1、 1 / 11第二节 DNA 分子的结构宿州学院附属实验中学 朱学伏教材分析本节属于高中生物 2 遗传与变异第三章第二节，内容的编排顺序是：先以资料形式介绍 DNA 双螺旋结构模型构建的过程，之后总结 DNA 分子结构的主要特点，最后动手制作模型，这样设计能加深学生对 DNA 分子结构特点的认识和理解。其中介绍 DNA 双螺旋结构模型的构建过程采取讲故事的形式，这段科学发现史中包含了丰富的科学方法，学生除了可以体验构建模型的研究方法外，还可以领悟到多学科知识综合应用的妙处；让学生在构建模型中体验科学研究的方法，进而渗透科学思想和科学精神方面的教育。本节中介绍的碱基互补配对原则是 DNA 复制、
2、转录、翻译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、物种稳定性的物质基础。因此该内容起了承上启下的作用，在整个高中生物分子生物学部分非常重要。学情分析学生已经学习了“生物 1：分子与细胞”的遗传信息的携带者核酸这节内容，获得了 DNA 的基本单位是 4 种脱氧核苷酸，以及 DNA 是由 2 条脱氧核苷酸链构成等知识，这些基础知识是构建 DNA 结构模型的认知基础。学生对于脱氧核苷酸的组成、脱氧核苷酸链的形成方式、2 条链在空间上排布如何、结构如何就需
3、要通过本节课的学习来获得。在老师的引导下，同学们渴望知道 DNA 的结构，并期待着自己能动手制作，故同学们学习本节知识的热情很高，加上同学们已经具备了一定的认知能力和动手操作能力，因此本节可以引导学生自主构建 DNA 结构模型的方法来实施教学，使学生能深化理解 DNA 结构的特点，为接下来学习 DNA 的复制，基因的本质和基因指导蛋白质合成打下良好的基础。教学目标 知识目标概述 DNA 分子结构的主要特点。能力目标1获取 DNA 研究的相关资料中的信息。2小组合作，制作 DNA 分子双螺旋结构的模型。情感态度与价值观1认同模型构建在生物科学研究中有重要作用。2合作构建 DNA 双螺旋结构模型。
4、 教学重点1DNA 分子结构的主要特点。2制作 DNA 分子双螺旋结构模型。教学难点 制作 DNA 分子双螺旋结构模型和 DNA 分子结构的特点。教学准备DNA 双螺旋结构立体模型，自制磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基纸质模型的材料、碱基软磁片模型材料；多媒体课件；学生提前预习本节内容。2 / 11教法和学法 1教师的启发引导式教学、构建模型教学。2学生自主学习法、合作学习法。课时安排1 课时。设计思路及流程本节依照新课程的教学理念来设计，即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，同时注重培养学生科学的思维、方法等科学素养。基于新课程的这些理念，在教学过程中充分
5、发挥学生的主动性，积极动手操作构建DNA 分子的结构模型，按照“创设情境设疑（激发思考） 讨论（思考）回答动手操作（实践）再创设情境再思考再讨论再构建成功构建正确的模型”这一思路组织教学，面向全体学生。在这个过程中让每一个学生都亲身经历“模型构建”的过程，由简单到复杂，化抽象为具体，然后通过小组间的交流、比较和归纳，水到渠成得出 DNA分子结构的主要特点，同时体会这一过程所蕴含的科学方法和科学思想，达到在模型构建的活动中悄无声息的获得新知、培养能力，提高素养这一目标。教学过程播放影片，创设情境，设疑。 （提出问题）DNA 分子的结构是什么样的呢？投影相关 DNA 研究的信息资料。 （分析问题）
6、巩固、设疑、为下节伏笔。总结归纳 DNA 分子结构特点投影相关资料质疑、验证模型（得出结论）（解决问题）Jieju 构建核苷酸模型构建一条核苷酸链模型构建二条核苷酸链模型构建 DNA 空间结构模型3 / 11教学程序 教师的组织和引导 学生活动设计意图创设情境，导入新课。播放第 28 届雅典奥运会开幕式上，用激光绘织出象征生命的 DNA 螺旋的视频片段。问题 1：请同学们根据刚刚的短片猜测一下DNA 结构是什么样的呢？【可能需要的引导，方法如下：】问题 2：DNA 由几条链构成？问题 3:DNA 的基本组成单位是什么？结构什么样？【过渡】DNA 作为遗传物质，其双螺旋结构被誉为20 世纪以来生
7、物学最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生。遗传物质必须具有稳定性，那么 DNA 具备这样的特点吗？我们还是先来看看它的结构吧。任何科学发现都是源于对真理的痴迷追求和不懈努力，DNA 双螺旋结构的发现也不例外；接下来让我们追随沃森和克里克 2 位科学家的经历，一起来重温一下这一伟大的发现历程吧！请同学们利用桌子上的材料跟随科学家的思路，亲身体验一下 DNA 结构模型的制作过程吧，并确定一下，从结构上看 DNA能成为遗传物质吗？【学生观看影片】【学生讨论】回答 1：DNA 分子呈（双）螺旋结构回答 2：DNA 分子由 2 条链构成回答 3：脱氧核苷酸；双螺旋结构学生充满探索的欲望，急于了解 DNA
8、分子的结构。激发学生对DNA双螺旋结构的探究热情，为后面实施模型构建做铺垫构建脱氧核苷酸模型资料 1：1879 年，科赛尔和学生经数十年的努力，于20 世纪初得到组成核酸的基本成分：单糖、嘌呤碱基或嘧啶碱基、磷酸。资料 2：1911 年，列文发现单糖是五碳糖，之后于1934 年发现核酸可被分解成含有一个含 N 碱基、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，此组合叫核苷酸。且最终证实核酸是由五碳糖与磷酸基团组成的长链，每个五碳糖上再连一个碱基。问题 4：根据上述资料我们知道核苷酸有哪些成分构成？【模型构建】【学生思考，小组讨论交流并回答】：回答 4：核苷酸中含有 1 分子含 N 碱基、1 分子脱氧核
9、糖和 1 个磷酸培养、阅读能力、获取信息的能力、小组合作的能力4 / 11同学们桌子上的圆纸片代表磷酸；4 种条状纸片碱基；五边形纸片脱氧核糖。请同学们参照课本 p42 页图 31，利用桌子上的材料来构建脱氧核苷酸吧。【小组展示成果】肯定小组的成果，分析出现的问题时，投影脱氧核苷酸以及四种核苷酸的结构模式图：脱氧核苷酸因为含氮的碱基的种类分为 4 种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸（五碳糖的 1 号碳原子和碱基相连，5 号碳原子和磷酸连接） 。【练习】课本 P51 基础题第 3 题。下列各图中，图形分别代表磷酸、脱氧核糖、碱基，在制作脱氧核苷酸模
10、型时各部位之间需要连接，下列连接正确的是（ ）【小组合作构建模型】小组共同完成核苷酸的结构模型的构建。【小组展示成果】学生通过认真听讲，亲身构建模型，顺利完成本题练习。答案选 B.让学生体验初次构建模型的乐趣，收获成功的喜悦过渡 那么核苷酸是如何构成 DNA 的呢？构建一条脱氧核苷酸 链模型【投影】资料 3：当时科学界的认识：DNA 分子是以 4 种脱氧核苷为单位链接而成的长链。【引导回忆】生物 1 学习核酸时，核苷酸是怎样连接成长链的？请同学们尝试构建一条核苷酸链吧。【预备内容】学生模拟的结果相邻的 2 个脱氧核苷酸的连接情况可能有 6 种：磷酸磷酸；脱氧核糖脱氧核糖；碱基碱基；磷酸脱氧核糖
11、；磷酸碱基；碱基脱氧核糖小组合作构建模型创设情境引导学生回忆已学知识,做到旧为新用5 / 11【讲述】同学的构建的模型中到底哪一种是合理的呢？请看：【投影】资料 4：现代分子生物学研究表明：磷酸与脱氧核糖交替连接（以 3， ，5 ， -磷酸二酯键相连）形成一条脱氧核苷酸链 。【拨疑】当年沃森和克里克它们是如何知道哪种是正确的呢？他们原来也不知道答案的，只是他们有着强烈的兴趣、永不言败的精神，通过不断的尝试去一步步接近 DNA 的真实面目的。【鼓励】现在就请修正你们的脱氧核苷酸链的模型吧。【小组展示成果】教师引导学生发现不足，鼓励并肯定小组的成果。【过渡】那么，他们是如何确定 DNA 到底是单链
12、、双链、三链等螺旋的呢？【学生通过教师给出的信息、引导】最终确认：脱氧核苷酸之间是通过“磷酸脱氧核糖”相连：如下图 。【小组合作、修正模型】【小组展示成果】，为学生自主构建模型指明方向，并做好恰当的引导，避免盲目构建模型6 / 11构建二条脱氧核苷酸 链模型 【投影】资料 5：威尔金斯和富兰克林的 DNA 的 X 射线衍射图；X 衍射技术是用 X 光透过物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体图案的技术。根据图像可以推测分子大致的结构和形状。沃森和克里克根据威尔金斯和富兰克林的 X 射线衍射的数据研究，已清楚 DNA 是有着不变的直径，有着规则的螺旋形状。资料 6：蛋白质结构权威鲍林认为 DN
13、A 分子结构为3 股螺旋；沃森和克里克原来按照 3 股螺旋的思路进行了很长时间的工作，可是既构建不出合理模型，也遭到结晶学专家弗兰克林的强烈反对，结果使工作陷入僵局；沃森在认真考虑并向同事们请教后，决然地否定了权威的结论。正是在否定权威之后，他们加快了工作，在不到两个月内终于取得了后来震惊世界的成果提出 DNA 是双螺旋结构。问题：请同学们根据以上资料思考下列问题：1.沃森和克里克根据衍射图谱及有关数据推算出DNA 的结构是什么样的？2.他们的根据数据推算出这一结论需要哪些学科知识？3.DNA 是单链螺旋还是双链或三链螺旋，他们是如何解决的？【过渡】那么，双螺旋到底是怎样的呢？【投影】资料 7
14、：沃森和克里克又开始尝试不同双螺旋模型，一开始两条链中的碱基是排在外侧，后来这个模型因为碱基在外侧不符合稳定性又被否定。沃森和克里克在失败面前没有气馁，他们重新构建了一个碱基在内部的双螺旋模型，在这个模型中是相同的碱基进行配对。了解课件中展示的相关问题。【学生回答】回答 1.推算出 DNA分子呈螺旋结构。2.数学知识、物理学知识等3.三链螺旋既构建不出合理模型，也遭到结晶学专家弗兰克林的反对；他们认真考虑并向同事们请教后决然地否定了权威的结论。培养学生的分析能力和逻辑推理能力体会科学家当时的知识环境，感受科学家的思维方式，培养学生的科学思维能力。7 / 11构建DNA分子空间结构模型资料 8：
15、4 种碱基的结构简式（A 与 G 两种嘌呤是双环，C 与 T 两种嘧啶是单环）问题 11：通过资料，你认为碱基排列在外侧为何被否定？问题 12：请你们动手模拟一下碱基之间的配对，猜想一下怎样配对才能满足 DNA 双螺旋有着不变的直径？（引导学生动手操作，然后投影下图）【点拨】A 和 T，G 和 C 之间通过氢键结合，氢键就是如图相关原子之间的吸引力。【过渡】我们的刚刚的猜想合理吗？资料 10：奥地利著名生物化学家查哥夫测定多种生物 DNA 中碱基的含量。提出了查哥夫法则，即 T 与A 物质的量相等，且 G 与 C 的物质的量相等 。【活动】请同学们用所给的材料制作 DNA 平面结构模型和立体结
16、构模型。回答 11：不符合DNA 作为遗传物质要具有稳定性的要求。【小组通过模型的配对分析，回答】：回答 12：嘌呤类碱基与嘧啶类碱基配对符合直径不变的特点。相同的碱基进行配对又不符合化学规律，只能 A 与 T 配对，G 与 C 配对。学生进一步确认自己的推测,螺旋内部的碱基排列为： A与 T 配对，G 与 C配对。【构建模型】学生制作第二条链的模型。并完成平面模型和立体结构。训练学生归纳能力、总结能力、动手能力； 通过动手模拟碱基配对，强化对碱基互补配对的感性到理性的认识。【展示】DNA 双螺旋立体结构结构模型，要求学生与自己制作的平面模型相比较，回答课本 49 页的思考与讨论1问题 13：
17、请结合课本 49 页内容和双螺旋结构模型进一步完善归纳出 DNA 双螺旋结构的特点。【学生讨论回答】：（1）DNA 两条链反向平行。（2）碱基对之间是通过氢键连接的。【小组交流讨论】加深巩固对DNA分子结的8 / 11总结归纳DNA分子结构特点【巩固练习】课本 51 页基础题 1 【问题】 1.说出图中 1-10 代表的结构名称？ 2.根据碱基互补配对原则，试推导出 DNA 分子的碱基之间数量关系？（参考拓展题）【结语】通过本节课的学习，你认识了 DNA 分子的结构了吗？这种结构具有什么特点啊？能满足它成为遗传物质的要求吗？具有这种双螺旋结构的 DNA 是遗传物质，那么，它是如何在亲子代之间进
18、行传递的呢？回答 13：（1）DNA 是由两条链组成的，具有稳定的双螺旋结构。 （2）DNA 分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替排列而成，排列在 DNA 分子的外侧。 （3）DNA内部是以碱基互补配对原则形成的碱基对。【分组回答练习】其他学生补充交流后得出碱基之间数量关系的核心表达式：A+G=T+C【学生交流成果】【师生交流感悟】认知，由感性认识上升到理性认识，培养学生的语言表达能力。加深理解碱基互补配对原则为下节内容埋下伏笔【板书设计】第 2 节 DNA 分子的结构9 / 11【教学反思】通过本教学设计实施后的反馈，把学生分成很多小组，面向了全体学生，提高了课堂教学效率；从设疑质疑动手探究
19、（构建模型）再设疑质疑再动手探究（再构建模型） ，这样的一个探究性学习，引导学生勤于动手和动脑，逐步培养学生处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等。本节课将学生动手合作构建 DNA 结构这一物理模型的过程分步进行，将学生分成若干个小组，分组进行模型构建，并与教材中的双螺旋结构模型发现过程的资料分析相结合，构建模型过程中碰到科学家们曾遇到的问题，通过新的科学发现和大胆的创新思维来加以解决，最终亲身构建了 DNA 双螺旋结构模型，在此过程中学生自然理解了 DNA 双螺旋结构的特点，也体会了科学发现的过程和方法，起到了“润物细无声 ”的育人效果，在实际教学
20、过程中起到了优秀的教学效果。第 2 节 DNA 分子的结构 学案【学习目标】1概述 DNA 分子结构的主要特点。2制作 DNA 分子双螺旋结构模型。【学习重点】1理解 DNA 分子结构的主要特点。2成功制作 DNA 分子双螺旋结构模型。【学习难点】DNA 分子结构的主要特点。【导学过程】一、双螺旋结构模型的构建1利用了他人的哪些经验和成果？2沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？3他们如何对待和纠正过程中的错误呢？4沃森和克里克的默契配合，这种工作方式给于你哪些启示？二、DNA 分子的结构10 / 111DNA 分子双螺旋结构的主要特点：（1）DNA 分子是由_ 条链组成的，_ 方式盘旋成 结
21、构。（2）DNA 分子中的_和_交替连接，排列在_ 侧，构成基本骨架；碱基排列在_侧。（3）两条链上的碱基通过 连接成_，且按_原则配对。_和_，_和_配对。2碱基互补配对原则：_3规律：反馈训练1下列哪一组物质是 DNA 的组成成分（ ）A核糖、嘧啶、嘌呤、磷酸 B脱氧核糖、磷酸、碱基C核糖、碱基、磷酸 D脱氧核糖、核酸、磷酸 2四种脱氧核苷酸的不同取决于（ ）A五碳糖的种类 B含氮碱基的种类C磷酸分子的多少 D碱基对的排列顺序3能够组成脱氧核苷酸的三个小分子物质的连接方式是（ ）A脱氧核糖-腺嘌呤-磷酸 B尿嘧啶-脱氧核糖- 磷酸C磷酸-脱氧核糖-胞嘧啶 D鸟嘌呤-磷酸- 脱氧核糖4在 D
22、NA 分子的一条脱氧核苷酸链中，相邻的碱基 A 与 T 之间的连接结构是（ ）A氢键 B磷酸脱氧核糖磷酸C肽键 D脱氧核糖磷酸脱氧核糖5根据碱基互补配对原则，在 AG时，双链 DNA 分子中，下列四个式子正确的是（ ）A （A+C）/（ G+T）=1 B （A+G）/ （G +C）=1C （A+T ）/（G+C ）=1 D （A+C）/（G+C）=16沃森与克里克综合当时多位科学家的发现才确立了 DNA 双螺旋模型，两人的默契配合成为科学合作研究的典范，请根据课本故事介绍回答下列问题：（1）DNA 组成单位_，含_种碱基为_。（2）美国科学家威尔金斯和富兰克林提供_，推算出 DNA 分子呈_结构（3）美国生物学家鲍林揭示生物大分子结构的方法，即按 X 射线衍射图谱分析的实验数据建立_的方法。（4）奥地利生物化学家查哥夫指出碱基配对原则即_。（5）沃森和克里克借鉴各科学家们的发现，从最初模型中_在外侧，_在内侧，相同碱基配对，到最终_在外侧，构成基本骨架，_在内侧的 A-T、G-C 互补配对的 DNA 双螺旋模型，并于 1962 与威尔金斯三人获得诺贝尔奖。答案：1-5 B B C D A 6 （1）脱氧核苷酸 4 A T G C （2）DNA 的 X 射线衍射图谱 螺旋 （3）模型 （4）A 与 T G 与 C （5）碱基 磷酸、脱氧核糖 磷酸、脱氧核糖交替排列 碱基对
