DNA分子的结构

洛阳市工会公开课
课题：DNA分子的结构
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序号：
学科：高中生物
教材：人教版必修2
时间：2010年5月
第3章 基因的本质
第2节 DNA分子的结构
［教学设计的基本理念］
美国教育家克莱恩曾经说过：“最佳的学习方法是先做后辨认，或是一边做一边辨认。”本节内容以DNA模型为依托，让学生在分析相关资料基础上动手构建物理模型，通过小组间的交流、比较和归纳，自然地得出DNA分子的主要特点，同时体会科学发展史中蕴含的科学方法和科学思想，达到在探究活动中获得知识的教学目标。符合“高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养”的新课程理念。
［教材分析］
“DNA分子的结构”一节是新课标教材人教版必修2第3章第二节的内容，由DNA双螺旋结构模型构建、DNA分子结构及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成。其中碱基互补配对原则是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则，是分析有关DNA题目的重要依据。DNA分子的双螺旋结构是学生理解遗传学理论的知识基础；DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的结构基础。 本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材。
［学情分析］
学生在学习《分子与细胞》时已经知道了DNA分子的基本组成单位和双链结构，但并不知道脱氧核苷酸连是怎样连接的，对DNA是双螺旋结构也不太清楚。由于DNA的双螺旋结构模型，涉及到学生还没有接触过的许多化学知识，这部分知识抽象，因此是本节的难点。可以借助教具，使抽象的结构具体，突出重点，突破难点。
［三维目标］
1、知识与技能
⑴了解DNA双螺旋结构模型的构建历程。
⑵掌握DNA分子的平面结构和空间结构。
⑶概述DNA分子结构的主要特点。
2、过程与方法
⑴制作DNA双螺旋结构模型。
⑵就科学家探索DNA分子结构的过程分析和讨论，领悟建立模型方法在这些研究中的应用。
3、情感态度与价值观
⑴认识到与人合作的在科学研究中的重要性，讨论技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。
⑵认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。
［教学重点］：制作DNA分子双螺旋结构模型。
［教学难点］：DNA分子结构的主要特点
［教学方法］：讨论法、教具演示法、构建模型法
［教具准备］：DNA双螺旋立体结构模型组件
［课程类型］：新授课
［课时准备］：2
［教学过程］
创设问题情境：坐落于北京中关村高科技园区的DNA雕塑，它简洁独特的双螺旋造型吸引不少路人驻足，那么大家知道它外侧的骨架代表什么吗？内侧的横档有代表什么呢？今天咱们就来学习第三章第2节DNA的分子结构。
板书：DNA分子的结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
学生活动1：阅读p47—48资料分析，同时思考这个问题：沃森和克里克建造模型的过程中利用了他人的哪些经验和成果？（提问两个学生回答）
教师评价学生答案并点拨：（1）当时科学界已经发现组成ＤNＡ分子的单位是脱氧核苷酸；ＤNＡ分子是由含4种碱基的脱氧核苷酸长链构成的；（2）英国科学家威尔金斯和富兰克林提供的ＤＮＡ的Ｘ射线衍射图谱；（3）奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果。
学生活动2：假设自己就是沃森和克里克，用模型组件来重现科学家当年的构建模型的历程。（学生每两人发一套DNA双螺旋组件，同时介绍每个组件代表的物质）
教师：走下讲台巡视并指导学生构建模型，分小组展示模型。给予肯定和表扬。
价值观教育：沃森和克里克默契配合，发现DNA双螺旋结构的故事，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给你哪些启示？
学生思考回答：要善于利用他人的研究成果和经验；要善于与他人交流和沟通，闪光的思想是在交流与撞击中获得的；研究小组成员在知识背景上最好是互补的，对所从事的研究要有兴趣和激情等。
二、DNA分子的结构特点
出示DNA模型，层层设疑：
DNA有几条链组成？它的基本骨架是哪些物质组成的？基本骨架位于DNA分子的什么部位？碱基是如何配对的？碱基位于什么部位？
学生活动3：看书并总结DNA分子的结构的特点是：
1 两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
　　③碱基互补配对原则：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且碱A一定与T配对，G一定与C配对。
随堂练习：某DNA分子一条链的碱基顺序是—ATCGTG—，那么另一条链的碱基顺序是什么？（—TAGCAC—）
　 问题探究一：碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？
　　问题探究二：为什么只能是A—T、G—C，不能是A—C，G—T呢？
　　学生活动4：分小组讨论，并总结发言。
点拨：1、这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。
2、这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的摩尔数比例均为1：1。
三、DNA分子的特性
师生共同活动，学生讨论和教师点拨相结合。
　　①稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致DAN分子的稳定性。
　　②多样性：DNA分子中碱基相互配对的方式虽然不变，而长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。如一个最短的DNA分子大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有44000种。实际上构成DNA分子的脱氧核苷酸数目是成千上万的，其排列种类几乎是无限的，这就构成DNA分子的多样性。
③特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。
回归本节问题情境：那么如果你去了北京的中关村。知道那个DNA雕塑的外侧的骨架和内侧的横档代表什么吗？
激励性评价：看来学了生物学，大家要比一般的路人更能欣赏中关村的DNA雕塑了。
四、小结
本节课我们复习了DNA的化学组成，学习了DNA的立体结构和DNA的特性。组成DNA的碱基共有A、T、G、C四种，构成DNA的基本单位也有4种。每个DNA分子由二条多脱氧核苷酸长链反向平行盘旋成双螺旋结构，两条链上的碱基按照碱基互补配对原则，即A—T、G—C，通过氢键连接成碱基对。DNA分子具有稳定性、多样性和特异性。多样性产生的原因主要是碱基对的排列顺序千变万化，4种脱氧核苷酸排列的特定顺序，包括特定的遗传信息。每个DNA分子能够贮存大量的遗传信息。
［板书设计］
DNA分子的结构
一、DNA双螺旋结构模型的构建
1、科学家
2、探索历程
二、DNA分子的结构特点
1、双链反向平行
2、基本骨架
3、碱基互补配对原则
三、DNA分子的特性
1、稳定性
2、多样性
3、特异性
［作业］：课本p51课后练习题
［教学反思］
本节课教学难点DNA分子的结构特点要结合构建的DNA分子空间模型讲解，让学生真正理解并掌握。同时，面对大多是独生子女的90后高中生，在价值观教育上更要着重强调合作精神在科学研究中的重要性，任何一个成果的取得都需要与人交流，闪光的思想是在交流与撞击中获得的。
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