3.2DNA的结构 教学设计-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2（表格版）

生物 学科教学设计
教学设计
题目 DNA的结构 授课年级 高中一年级
生物课 程学习 目标 1.通过模拟DNA衍射实验，认同DNA的螺旋结构，增强科学思维和科学探究能力。 2.通过科学史资料论证，运用归纳与概括，演绎与推理、模型与建模的方法，构建并解释DNA的双螺旋结构，形成结构与功能相适应的生命观念以及批判性和创造性的科学思维。 3.通过了解科学家对DNA结构探究的一般过程，认识到科学技术的进步对认识生命科学的重要性，养成不惧权威的科学精神和实事求是的科学态度和社会责任。 4. 概述DNA结构的主要特点。
教学技 能训练 目标 1.通过精心组织，基于科学史材料，以故事的形式分析总结结论，激发学生的好奇心，运用科学思维展开讲解和论证，课堂教学留给学生小组合作表达交流，独立思考问题，在不断验证的过程中加深对知识的理解和加工。在此过程中关注学生的行为和反应，及时引导、反馈。 2.通过循序渐进的探究DNA双螺旋结构的构建过程，恰当运用论证式教学模式，从而掌握DNA结构的全貌，渗透科学家们敢于探索、敢于质疑、团结协作的精神，加强科学思维，提升科学探究能力。 3. 通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。 4. 制作DNA双螺旋结构模型。
教学 重点 学科 内容 重点 基于科学史建构“DNA双螺旋结构模型”。 DNA结构的主要特点。
技能 训练 重点 培养学生归纳与概括，演绎与推理、模型与建模能力，构建并解释DNA的双螺旋结构。
教学 难点 学科 内容 难点 探究在DNA分子中碱基如何配对。 DNA结构的主要特点。
技能 训练 难点 引导学生演绎与推理DNA的双螺旋结构。 归纳与总结DNA结构的主要特点。
教 学 过 程
时间 教师行为 预设学生行为 教学设计意图
00分00秒 【组织教学】 组织课堂纪律。 【整理集中】 集中注意力 组织课堂，构建一种和谐的、有利于提高课堂教学效果的课堂秩序。
00分10秒 一、模拟实验引入 【模拟DNA衍射实验】 用激光笔照射弹簧的螺旋部分，并将透射光投射在竖直墙壁上。 （板书：DNA 螺旋结构） 【观察比较】 认真观察墙壁上呈现的衍射条纹的图样，比较富兰克林的DNA衍射图谱，理解DNA螺旋结构的猜想。 真实还原当年科学家们利用伦琴射线衍射图样分析DNA双螺旋结构的实验原理，直观演示实验吸引学生，进一步验证DNA是螺旋结构的结论的正确性，加深学生印象，激发学习兴趣，增强学生的科学思维。
00分45秒 01分07秒 01分30秒 02分10秒 02分50秒 04分40秒 05分05秒 二、DNA双螺旋结构模型的构建科学史 【展示图片】 利用PPT向学生介绍三组不同实验室对DNA结构探索的方法，并将科学家们探索DNA结构的过程生动比做一场竞赛。 【时间回溯】1 PPT展示：1951年沃森克里克的三螺旋结构模型，向学生介绍其特点之一是碱基在外边。随即引入另一组竞争对手女科学家富兰克林毫不留情否认的沃森与克里克的三螺旋结构模型。 （板书：三链 碱基在外） 【提出问题】 提供资料：细胞中的环境是亲水的，而DNA分子的含氮碱基是疏水的。 提问：DNA生活在细胞这个水环境中，碱基应该在外侧，还是内侧呀？ 评价学生回答情况。依据资料得出结论：碱基在DNA螺旋的内侧。 （板书：→内） 【时间回溯】2 PPT展示：1952年6月，克里克寻求格里菲斯的帮助，提出新的证据：腺嘌呤(A)吸引胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)吸引胞嘧啶(C)。 （板书：→A-T C-T） PPT展示：以表格的形式呈现查哥夫的实验结论，引导学生发现不同种类碱基总量的比例为1:1，即腺嘌呤(A)的量与胸腺嘧啶(T)的量大致相同；鸟嘌呤(G)的量与胞嘧啶(C)的量大致相同。 （板书：A=T,C=G） 【提出假设】 做出假设：DNA分子中含有两条链，一条链的A与另一条链的T相互吸引，一条链的C与另一条链的G相互吸引，这样必然会导致A=T，C=G，恰恰说明了查哥夫规则。 （板书：双链） 【时间回溯】3 PPT展示： 1、威尔金斯对沃森的启示。 2、佩鲁兹提出DNA链反向平行。 （板书：标题：双 模型的构建） 3、现收藏于纽约科学博物馆DNA模型以及立体模型。 （板书：照片51号） 【验证模型】 经计算构建的模型衍射图形与富兰克林衍射图谱一致。 【观看图片】 观看图片，了解当时科学界对DNA结构探索的热情，产生兴趣。 【时间认知】 在教师引领下关注三螺旋结构模型的结构特点，重点关注碱基位置。认识女科学家富兰克林，提高注意力。 【回答问题】 碱基应该在DNA螺旋结构的内侧。 【时间认知】 走进当时科学家们探索的历程，代入当时的一切认知，产生思考。 仔细观察表格数据，产生发现：腺嘌呤(A)的量与胸腺嘧啶(T)的量大致相同；鸟嘌呤(G)的量与胞嘧啶(C)的量大致相同。 【认真思考】 跟随教师的思路，产生联想，认同双链的假设。 【肯定猜想】 跟随教师思路回顾DNA双链提出后的补充。 通过科学家们之间的竞赛，吸引学生对后续科学史的兴趣，引入本节课的主线内容。 提前关注DNA螺旋结构中碱基的位置，为后面引出碱基位于螺旋结构的外面埋下伏笔。通过两组竞争实验室的科学家之间的激烈碰撞，吸引学生探索的欲望。 由碱基的疏水性联想生物膜的流动镶嵌模型，帮助学生理解“碱基在内侧，磷酸在外侧”的DNA结构特点，培养学生联想的科学思维。 思考新的证据所带来的对探究DNA的结构的线索，培养学生的科学探究和科学思维能力。 通过提供证据进一步验证结论，加深学生对碱基互补配对这一正确猜想的印象的理解。帮助学生建立结构与功能相适应的生命观念。 带领学生思考，对DNA是两条链的假设产生认同，进而激发学生继续验证的兴趣。培养学生验证假设的科学思维。 通过不同实验室科学家们的合作，成功构建DNA双螺旋结构模型，并通过计算进一步验证模型，培养学生的科学思维以及团结写作的科学探究精神。 通过验证培养学生的科学探究能力。
05分23秒 06分00秒 06分35秒 07分00秒 07分40秒 三、组织总结科学家精神 【展示图片】 1953年4月25日，沃森和克里克在英国《自然》发表题为《核酸的分子结构-脱氧核糖核酸的一个结构模型》，着重强调这个日子的特殊性。提出生物学史上的70周年。 【提出问题】 介绍三位科学家：克里克，沃森，威尔金斯于1962年获诺贝尔生理学或医学奖。 提问：还有哪一位科学家的贡献不能被忽略？ 评价学生回答 【组织总结】 回顾整段DNA双螺旋结构发现历程，提问：大家有什么启发？ 【组织交流】 组织不同小组代表发言。 【总结评价】 教师对学生的踊跃发言给予肯定，并总结这段科学史对生活的启示。 【观看图片】 认真观看课件，思考并得出结论：文章发表时间距今70年。 【回答问题】 回忆故事，思考并回答：富兰克林。 【小组交流】 小组内部展开激烈探讨交流。 【小组发言】 小组代表踊跃发言 【反馈反思】 对教师的总结进行反馈与反思。 认识生物史上重大事件的发生节点，培养学生对生物这一学科的兴趣。 在DNA双螺旋结构的发现过程中，每一位科学家的贡献都不可忽视，帮助学生构建团结协作的精神。 通过组织学生小组交流，培养学生表达交流与合作探究的能力。提高学生对生物的学习兴趣以及对科学家们的敬意。
10分00秒 13分10秒 17分00秒 27分30秒 四、探究DNA的结构 【提出问题】 DNA的组成成分有哪些？ 4种脱氧核苷酸是怎样连接成DNA单链的？ 利用多媒体课件展示脱氧核苷酸的结构式，通过对结构式的分析，引导学生说出脱氧核苷酸之间的连接方式和磷酸二酯键。 【实践探究】 教师提供DNA双螺旋结构模型的材料让学生组装由约10个脱氧核苷酸连接而成的单链。 【模拟活动】 组织学生开展模拟DNA两条单链的排列方式的活动，模拟活动只提供大概要求，具体模拟方法由学生分组讨论完成。例如，可以将每个学生视作一个脱氧核苷酸，小组内不同成员相互连接形成DNA的平面结构。 【组织总结】 小组活动后，教师选择1～2个小组的活动进行展示，组织全班总结、交流DNA的结构特点。 【回答问题】 回顾旧知，思考并回答：1.DNA包含磷酸、碱基和脱氧核糖，碱基有A、T、G、C 4种。 2.每个脱氧核苷酸通过其脱氧核糖第3位的碳原子与相邻脱氧核苷酸的磷酸基团形成磷酸二酯键相连接，由此，许多个脱氧核苷酸连接而成长链。 【动手操作】 动手组装由约10个脱氧核昔酸连接而成的单链。 【开展活动】 学生分组进行模拟探究。 有的小组经讨论提出如下方案：组员站成一列模拟一条脱氧核苷酸链，每个组员用躯干模拟脱氧核糖，左手模拟磷酸，搭在前一个组员的肩上，右手模拟碱基，侧平举掌心向前，如此站立时，则方向相同的两列组员是无法掌心相对的，只有两列组员站立方向相反时，才能以握手模拟碱基互补配对。 【总结交流】 交流并踊跃发言：DNA的两条单链是反向平行的，一条单链是从5'-端到3'-端的，另一条单链则是从3'-端到5'-端的，中间由氢键连接，其中A=T,C≡G。 解析DNA的双螺旋结构，了解脱氧核苷酸单链的形态和结构，逐步揭示DNA的结构。 通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用，并逐渐培养科学思维，提高动手操作能力。 通过模拟DNA两条单链的排列方式的活动过程中的小组交流与合作，理解DNA双螺旋是反向平行连接的，同时培养学生表达交流与合作探究的能力。 通过组织学生小组交流，培养学生总结归纳能力。
31分20秒 37分00秒 五、拓展探究，加深理解 【提出问题】 教师引导学生观察DNA结构模型思考如下问题： 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？ 为什么每个DNA模型都与众不同 不同生物的DNA是否也不同 （关于DNA的特异性，可安排学生课后阅读“科学·技术·社会”了解DNA指纹技术。） DNA是如何保持结构稳定性的？ 【课堂总结】 教师依据板书，带领学生梳理DNA的结构特点及意义。 【回答问题】 认真思考并回答： 不同的DNA模型中碱基的排列顺序都是不同的，这体现了DNA的多样性。 每个DNA模型中碱基的排列顺序都是特定的，不同生物的DNA也不同，体现了DNA的特异性。 碱基对之间的氢键维系DNA的双链结构，保持结构的稳定性。 【记录补充】 根据教师思路，巩固新知，完善笔记。 观察已有的DNA结构模型，对DNA结构特点的认识更加直观具体。逐层解析，层层深入，使学生对DNA结构的认识更加深刻到位。 帮助学生梳理知识，关注重点，建构概念。进一步理解DNA的结构特点。
板书设计
设计思路说明 本节内容选自人教版高中生物学教材必修2第3章第2节。 学生在必修1已经掌握了DNA的组成和基本单位，知道DNA是主要的遗传物质，本节课通过让学生走进科学形成之路，还原科学探索过程。通过进一步认识DNA的结构，理解DNA是怎样储存遗传信息的，形成结构与功能相适应的生命观念。学生在对知识的体验、发现、探索和形成的过程中，获得了对知识更深刻的认识，进一步培养了学生的科学思维。引导学生通过优化的课件和学科概念推测出合理的模型构建方案，从而巩固生物学概念提升科学探究能力。考虑到科学史的真实性及如何整体认识DNA的结构，本节课的设计采取了正向的探究教学，从宏观到微观，从整体到局部，层层深人进行探究，最终再回到整体的认识，使认识得到升华。