2020-2021学年高一下学期生物人教必修2 4.2DNA的结构教案（表格式）

课题：DNA 的结构
一、教材分析及设计思路
本节是人教版高中必修二《遗传与进化》的第 3 章“基因的本质”第 2 节内容，在前一节通过实验证明 DNA 是生物体主要的遗传物质之后，本节阐明 DNA 分子的结构特点，为后面介绍 DNA 的复制、DNA 控制蛋白质的合成等内容打下基础。
对 DNA 结构的认识是生命科学研究从细胞层面走向分子层面的分水岭，由于其结构微小，无法直接观察，学生需要通过空间想象才能理解，因此加深了此知识点的学习难度。常规教学中通常采用图片来展现 DNA 结构，这在一定程度上使 DNA 结构可视化，但此种方式学生参与度低，仍无法厘清知识的来龙去脉，不便于学生真正意义上的理解及学以致用。基于以上考虑，本节内容将科学史料和实物模型搭建相结合，沿着 DNA 双螺旋结构发现历程，循着科学家的思路，探索搭建模型，重温科学发现的神奇，体验科学探究的乐趣，以构建 DNA 的物理模型为主线，采用学生体验式学习的方式，充分激发学生学习主动性，
引导学生自主探究 DNA 结构相关知识、总结 DNA 双螺旋主要特点，逐步实现 DNA 结
构构建与功能探究的完美统一，提升学生结构与功能观，训练和提升科学思维与科学探究能力。
二、学情分析
经过前面章节的学习，学生已经知道核酸是由核苷酸连接的长链，也知道核苷酸的基本
结构以及磷酸、脱氧核糖、碱基的基本概念，对 DNA 有了基本的了解。同时，在必修二
前几章，学生已经学了分离定律和自由组合定律，了解了在有性生殖形成配子时，同源染色体分离，非同源染色体自由组合，染色体上的基因行为跟染色体行为一致。但是，学生对
“染色体上的基因是什么”“DNA 双螺旋结构的巧妙之处在哪里”“基因的本质是什么”“基因与
DNA 是什么关系”并不了解。本节课正是详细讲解 DNA 的结构，通过模型的制作，引导
学生对 DNA 有更深的理解，为后面“DNA 的复制”“基因的本质”“基因的表达”等生物的遗传和变异理论的学习打好基础。
三、教学目标
基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标:
( 1) 通过 DNA 结构模型的搭建和思考，概述 DNA 双螺旋结构特点，并从中领悟 DNA
结构与功能相统一的生命观念。
( 2) 通过对科学史的学习和分析以及结构模型的搭建，初步掌握模型构建的方法在生物科学
研究中的应用，提升科学探索的能力，并能说出交叉学科的知识储备、批判性科学思维、辩证科学哲学观等科学研究的价值，提升科学思维的意识。
( 3) 通过 DNA 双螺旋结构模型发现的科学历程，分析科学家成功的原因，学习科学家勇于
创新的科学精神、实事求是的科学态度、学科融合的科学思维、默契配合的团队精神，激发投身科学事业的志向。
四、教学重难点
( 1)教学重点： DNA 结构模型的构建、概述 DNA 结构的特点
( 2)教学难点：分析科学家成功或失败的原因，体会并学习科学家们的科学态度和科学精神
五、教学过程
课堂环节 教师引导 学生活动 设计意图
感同身受， 导入课题 介绍沃森和克里克组合，以及鲍林的原子模型，引出本节课的课题和研究方法：利用模型建构的 方法发现 DNA 的结构 聆听，向往 通过描述两位科学家对 DNA 结构的着迷， 激发学生对 DNA 结 构的向往，重走科学家发现之旅。
温故知新， 建 构 复习提问组成 DNA 的基本单 思考，问答 设计意图: DNA 单
DNA 基 本单位— —— 脱 氧核苷酸 位、脱氧核苷酸酸的组成、碱基和磷酸链接的位置，碱基的种类。 活动一：每个小组利用材料，构 建 8 个脱氧核苷酸模型。 体的搭建是成功搭建 出 DNA 空间结构的 基础，学生已学习过核苷酸结构，通过前期知识的回忆，结合实物模型，动手搭建
组内合作，制作模型 并区分 4 种脱氧核苷
酸单体，加深对相关知识的理解，为下一步搭建多核苷酸链模
型做准备。
构建多核 苷酸链 教师设问: 学生建构脱氧核苷酸链，并利用学生端拍照上传。 有的小组的模型中少了在尾端游离的磷酸基团。 学生发现其他小组的错误并指出。 通过学生自主探究， 将脱氧核苷酸单 体连接成多核苷酸链，从而清楚 DNA 单链的结构。利用智 慧课堂学生端，学生可以查看其他小组上传的模型照片，从而实现自评和互评。在评价中发现问题，在评价中促进学习。教师也可以利用学生互 评顺利引出 DNA 单链的方向性介绍。
一个个脱氧核苷酸如何连接形
成链呢 展示资料 1:
1951 年，科学家认为核苷酸与
核苷酸之间是通过一个脱氧核苷酸的脱氧核糖与另一个脱氧核苷酸的磷酸连接在一起。
要求学生开展活动二：将 8 个脱
氧核苷酸连接成一条脱氧核苷酸链（拍照上传） 教师组织学生对本组和其他小组的模型进行自评和互评。 教师纠正学生的错误，并依此指出脱氧核苷酸链存在方向性， 即：连接有磷酸基团的一端为
5’端，另一端为 3’端。
探 究 DNA 三 维立体结构 教师介绍富兰克林和威尔金斯团队， 展示富兰克林拍到的 DNA 的 X 射线衍射图谱，并呈现沃森和克里克的观点：认为 学生聆听，感受沃森和克里克合作的默契。 通过介绍沃森和克里 克对 DNA 的 X 射线 衍射图谱分析和研究，让学生感受不同学科间合作的重要性，启发学生立志成为一专多能的综合性人才。 通过对 3 种位置关系 的分析，让学生体会科学家在科学探究过程中的艰辛，明白科
DNA 是由两条链构成的双螺旋
结构。 思考，提出 3 种可能
从而引出疑问 1：脱氧核苷酸的
哪部分在双螺旋结构的外侧呢？ 肯定学生的猜测，并呈现沃森和克里克首先提出的观点就是磷酸集团排列在内侧，碱基在外侧。 情况：1、两条链的磷酸集团在内侧，碱基在外侧。2、两条链的碱基在内侧，磷酸和 脱氧核糖在外侧。3、
磷酸和碱基交替分布在内外侧。
给出资料 2：碱基疏水，脱氧核 学生根据磷酸和脱氧
糖和磷酸亲水，而 DNA 在细胞内始终处于一个水环境中。 核糖是亲水的，而碱基是疏水的，另外在 DNA 的外侧含有较 多的水分子。能够分析出磷酸和脱氧核糖排列在双螺旋结构的外侧。 学生根据 4 种碱基的 分子结构式和磁力贴模型，能够判断该观点不合理，且能说出若同类碱基配对，则双螺旋不同部位宽窄不一，双螺旋结构不稳定。 学生可以得出不同材料中 A=T，G=C。进 而得出 A 与 T 配对， G 与 C 配对。 学生继续拼接模型， 拍照上传。 有的小组的模型中两条链的磷酸是在同一端的，即两条链的方向相同。 有的小组两条链是平面的，有的小组利用 外力将 DNA 的两条 链拧成双螺旋的结构。 学探究不是一蹴而就的，是需要坚持不懈的科学精神。
资料 3：富兰克林指出从电子密
度图上看， 在直径为 1.8nm
（DNA 直径为 2nm）处有强烈
散射，说明此处可能含有较多的水分子。 让学生结合资料再次思考问题。
教师回忆碱基的种类，引出疑问
2： 哪两种碱基配对形成碱基
对？
展示资料 4：在 DNA 双螺旋结
构中，磷酸—脱氧核糖位于外部构成基本支架，碱基对位于内部，由相同的碱基配对。以及四种碱基的分子结构式和磁力贴的模型。让学生分析该观点是否合理？
展示资料 5：查戈夫的不同生物
材料中 DNA 四种碱基的摩尔比
例关系。让学生分析得出结论。
教师进而介绍碱基互补配对的内容，并组织学生开展活动三： 依据碱基互补配对原则完成
DNA 双链的拼接（拍照上传） 通过资料分析，得到碱基互补配对原则， 体会沃森和克里克的快乐。
组织学生利用学生端找出各组模型的不同之处。 在模型建构中产生不
汇总学生的分析，凝练成疑问 3： DNA 的两条链是同向还是反向 同与矛盾，进而引发对双螺旋结构产生原因的深度思考。
的？双螺旋的空间结构是如何形成的？ 教师向学生提供脱氧核苷酸的立体模型，让学生描述脱氧核糖、磷酸、碱基之间的空间位置关系。 教师让学生上讲台拼接 DNA 的 立体模型，让其观察两条链磷酸的位置，两条链的空间位置关系。 学生利用数学知识发现脱氧核糖与碱基之间是垂直关系，并且磷酸和碱基在脱氧核糖所在平面的同一侧。 学生在拼接过程中发现，两条链的磷酸位置不是同侧的， 即 DNA 的两条链是反 向，并且是平行形成双螺旋的结构。 通过一系列资料展示 当时 DNA 结构研究 过程中的重重困难， 在培养学生科学思维的同时，希望可以从中学习科学家探索创新的科学精神、严谨求实的科学态度、学科融合的科学思维、团结协作的合作精神，激发投身科学研究的热情。
利用脱氧核苷酸的立体模型拼接，帮助学
生从 DNA 的平面结
构成功的过渡到三维立体结构。在学生参与中，由学生引发， 进而有学生自己突破了本节课的教学重难点。
整理汇报， 呼应开头 教师一方面让学生上黑板画出互补链，一方面让学生用简要的 语言概述本节课所发现的 DNA 的结构特点。 学生回忆整节课内容，能用语言和图示 两种方法概括 DNA 的结构特点。 让学生体验完整的科学发现过程，体会将自己发现的内容整理成成果发表的成就 感。
延伸思考， 课下探究 教师提出三个思考问题： 1.DNA 只含有 4 种脱氧核苷酸， 它为什么能够储存足够量的遗传信息？ 学生依据模型，课下讨论 将思考从课堂延申到课下，持续激发学生的探究热情。也为后面章节内容的学习打下基础。
2.DNA 是如何维系它的遗传稳
定性的？ 3.你能够根据 DNA 的结构特 点，设想 DNA 的复制方式吗？
六、板书设计
七、教学反思
本节课利用学生在搭建模型中可能发生的错误，引出冲突，并结合资料和立体结构模型， 解决学生错误的同时，生成了新的知识。将课堂环环相扣，紧密联系，让学生像闯关一样体会科学发现的过程，沉浸在科学探究的过程中。本节课同时给予学生平面和立体两种脱氧核苷酸模型，顺利解释了 DNA 两条链反向以及双螺旋形成的原因。