3.2 DNA的结构 教案

《DNA 的结构》教学设计
一、教材分析
本节内容为人教版生物学必修二《遗传与进化》第 3 章“基因的本质 ”的第 2 节“DNA 的结构 ”。
本节的标题是“DNA 的结构 ”，意在让学生通过本节的学习，能够概述 DNA 结构的主要 特点。“问题探究 ”以坐落于北京中关村高科技园区的 DNA 雕塑为情境，意在启发学生思考： 为什么 DNA 可以作为高科技的标志？在“DNA 双螺旋结构模型的构建 ”部分，教材在“思 考 ·讨论 ”栏目中，通过讲故事的形式，以科学家沃森和克里克的研究历程为主线，还原了 几位科学家构建 DNA 双螺旋结构模型的过程。让学生能够了解 DNA 双螺旋结构模型的基本 结构的同时，也能从中领悟他们成功的原因。在“DNA 的结构 ”中，教材讲述了 DNA 结构 的主要特点，解释了碱基互补配对原则，并展示了 DNA 的结构模式图，有助于学生理解 DNA 的结构。此外，教材设置了“制作 DNA 双螺旋结构模型 ”的探究事件活动， 以帮助学生理 解较为抽象的 DNA 结构。
二、学情分析
学生在初中阶段已经学习了生物的遗传和变异，知道 DNA 是长链状的分子，呈螺旋形； 在高中阶段学习《分子与细胞》模块后，知道核酸组成，了解氢键、碱基、核糖、磷酸等内 容。虽然学生对 DNA 有所认识，但这种认识比较粗浅，仅停留在感性认识层面，对 DNA 的 结构、碱基互补配对原则等问题尚不清楚；而且，学生的头脑中可能还存在一些错误概念。 因此，学生对 DNA 的认识还是比较有限的。
三、教学目标
1. 概述 DNA 结构的主要特点。
2. 通过了解 DNA 双螺旋结构模型构建的过程，认同交流合作、多学科交叉在科学发展 中的作用。
3. 制作 DNA 双螺旋结构模型。
四、教学重点
1. DNA 结构的主要特点。
2. 制作 DNA 双螺旋结构模型。
五、教学难点
DNA 结构的主要特点。
六、教学流程
（一） 问题探讨
展示北京中关村高科技园区的 DNA 雕塑图，并回顾 DNA 是生物体的主要遗传物质，结
合结构与功能观，引出对 DNA 分子结构的探讨。
（二）DNA 模型的构建
1. 已有认识：①DNA 分子是以4 种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链；②4 种脱氧核
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苷酸分别含有 A 、T 、C 、G 四种碱基。
2. 英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林应用X 射线衍射技术获得了 DNA 衍射图谱。
美国生物学家沃森和英国物理学家克里克利用图谱数据推算 DNA 分子呈螺旋结构，并尝试 搭建多种双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定。
3. 奥地利生物化学家查哥夫发现了碱基比例关系的规律——在 DNA 中，腺嘌呤(A)的量
总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。沃森和克里克由此推测， 腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对。
4. 沃森和克里克构建 DNA 双螺旋结构模型——①双螺旋内部是碱基，外部是脱氧核糖
—磷酸骨架；②A 与 T 配对，G 与 C 配对；③DNA 两条链的方向相反。并进行验证：①组成 的 DNA 分子具有恒定的制定；②能解释 A 、T 、G 、C 的数量关系；③模型与基于 X 射线衍 射照片推算出的 DNA 双螺旋结构相符。
5. 沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发
表在《自然》杂志上。沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得 1962 年诺贝尔生理学或医学 奖。
让学生分析并总结 DNA 的结构特点。
（三）制作 DNA 双螺旋结构模型
1. 制作磷酸、脱氧核糖和碱基模型。分别用哪几种材料来代表这三种物质？
2. 制作脱氧和碳酸模型。磷酸、脱氧核糖和碱基是在什么部位相互连接的？ 由此回顾
脱氧核苷酸的结构组成。
3. 制作脱氧核苷酸长链模型。脱氧核苷酸单链中，每个脱氧核苷酸之间是在什么部位
相互连接的？ 由此引出脱氧核苷酸是通过磷酸二酯键连接起来的。
4. 制作脱氧核苷酸双链平面结构模型。如何体现两条链之间的互补配对？ 由此强调碱
基互补配对原则。两条脱氧核苷酸链是如何反向平行的？结合高考送考师生击掌图，强调双 链反向，并结合 5’端和 3’端分析两条链的方向，帮助学生理解反向的含义。两条脱氧核苷酸 链之间靠什么结构连接？ 由此引出两条链相邻碱基是通过氢键连接，并提出碱基对这一名词。
5. 制作 DNA 双螺旋立体结构模型。DNA 螺旋方向是左手螺旋还是右手螺旋？结合教材
中的 DNA 结构模型，引出 DNA 旋转方向是右手螺旋。
（四）DNA 的结构
回顾 DNA 双螺旋结构模型的构建构成，归纳并完善 DNA 的结构特点。
1. DNA 分子是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
2. DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在
内侧。
3. 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。
提问 DNA 初步水解产物和彻底水解产物分别是什么？ 以此强化学生对 DNA 结构的认识。
（五）DNA 分子的特性
1. 稳定性。DNA 是如何保持结构稳定的？①碱基对之间的氢键维系 DNA 双链结构；②
碱基对平面之间纵向的相互作用力进一步加固其稳定性；③螺旋化结构可增加稳定性。
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2. 多样性。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？①碱
基对的排列顺序/碱基的排列顺序/脱氧核苷酸的排列顺序；②碱基对的数量/脱氧核苷酸的 数量。
3. 特异性。介绍 DNA 指纹技术，DNA 指纹技术用于鉴定时依赖于 DNA 分子的什么特性？
①不同生物 DNA 的碱基排列顺序不同；②某一特定的生物，其 DNA 分子中的碱基排列顺序 是特定的。
（六）练习与应用
1. 完成课后练习题“概念检测 ”第 2 题， 以检测学生对 DNA 结构的掌握情况。
2. 完成课后练习题“概念检测 ”第 4 题， 以检测学生对 DNA 反向平行的理解情况。
3. 完成课后练习题“概念检测 ”第 1 题，以检测学生对 DNA 中碱基数量和比例的基础
掌握情况。
4. 完成课后练习题“概念检测 ”第 3 题，已检测学生对 DNA 中碱基数量和比例的迁移
分析情况。
（七）DNA 中碱基互补配对原则的有关计算
1. 在双链 DNA 分子中，互补的两个碱基有怎样的数量关系？不互补的两个碱基的数量
之和有何特点？引导学生分析得出：在双链 DNA 分子中，①互补的两个碱基数量相等；② 嘌呤数等于嘧啶数；③任意两个不互补碱基之和恒等，并为碱基总数的 50%。
2. 展示猪和牛不同器官中的(A+T)/(C+G)的比值数据。引导学生分析得出：①在 DNA 双
链中，(A+T)/(C+G)一般不等于 1 ；②不同生物的 DNA 中(A+T)/(C+G)一般不同；③(A+T)/(C+G) 能体现不同生物 DNA 的特异性。
3. 在双链 DNA 分子中，1 链上的四种碱基与 2 链上的四种碱基分别存在怎样的数量关
系？ 引导学生分析得出：在双链 DNA 中，①两条链上互补碱基的数量相同；②A+T 或 C+G 在全部碱基中所占的比例等于任意一条单链中A+T 或 C+G 所占的比例。
4. 在双链 DNA 分子中，每条链或整个 DNA 分子的两对互补碱基间的比值有何特点？两
对不互补碱基间的比值呢？引导学生分析得出：在双链 DNA 中，①配对碱基之和的比例都 相等；②不配对的碱基之和的比例在两条单链中互为倒数。
归纳双链 DNA 中碱基的和数量和比例计算的通用方法是碱基互补配对原则和 DNA 分子
模式图，并用一道题目进行巩固训练。
（八）核酸种类的判断
1. 通过题目引导学生利用“嘌呤碱基与嘧啶碱基含量不等 ”这一条件，分析核酸种类，
从而推理和判断生物种类。
2. 回顾以前所学的通过五碳糖和碱基种类判断核酸种类的判断方法，并补充利用嘌呤
数和嘧啶数的碱基比例这一判断方法。
（九）课堂总结
1. 总结 DNA 双螺旋结构模型的构建者和构建依据。
2. 从元素组成、小分子、单体、平面结构和空间结构五个层次总结 DNA 双螺旋结构的
特点。
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3. 延伸：请根据 DNA 的结构特点，尝试推测 DNA 的复制方式。
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