DNA的分子结构.参赛教案

第二节 DNA的分子结构

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，通过习题的变式求解和讨论逐步解决。 四、课前准备：

制作DNA分子结构模型的构件若干、DNA双螺旋立体模型、多媒体课件 五、教学方法：讨论法、实验法、归纳法相结合 六、教学过程：

1．提出课题

教师活动1：通过课件—图1至图6展示各种物体图片（其中有中关村的DNA双螺旋结构模型的雕塑），提问：这些结构的共同点是什么？其中雕塑代表什么？生活中还有哪些构

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造具有这样的双螺旋结构？

学生活动1：回答：双螺旋结构，是DNA分子。并进一步列举出平时可能在各种媒体上看到的DNA的结构模型，或者生活中酷似DNA双螺旋结构模型的物件（如路灯、螺旋楼梯等）

教师活动2：肯定学生对DNA分子结构的认识，追问通过上一节内容的学习，一句话概括你对DNA的知识？

学生活动2：集体作答；DNA是主要的遗传物质

教师活动3：DNA是遗传物质，DNA分子必然携带着海量的遗传信息，现在大家都来当科学家，在了解了DNA分子的功能以后，大家想要进一步了解什么？要解决这些问题首先要了解什么？

学生活动3：DNA分子是如何携带遗传信息的？DNA分子的遗传功能是如何实现的？ 要回答这些问题，首先要弄清DNA分子的结构。

设计意图：

（1）利用具体图片能激发学生兴趣，使学生产生对DNA的亲切感，消除神秘感，原来在我们的身边处处有生命之美；并以此为学生深入学习本节知识降低了心理门槛。

（2）温故而知新：复习已掌握的有关DNA分子的知识，引入新的内容。 （3）强化生物学的基本观点，结构是功能的基础。

2．构建DNA分子的平面结构模型

教师活动4：DNA分子的组成单位是什么？请用合适的材料展现出来（实物展台展示学生的作品），注意三种分子的连接方式和四种碱基的表示方法，可以用四种不同比例的长方形也可以在长方形内标上碱基的代表字母。

学生活动4：（课前分组准备了若干脱氧核糖分子、磷酸分子和碱基分子，包括4种碱基分子） 分组展示脱氧核苷酸结构，

图7

教师活动5：我们知道DNA是脱氧核苷酸长链，请同学们试着把自己制作的四个脱氧核苷酸连成长链，请几个同学说明脱氧核苷酸之间是如何连接的？四个核苷酸是怎样排序的？

学生活动5： 分组实物展台展示，并用语言描述。

A

2

A T C G

图8

教师活动6：点评脱氧核苷酸长链的结构，强调相邻的脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖形成新的化学键，形成磷酸和脱氧核糖交替连接的长链。

不同组的同学展示的脱氧核苷酸长链的碱基排列顺序不同，请问碱基排列顺序不同的DNA分子是同一个DNA分子吗？组成DNA的碱基（脱氧核苷酸）排列顺序的千变万化有什么意义吗？DNA分子要蕴藏足够的遗传信息，脱氧核苷酸数量有什么特点？

学生活动6：碱基排列顺序不同，DNA分子也不同，每个DNA分子具有其独特的碱基排列顺序，也就是说带有独特的遗传信息。DNA分子含有的脱氧核苷酸数量应该很多。

教师活动7：这样可以蕴藏大量遗传信息。脱氧核苷酸单链是无法稳定存在，那么由这样的长链组成的DNA分子要具有怎样的结构才能稳定存在并且遗传给后代呢？近百年来科学家没有找到能被人们公认的答案，直到威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱（课件展示）和相关数据，沃森和克里克推断出DNA是一个螺旋体。但是DNA究竟是几条链组成的螺旋体呢？当时有的知名科学家曾提出DNA的三链、四链模型，沃森和克里克也曾试图着做了三链结构，但都被科学界否定了。后来联想到生命现象中常常出现成对的结构，如同源染色体等，沃森和克里克开始构建DNA的双链结构模型。请同学们分组构建DNA双链结构。

学生活动7：分为三个环节。分组构建，组内讨论；实物展示，代表解说；其他组同学提出异议

预测出现两种情况；情况一：

图9

异议：两条链如何连接在一起？教师补充：化学家否定了这种可能性

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情况二：两条链之间的碱基通过化学键结合

图10

异议：碱基如何结合？任意结合？能稳定存在吗？

教师活动8：1952年春天，奥地利的著名生物化学家查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到了一个重要的信息：A的量等于T的量，G的量等于C的量。这给了沃森和克里克很大的启示，同学们你们获得了什么启发吗？请组内讨论，然后修正本组的模型。可以组间相互交流脱氧核苷酸。

学生活动8：得出下图，其中碱基间有固定的配对方式：一条链中的A与另一条链中的T配对，G则与C连接

A T C G

图11

教师活动9：先肯定学生的发现，然后小结：同学们通过让碱基A T配对，碱基C G配对，成功地解释了DNA分子的碱基数量关系。事实也正是如此，之后的研究发现碱基间通过氢键连在一起，而且A与T有两个氢键，G与C有三个氢键；通过这些氢键维持了DNA分子结构的稳定；并且嘧啶T、C结构比嘌呤A、G小，形成AT碱基对和GC碱基对具有相同的形状和大小，这也使得DNA分子具有稳定的直径；并能解释DNA分子的复制。DNA双链碱基间的这种一一对应的关系称为碱基互补配对原则。

学生活动9：边观察边听讲边理解

设计意图：沿着构建模型-----发现问题-----补充资料-----构建模型-----到最终形成DNA结构的平面模型的路线推进，分步实现模型构建。这个过程不仅促进对DNA结构知识的学习和深入理解；同时能够学习到科学家善于捕获分析信息和严谨的思维品质及持之以恒的科研精神。在探究中学生也能准确地分析出现的问题并积极地涉及解决问题的办法，并且有许

T A G C

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