高中生物人教版遺傳與進(jìn)化第3章基因的本質(zhì)第2節(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu) 全市獲獎(jiǎng)

“DNA分子結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)南京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)學(xué)校（210023）趙瑞芬一、課標(biāo)與教學(xué)要求課標(biāo)：概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)教學(xué)要求：說明DNA分子的基本單位概述DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)闡明堿基互補(bǔ)配對(duì)原則收集DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立過程的資料，體驗(yàn)沃森和克里克的探索過程與互助合作的科學(xué)精神制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型二、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過回眸歷史和觀察圖片，概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)2.通過閱讀故事、角色扮演、模型制作，體驗(yàn)科學(xué)家的探索與合作精神3.通過比較各組DNA結(jié)構(gòu)模型，概述DNA分子的特性4.小組合作制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型三、重難點(diǎn)分析重點(diǎn)：DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)DNA結(jié)構(gòu)模型制作難點(diǎn)：體驗(yàn)科學(xué)家的探索與合作精神四、教學(xué)策略教學(xué)環(huán)節(jié)策略導(dǎo)入視聽導(dǎo)入：播放“螺旋美”圖片，配以輕音樂新知學(xué)習(xí)回眸歷史角色扮演DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)由DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程歸納DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)；學(xué)生交流DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)對(duì)自己的啟示。模型構(gòu)建每人構(gòu)建一種脫氧核苷酸，每組將脫氧核苷酸相互連接形成一條脫氧核苷酸鏈，人數(shù)相同的兩組將脫氧核苷酸鏈反向平行構(gòu)建出DNA平面結(jié)構(gòu)模型，在黑板上展示。DNA分子結(jié)構(gòu)的特性比較各組DNA結(jié)構(gòu)模型，歸納出DNA分子結(jié)構(gòu)的特性；聯(lián)系DNA的特性在實(shí)際中的應(yīng)用。學(xué)生自制模型展示圖片展示，自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合總結(jié)反饋“每人一句話”小結(jié)。五、教學(xué)過程1．情境導(dǎo)入播放《感受螺旋美》的圖片和音樂，請(qǐng)同學(xué)在享受美的視覺同時(shí)感受雙螺旋結(jié)構(gòu)的美。引出課題“DNA分子的結(jié)構(gòu)”。2．溫故知新復(fù)習(xí)必修1中DNA的基本組成單位---脫氧核苷酸，復(fù)習(xí)組成核苷酸的三個(gè)部分（脫氧核糖、磷酸、含氮堿基）之間的連接，強(qiáng)調(diào)磷酸基團(tuán)連在5’讓學(xué)生回憶脫氧核苷酸的核苷酸種類，要求學(xué)生將堿基符合與名稱對(duì)應(yīng)回答。教師在黑板上放置兩個(gè)脫氧核苷酸模型，然后讓學(xué)生連接兩個(gè)脫氧核苷酸，引出“磷酸二酯鍵”概念。3．回眸歷史采用角色扮演來回眸歷史，首先由三位同學(xué)扮演鮑林、威爾金斯、富蘭克林介紹自己的研究成果，接著由兩位同學(xué)扮演沃森、克里克，配合道具介紹發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過程。第一幕：（鮑林、威爾金斯、富蘭克林出場(chǎng)，介紹各自的成果）鮑林：我是鮑林，是一名化學(xué)家，我通過擺模型的方式發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)α螺旋，1954年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，我為沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)奠定了。威爾金斯：我是威爾金斯，來自英國(guó)皇家學(xué)院，通過X射線衍射技術(shù)研究DNA結(jié)構(gòu)，我發(fā)現(xiàn)DNA的分子直徑比一條鏈要大，可能是由多條鏈構(gòu)成的。富蘭克林：我是富蘭克林，來自英國(guó)皇家學(xué)院，是威爾金斯的助手，作為一個(gè)受過訓(xùn)練的結(jié)晶學(xué)家能夠促進(jìn)他的研究工作。1952年通過X射線圖發(fā)現(xiàn)DNA是螺旋結(jié)構(gòu)，而不是一條鏈構(gòu)成，而且發(fā)現(xiàn)磷酸基團(tuán)和五碳糖排列外側(cè)。第二幕：（沃森、克里克出場(chǎng)，自我介紹）沃森：（拿著一條鏈的圖片）我們先假定DNA是由一條鏈構(gòu)成的?？死锟耍旱柦鹚垢嬖V我們，DN分子的直徑比一條鏈要大，DNA是由多條核苷酸鏈構(gòu)成的。沃森：于是我們構(gòu)建了三鏈結(jié)構(gòu)模型（拿出三鏈結(jié)構(gòu)模型）?？死锟耍哼@個(gè)三鏈結(jié)構(gòu)內(nèi)部未免太擁擠了，我們把模型給富蘭克林看了，她很不屑，她說磷酸和糖不應(yīng)該排在內(nèi)側(cè)，應(yīng)該是在外側(cè)。沃森、克里克：這個(gè)三鏈結(jié)構(gòu)確實(shí)太擁擠了。沃森：呃，查哥夫曾經(jīng)說過，腺嘌呤的量和胸腺嘧啶的量相等，鳥嘌呤的量總是和胞嘧啶的量始終相等，那會(huì)不是雙鏈結(jié)構(gòu)呢？于是我們構(gòu)建了雙鏈結(jié)構(gòu)模型（拿出同配模型）?？死锟耍海粗Ｐ停┑青堰屎袜奏さ拈L(zhǎng)短不一，有凹有凸，很不規(guī)則，不符合化學(xué)規(guī)律，這應(yīng)該不是我們想要的結(jié)構(gòu)。沃森：（嘆氣）哎，那我們又要重來了?？死锟耍海贸雒撗鹾塑账崮Ｐ?，擺弄起來）這樣擺，他們之間不能形成氫鍵，不能連在一起。沃森：（一手拿胞嘧啶，一手拿鳥嘌呤脫氧核苷酸）噢，我想到了！如果把堿基旋轉(zhuǎn)180℃，它們之間就可以形成氫鍵了，是不是很神奇？克里克：（興奮地）我也來試試，旋轉(zhuǎn)180℃就可以形成氫鍵了，如果把堿基對(duì)排列起來就是一個(gè)規(guī)則結(jié)構(gòu)。這是不是就是我們想要的結(jié)構(gòu)？沃森：于是我們構(gòu)建了堿基互補(bǔ)配對(duì)模型?？死锟耍寒?dāng)我們把這個(gè)模型送給威爾金斯看時(shí)，他也非常贊同這個(gè)模型。沃森：富蘭克林告訴我們DNA是一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)，那我們?cè)诼菪幌戮妥兂闪薉NA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。克里克：那我們趕緊把它發(fā)布在《自然》雜志上。沃森：（興奮地）好！4．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)在學(xué)生角色扮演的基礎(chǔ)上，教師通過課件回顧DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程：?jiǎn)捂溄Y(jié)構(gòu)→三鏈結(jié)構(gòu)→堿基同配模型→堿基互補(bǔ)配對(duì)模型-雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，然后歸納DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：（讓學(xué)生記錄關(guān)鍵詞）（1）DNA分子是由兩條鏈組成的，這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；（2）DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；（3）DNA分子兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，排列在內(nèi)側(cè),并且堿基配對(duì)有一定的規(guī)律：A（腺嘌呤）一定與T（胸腺嘧啶）配對(duì)，G（鳥嘌呤）一定與C（胞嘧啶）配對(duì)，遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。根據(jù)堿基配對(duì)原則進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)：因?yàn)锳=T，G=C，所以A+G=T+C=50%，A+C=T+G=50%。若A占28%，則T、G、C各占多少？5．思考交流問題1：在發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的過程中涉及哪些學(xué)科的知識(shí)與方法?（生物、物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等）問題2：通過DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)過程的學(xué)習(xí)，你有什么啟發(fā)?（分別讓幾個(gè)學(xué)生回答：敢想敢做，團(tuán)結(jié)合作，堅(jiān)持不懈,博眾所長(zhǎng)……）6．模型構(gòu)建（1）每個(gè)同學(xué)構(gòu)建一種脫氧核苷酸每個(gè)同學(xué)利用老師課前所發(fā)放的卡片（磷酸、脫氧核糖、堿基）和膠帶，構(gòu)建一種脫氧核苷酸（2）每組構(gòu)建一條脫氧核苷酸鏈每組同學(xué)的脫氧核苷酸前后連接，粘貼在一張長(zhǎng)條形白紙上，形成一種脫氧核苷酸鏈，在黑板上展示。教師要求人數(shù)相同的相鄰兩組（如第一、二組），兩鏈反向平行，堿基之間需要互補(bǔ)配對(duì)。（3）教師評(píng)價(jià)教師對(duì)各組構(gòu)建的模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。7．DNA分子的特性（1）觀察、比較讓學(xué)生觀察各組模型中的堿基排列順序，問學(xué)生是否有相同的序列？學(xué)生回答：沒有，據(jù)此得出DNA分子的特性之一“多樣性”。問學(xué)生是否記住本組模型中的堿基序列？當(dāng)各組模型混合在一起時(shí)，是否能辨認(rèn)出各自的模型？各組模型中的特定堿基序列可以說明DNA分子具有“特異性”。問學(xué)生：?jiǎn)喂衫K與雙股繩相比，哪個(gè)更穩(wěn)定？雙股繩再螺旋一下呢？由此推出DNA分子的“穩(wěn)定性”。（2）聯(lián)系實(shí)際螺旋形建筑應(yīng)用了DNA分子的穩(wěn)定性。舉例：福建南安市翔云鎮(zhèn)的兩戶人家為丟失的小牛，花4500元做了一次DNA鑒定。目前不少家庭所做的DNA親子鑒定，法醫(yī)所做的犯罪嫌疑人DNA鑒定等，都利用了DNA分子的特異性。8．學(xué)生自制模型展示教師將學(xué)生自制的模型排成照片，選擇其中一部分在課堂上，讓構(gòu)建著介紹自己的創(chuàng)意、優(yōu)點(diǎn)與不足，教師給予適當(dāng)評(píng)價(jià)。通過模型展示與評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生的成就感，提升起到鞏固與矯正作業(yè)。9．課堂總結(jié)選取一個(gè)小組，學(xué)生按輪坐方式“每人一句話”談本節(jié)課的收獲。六、教學(xué)反思本節(jié)課以多感官參與教學(xué)的思想來進(jìn)行設(shè)計(jì)，從課堂導(dǎo)入、新知學(xué)習(xí)到課堂總結(jié)，希望通過一定的手段來調(diào)動(dòng)學(xué)生多感官參與學(xué)習(xí)。首先新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，采用了視聽導(dǎo)入方式。生動(dòng)的圖片，配上優(yōu)美的音樂，學(xué)生很快集中了注意力。關(guān)于“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)”，它在科學(xué)史上具有劃時(shí)代的意義，因此進(jìn)行科學(xué)史教育是本節(jié)課的一項(xiàng)重要任務(wù)，為了讓學(xué)生沿著科學(xué)家的探索道路，了解科學(xué)研究方法，體驗(yàn)科學(xué)家的合作與獻(xiàn)身精神，采用了角色扮演法。提前把沃森所撰寫的《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事》節(jié)選了其中最重要的部分，發(fā)給學(xué)生閱讀，一般來講，學(xué)生不太愿意閱讀枯燥的學(xué)習(xí)資料，但是帶有情節(jié)的故事學(xué)生很愿意去看，要求學(xué)生閱讀之后要對(duì)有關(guān)科學(xué)家的成就有所了解。然后讓學(xué)生選5位代表分別扮演其中直接相關(guān)的5位科學(xué)家。用角色扮演來教學(xué)，一方面給臺(tái)上學(xué)生提供動(dòng)口、動(dòng)手和肢體運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)，另一方面，讓臺(tái)下學(xué)生動(dòng)眼觀看同伴表演，既激發(fā)興趣，又加深印象。課堂實(shí)踐表明：通過這樣的處理，學(xué)生對(duì)DNA發(fā)現(xiàn)過程有了清晰的認(rèn)識(shí)，印象更深刻了，沃森的表演者就跟老師講“我這輩子都不會(huì)忘記DNA結(jié)構(gòu)了！”關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，由于學(xué)生對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程有了清晰的認(rèn)識(shí)，教師再用圖片、動(dòng)畫歸納出DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，就顯得很輕松自如，學(xué)生很容易理解這些特點(diǎn)。關(guān)于“制作DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”，蘇教版設(shè)置了“邊做邊學(xué)”欄目，這是給學(xué)生創(chuàng)設(shè)動(dòng)腦、動(dòng)手的好機(jī)會(huì)，采用了課上、課下兩種方式。課下是讓學(xué)生以個(gè)人或小組為單位預(yù)習(xí)后，再自選材料、自行設(shè)計(jì)制作DNA結(jié)構(gòu)模型。課上是采用卡片建模的方式，期望通過“做中學(xué)”來加強(qiáng)體驗(yàn)，