模型。自主建構(gòu)：2個(gè)學(xué)生為一組，要求將3個(gè)脫氧核苷酸拼接，使其成為一條鏈。通過試錯(cuò)，使學(xué)生更深刻、直觀的認(rèn)識(shí)磷酸二酯鍵。建構(gòu)雙鏈平面結(jié)構(gòu)【資料3】DNA分子的X射線衍射圖，威爾金斯的結(jié)論：DNA是規(guī)則的螺旋體，堿基排列在內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖排列在外側(cè)?！举Y料4】奧地利著名生物化學(xué)家卡伽夫研究不同物種DNA的堿基成分

7、百分比表格的分析。 教師巡視，搜集典型模型，待每小組完成后，將搜集的模型實(shí)物投影展示。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察分析構(gòu)建模型的思路，主要解決DNA平面結(jié)構(gòu)中的2大問題： 問題1.兩條鏈間堿基對(duì)間的配對(duì)方式和機(jī)理。堿基含量的卡伽夫法則?！举Y料5】出示堿基互補(bǔ)配對(duì)過程中的結(jié)構(gòu)圖，A與T通過兩個(gè)氫鍵，G與C通過三個(gè)氫鍵連接，稱之為堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。問題2. 理解DNA兩條鏈的反向平行。游戲規(guī)則：1.每位同學(xué)左手握拳代表磷酸基團(tuán)，軀干部分代表脫氧核糖，右手代表堿基。2.手臂代表的化學(xué)鍵不能扭曲。根據(jù)前4個(gè)資料，利用已拼接好的DNA單鏈，原先的2人小組相鄰兩個(gè)小組合并為4人小組共同完成DNA雙鏈平面結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。進(jìn)

8、行比較、分析和思考，開展自評(píng)或互評(píng)，學(xué)生觀察數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：A與T數(shù)量相等，G與C數(shù)量相等，但A+T與G+C不一定相等， 推測(cè)DNA分子的兩條鏈中最可能是A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。觀察配對(duì)的堿基是以H原子和氧原子、氮原子等形成相互作用力連接在一起的。根據(jù)化學(xué)知識(shí)得出這種相互作用力是氫鍵。先請(qǐng)兩位同學(xué)到講臺(tái)前演示：一條鏈上相鄰的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的連接以及兩條鏈間互補(bǔ)配對(duì)的堿基間的連接。再請(qǐng)全班同學(xué)都參與該活動(dòng)，按座位四組同學(xué)形成四個(gè)DNA片段。美國(guó)教育學(xué)家克萊恩曾經(jīng)說過：“最佳的學(xué)習(xí)方法是先做后辨認(rèn)，或是一邊做一邊辨認(rèn)?！弊屚瑢W(xué)自己分析相關(guān)資料，親自動(dòng)手嘗試制作模型，在模型制作過程中出現(xiàn)這樣或那

9、樣的問題，有些正是科學(xué)探索過程中曾經(jīng)遇到過的問題，更能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探索的艱辛和快樂，增強(qiáng)學(xué)生的情感體驗(yàn)。讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)成果的得出需要不同學(xué)科間的合作。建構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)展示學(xué)生最后構(gòu)建的DNA雙螺旋模型，與沃森和克里克創(chuàng)建的模型進(jìn)行比較。學(xué)生思考如何將制作好的DNA雙鏈平面結(jié)構(gòu)最終建構(gòu)為DNA的立體結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生欣賞自己和他人的成果并體驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鞒晒Φ目鞓?。模型分析DNA的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1953年4月25日，沃森和克里克在自然雜志上發(fā)表論文核酸的分子結(jié)構(gòu)脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型，從此真正意義上的分子生物學(xué)誕生了，他倆和威爾金斯共同獲得1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。引導(dǎo)學(xué)生觀察模型

10、思考如果你是沃森或克里克覺得應(yīng)該在論文中怎樣描述你所構(gòu)建的DNA的結(jié)構(gòu)。完成學(xué)案中的模型分析1：1.DNA分子是由條鏈組成，盤旋成結(jié)構(gòu)。2.交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；排列在內(nèi)側(cè)。3.堿基通過連接成堿基對(duì)，并遵循原則。學(xué)生代表回答。強(qiáng)化學(xué)生對(duì)DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的規(guī)范表述。模型分析DNA的分子特點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生比較構(gòu)建模型的第一個(gè)堿基對(duì)，試分析第一個(gè)堿基對(duì)的可能情況。共同歸納得出DNA分子具有多樣性。提問：多樣性的原因？每一個(gè)特定的DNA分子具有特定的堿基排列順序，這是DNA分子的特異性。作為遺傳物質(zhì)DNA還具有穩(wěn)定性，引導(dǎo)學(xué)生從DNA的結(jié)構(gòu)分析原因。4組學(xué)生匯報(bào)制作模型的前3個(gè)堿基對(duì)的排列順序。

11、探究堿基對(duì)數(shù)量（n）和堿基對(duì)排列方式的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型。觀察模型、思考回答。訓(xùn)練學(xué)生觀察、歸納、表述能力當(dāng)堂鞏固，促進(jìn)遷移完成學(xué)案中的當(dāng)堂達(dá)標(biāo)及時(shí)鞏固歸納小結(jié)為下節(jié)課埋下伏筆這節(jié)課我們重走了DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)之路，嘗試了建模，進(jìn)而觀察模型分析了DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性。在1953年沃森和克里克發(fā)表論文時(shí)，在論文的最后，有這樣一句語言：我們還注意到我們所提出的特殊配對(duì)模式，提供了遺傳物質(zhì)可能的復(fù)制機(jī)制。模型建立的當(dāng)時(shí)，就做了這樣的一種預(yù)測(cè)！那么DNA復(fù)制的機(jī)制到底是什么？DNA的復(fù)制意味著什么呢？這個(gè)問題留給大家下課思考，希望下節(jié)課能聽到同學(xué)們的精彩回答。學(xué)生傾聽、思考總結(jié)本節(jié)內(nèi)容科學(xué)的一個(gè)重要的價(jià)值功能：科學(xué)的預(yù)見性。學(xué)生帶著新的問題走出課堂。為后面的學(xué)習(xí)打下伏筆，繼續(xù)激發(fā)學(xué)生的求知欲。六、 教學(xué)反思本節(jié)課將“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”這個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)大膽地改為探究性實(shí)驗(yàn)，將建構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)模型的過程以“基本單位單鏈平面雙鏈立體空間結(jié)構(gòu)”的步驟逐步分解，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，符合學(xué)生