2.5《核酸是遗传信息的携带者》教学设计 人教版高中生物（2019）必修一

2.5核酸是遗传信息的携带者教学设计
【教材分析】
本节课的主要教学内容是阐明 DNA 与 RNA 的区别与联系,概述生物大分子以碳链为骨架的结构特点,从而使学生构建“核酸是核苷酸聚合而成,是储存与传递遗传信息的生物大分子”的重要概念。本节内容既衔接了蛋白质的结构与功能,也为以后学习 DNA 的分子 结构打下基础。
【学情分析】
在初中学习中，学生已经知道细胞核内具有 DNA,为本课学习初步打下基础。但高一学生还没有学习有机化学，因此学生对核苷酸的结构及组成、核苷酸长链形成的过程比较难理解。本节课通过情境导入，科学史补充，模型构建，列表比较等方法，帮助学生理解核苷酸的组成，脱氧核苷酸与核糖核苷酸的区别，核苷酸排列顺序的千差万别与遗传信息的关系，增加教学的直观性，提高学生的科学思维能力，进一步发展学生的“结构与功能观”。
【课时目标】
1.通过阅读科学史资料，列表比较核酸的种类及其基本组成单位，能够阐述核酸由核苷酸聚合成。（科学思维，科学探究）
2.通过构建模型，能描述出核酸的结构层次。比较不同的核苷酸长链，从分子水平上理解核酸能够携带大量遗传信息的原因，从而建立结构和功能相统一的生命观念。（生命观念）
3.通过了解 DNA 指纹技术，关注核酸技术在社会生活中的应用。（社会责任）
【教学重难点】
能够说出核苷酸的组成成分，并对 8 种核苷酸进行命名；能归纳总结出 DNA
和 RNA 的异同点。
能够说出核苷酸如何构成核苷酸长链，比较不同的核苷酸，能够发现其结构不同的原因，从而理解核酸是遗传信息的携带者，建立结构与功能观。课前，以小组为单位，进行 DNA 指纹技术等相关资料的收集，在课堂上能够说出其原理，并能够利用 DNA 指纹技术进行“现场断案”，解决生活中的实际问题。
【学习活动】
本节课通过创设“核酸发现史”的情境 ,教师让学生跟随科学家的脚步探索核酸的发现历程,激发学生对核酸结构的兴趣,在引导学生分析科学史材料的过程中,提高学生分析资料、提取关键信息以及演绎推理的能力。
通过“核苷酸及核苷酸长链”的模型构建,学生可增强对核苷酸结构的感性认识 ,更直观地认识到核酸由核苷酸聚合而成。在比较小组间的核苷酸链模型时,教师引导学生思考:DNA 如何储存大量的遗传信息 从而培养学生运用模型建构思维解决生活中实际问题的能力,增强学生运用科学知识解释生命现象的社会责任感。
1.创设情境，激发探究欲望。
结合本单元“细胞中糖类和脂质”、“蛋白质是生命活动的主要承担者”中的情景，沿用“糖尿病人李大爷的故事”，提出糖尿病的治病新思路——基因治疗，由此引出核酸话题，激发学生的学习兴趣与探究欲望。学生热情高涨，对 DNA 的结构产生兴趣 ， 并主动参与到“探索细胞中 DNA的结构与功能”这一主线任务中来。
2.以科学史为主线 ,重走科学家探索之路，逐步构建“核酸”概念“核酸是遗传信息的携带者”这节内容需要落实的核心问题是 :①DNA和 RNA 在化学组成上有什么异同点？ ②核苷酸的排列顺序与遗传信息有什么关系？③为什么说生物大分子以碳链为骨架？其中, 核心问题①可以通过科学史的学习来解决。
教师串联科学史，逐步构建核酸的结构。首先，教师通过史料 1 和史料 2 得出核酸由磷酸、碱基与糖类三部分组成。接着，教师拆分核酸的三个组分 ,利用史料 3 和史料 4 逐个突破碱基、糖类的概念。最后，教师通过史料 5 引入核酸的基本单位核苷酸，并利用逐步构建的概念图归纳总结DNA 和 RNA 的异同。
史料 1：1868 年，在霍佩赛勒的实验室里，一位名叫米舍尔的研究生，发现细胞核内含有与细胞内其他有机物明显不同的物质，这种物质的磷含量很高，远高于蛋白质，而且对蛋白酶有耐受性。米舍尔将其命名为“核素”。为了制备核素，米舍尔常常从清晨 5:00 就开始在低温的房间里工作，这大大影响了他的健康，以致积劳成疾，51 岁就离开了人间。
学生分析史料 1 ，提取关键信息，推测核素的化学组成含有磷酸。
史料 2：霍佩赛勒的另一个学生科赛尔，发现核素是蛋白质和核酸的复合物，并证明存在着两种核酸：脱氧核糖核酸和核糖核酸。他水解核酸，得到了组成核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶，脱氧核糖核酸中特有胸腺嘧啶，而核糖核酸特有尿嘧啶。核酸中还有些具有糖类物质和磷酸。科赛尔因其在核酸化学领域的开创性工作，荣获 1910 年的诺贝尔生理学或医学奖。通过分析核酸的组成成分 ,学生总结出核酸的组成元素包括C、H、 O、N、P ,并小组讨论 ,进一步总结了核酸的基本成分。
史料 3：1911 年，科赛尔的学生列文对核酸做了进一步的研究。他证明核酸所含的糖类由 5 个碳原子组成，并将这种糖命名为核糖。列文找到了两种核酸的区别：它们的五碳糖不同。两种五碳糖的差异是，一个 2 号位碳原子上连了羟基，这是核糖；一个 2 号位碳原子上连了 H，可以视作羟基脱去了 O，这是脱氧核糖。两种核酸也由原来的名字改为核糖核酸和脱氧核糖核酸。在展示史料 3 的同时 ,教师呈现了两种五碳糖的化学结构图片，化抽象为具体，使学生认识脱氧核糖和核糖的结构差异。
史料 4：斯托伊德尔通过分析，发现单糖、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为 1:1:1。1934 年，列文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。哈马斯顿等人证明，DNA 是一种高分子量的长链结构，其分子量约在 5×105-106 之间。
学生运用类比推理法，结合已学的蛋白质结构特点，推测出核酸也具有小分子单位，即核苷酸是核酸的基本单位。学生阅读课本相关知识，进一步列表归纳总结了 DNA 和 RNA 的异同点，从而突破核心 问题① ,使学生构建核酸是生物大分子的生命观念。
3.建构核酸模型 ,主动探究，培养科学思维
教师展示建构核苷酸模型的材料(图 1)，说明每种卡片代表的含义。粉色和绿色的五边形卡片分别代表核糖和脱氧核糖；长方形卡片代表碱基；圆形卡片代表磷酸；用马克笔画出化学键。教师提供连接卡片、马克笔和胶水 ,学生前后桌 2—4 人为一组，以小组合作的形式，按任务要求构建相应模型，完成后由小组代表展示模型。
任务 1：构建含有脱氧核糖和腺嘌呤 A 的核苷酸模型。根据学生构建的模型,教师可以对学生的认知误差进行修正,并展示史料 5，使学生能够清楚地认识到脱氧核糖 5 个碳原子的位置，明确碱基是连接在 1 号碳原子上，磷酸是连接在 5 号碳原子上，对核苷酸的结构有更深刻的理解。（史料 5：列文更重要的贡献在于确认了核酸中磷酸、五碳糖和含氮碱基之间的连接方式：含氮碱基连接在五碳糖 1 号位的碳原子上，磷酸基团则与五碳糖 5号位碳原子上的羟基相连。）
任务 2:构建所有的脱氧核苷酸模型以及核糖核苷酸模型，说明脱氧核苷酸、核糖核苷酸、核苷酸、碱基分别有几种，并依据这些模型的不同之处，尝试对模型进行命名。学生小组内分工合作，自主构建所有的核苷酸模型,并通过小组互评的方式，对错误的模型进行修正和完善，最终可得出4 种脱氧核苷酸模型和 4 种核糖核苷酸模型,共 8 种核苷酸模型,以及 5 种碱基。学生小组代表总结模型制作过程 ,从碱基和五碳糖的角度对模型进行
命名，得出命名规则为:碱基名称+五碳糖名称+核苷酸。通过模型制作，学生更加深刻地认识了核苷酸的各个化学组分,能更清晰地 辨别 DNA 与 RNA的异同点。
任务 3：参照书本中的核苷酸链图片,将脱氧核苷酸模型连接成脱氧核苷酸长链模型,展示史料 6，使学生认识连接的位置。学生将核苷酸连成长链,能够指出磷酸与脱氧核糖的 3 号碳原子和 5 号碳原子交替连接,更加深刻地认识了核苷酸链的结构,从而为其接下来学习 DNA 分子的结构奠定了知识基础。
（史料 6：英国生物化学家托德成功地合成了核苷酸，并于 1955年成功合成了二核苷酸。两个核苷酸成键时，一个核苷酸 3 号碳原子，跟另一个核苷酸上的磷酸基团，连接在一起形成 3’,5’-磷酸二酯键，同时脱下的-OH 和-H 形成一个水分子。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸辅酶方面的贡献而获得 1957 年诺贝尔化学奖。）
任务 4：小组间合作, 比较不同组的脱氧核苷酸长链模型有何不同。教师让多组学生展示各自的脱氧核苷酸长链模型,学生观察说明两组模型的不同之处，由此学生能够理解遗传信息存储在脱氧核苷酸的排列顺序中。
任务 5：学生学以致用，现场断案。展示“DNA 指纹技术”的相关信息，学生根据 DNA 指纹分析判断谁是凶手，进一步深刻理解核酸的遗传信息存储在脱氧核苷酸的排列顺序中。由此，归纳总结出核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
4.展示生物大分子合成模式图 ,培养生命观念
教师分别展示生物大分子合成图，学生能够自主发现这些物质均以碳链为骨架。通过运用不完全归纳法 ,学生总结出生物大分子单体的特点 ,并结合课本中生物大分子的信息 ,构建出生物大分子以碳链为骨架的重要概念。
5.课堂小结，构建知识概念图
通过展示本节课的概念图，回顾本节课知识要点，学生对本节课知识的逻辑有较为深刻的理解。
1.(2024·广西桂林期末)DNA指纹技术在案件侦破工作中有重要的作用，从案发现场收集并提取的DNA样品可为案件侦破提供证据，这依据的生物学原理是( )
A.不同人体内的DNA在细胞中的分布不同
B.不同人体内的DNA所含碱基不同
C.不同人体内的DNA所含五碳糖的种类不同
D.不同人体内的DNA所含的脱氧核苷酸排列顺序不同
2.如图为某核苷酸长链的部分示意图，下列叙述正确的是( )
A.④的名称为胞嘧啶核糖核苷酸
B.该长链中每个五碳糖都与两个磷酸相连
C.可以根据基本单位中①的种类来判断核酸的种类
D.核酸与多糖等生物大分子结构的多样性仅取决于单体的排列顺序的多样性
3.下列有关细胞中生物大分子的叙述，正确的是( )
A.蛋白质、核酸和糖类都是生物大分子
B.生物大分子都是以碳链为基本骨架的
C.生物大分子都可以为细胞生命活动提供能量
D.构成生物大分子核酸的单体是核糖、磷酸和碱基
1-3 DCB
【作业设计】
1.课前预习作业：以小组为单位，搜集有关 DNA 指纹技术的相关资料，以视频或 PPT 形式进行小组交流。
2.课后拓展作业：查找资料，了解基因治疗的相关信息，回扣本节课情境导入中提出的有关“基因治疗”的问题。