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1、“DNA的分子结构和特点”教学设计一、教材分析1 .本小节主要讲述了 DNA分子的结构内容。关于DNA分子的结构，由于这部分内容比较抽象，不容易理解，教材在概述DNA分子双 螺旋结构的特点后，安排了一个“制作DNA双螺旋结构模型”的实验，以加深学生对这一结构 的感性认识和理解。2 .本小节内容与其他章节的联系：(1)与组成生物体的化合物中核酸知识有关；(2)与细胞增殖一节知识相联系。(3)与后面的生物的遗传定律和变异相联系。三、教学目标1 .知识目标(l)DNA分子基本单位的化学组成(B:识记)(2)DNA分子的结构特点(C:理解)2 .能力目标(1)通过重现DNA结构模型建立的科学史来培养观
2、察能力分析推理能力：(2)培养创造性思维的能力:通过探索求知、讨论交流激发独立思考、主动获取新知识的能力。 四、教学重难点1.重难点：(l)DNA分子的结构发现的推理过程。五、难点突破策略1 .突破策略采用支架式教学，从学生的现有认知水平出发，搭建有效的学习平台，达到 更高的潜在发展水平。搭建范例支架、情境支架、问题支架、建议支架、工具支 架、图表支架等。六、教学程序1创设教学情境情境支架：一起凶杀案，案情扑朔迷离，犯罪嫌疑人却提供了不在现场的证据。 这时法医在现场找到了留在被害人指甲中的一些皮肤组织，想一想该如何破案？生：从皮肤细胞中提取到DNA,利用DNA鉴定技术协助破案。师：对，DNA鉴
3、定技术现已成为警察破案的得力助手。那么为什么DNA可以作为 破案的依据呢？从上节课的学习我们知道，DNA是人体的遗传物质，同一个人的不同 细胞中DNA都是相同的，不同人的DNA则是不同的，这些都与DNA的分子结构有关。意图：由于材料贴近学生生活，很大一部分学生对DNA鉴定技术有所知晓，但 对DNA为何可作为破案的依据不甚清楚，这样导入新课，能造成学生认知冲突，有 效地激发学生学习DNA的分子结构的欲望，激发学生的学习动机，同时领会结构与 功能相统一的生物学科思想，提升学生生物学习力。2搭建学习支架学生的主动学习才是有意义的，被动学习只能暂时奏效，不利于学生长期内 化为自身的知识。因此，教师在设
4、计教学程序时，必须要考虑到学生的现有学习水 平和潜在的学习水平，根据“最近发展区”理论要求建立起跟主题紧密相连的概念 框架，充分考虑学生的具体学习情况，适当地选择教学支架的难易程度与数量，搭 建适宜的支架体系，才能提升学生学习能力。如上述课题中要探究DNA的分子结构 是怎样的?教师应当先构建有效的教学支架，如建立以下问题支架DNA的分子是由 什么基本组成单位构成?(2)四种基本组成单位如何形成脱氧多核甘酸单链？DNA的 分子由几条链构成？两条链中碱基排列在内侧还是外侧呢？两条链中碱基如何 配对呢？DNA的分子有什么特点？意图：通过搭建问题支架，让学生针对每一个问题，联系所学生物学知识，作 出科
5、学假设，进行合情推理，以培养学生发现问题、作出假设、分析问题和解决问 题的能力。3尝试自主探究学生通过提供的教学支架，理解掌握概念的框架，理顺解决问题的线索，借助 蛋白质的空间结构的学习过程，尝试自主探究DNA的分子结构及特点。在探究过程 中，教师可以适当地给出一些提示与建议，帮助学生顺利完成概念的同化和顺应。 3.1 DNA的分子是由什么基本组成单位构成？建议支架：20世纪初，科塞尔(1910年，诺贝尔生理医学奖)等人证明了 “核 素”是由糖、磷酸与碱基等成分组成。后来人们发现，“核素”具有酸性，因此更 名为“核酸”。1909年，美国生物化学家欧文发现，核酸中的碳水化合物是由5个 碳原子组成
6、的核糖分子。1930年，他又发现米歇尔所发现的“胸腺核酸”中的糖分 子比塞勒从酵母菌中发现的“酵母核酸”中的糖分子少一个氧原子，因此将这种糖 分子称作“脱氧核糖”；1934年，欧文将核酸分解成许多亚单位一一“核昔酸”。学生分析后得出结论：DNA的基本组成单位是由脱氧核糖、磷酸、碱基三部分组 成，称为脱氧核糖核甘酸。图表支架：四种脱氧核甘酸和核糖核甘酸结构示意图学生观察后，分析得出：组成脱氧核昔酸的碱基有A、G、C、T四种以及碱基之 间的不同：腺喋吟和鸟喋吟两种碱基具有双环结构，胞喀咤和胸腺喀咤两种碱基是 单环结构。这4种类型的脱氧核甘酸仅在碱基上有所差别，所以我们可以根据碱基 为其命名。核糖核
7、甘酸与脱氧核甘酸的区别五碳糖不同（脱氧核糖和核糖），碱基（U 和T）。范例支架：同学们能不能以人体为模型模拟四种脱氧核甘酸？3.2 四种基本组成单位如何形成脱氧核昔酸单链？建议支架：氨基酸之间如何构成多肽链？学生分析推导：脱氧核甘酸之间脱水缩合后形成磷酸二酯键构成脱氧核甘酸单 链3.3 DNA分子的空间结构是怎样的呢？师：在上个世纪这一具有伟大科学价值的研究课题吸引了全世界各国科学家的 目光。为揭开这一重要生命物质的神秘面纱，科学家们展开了探索DNA结构的竞赛。 大家知道是谁率先摘取了这一科学界的桂冠吗？生:沃森和克里克师：课件展示图片，沃森和克里克构建DNA结构模型的历史。回首这段历史， 沃
8、森和克里克的成功给我们留下了哪些启示呢？学生回答后师生总结:创新思维是成功者必备的素质，要敢于向权威挑战。 要善于吸收别人的成果，博采众家之长。要有合作探究的意识。要选择科学的 研究方法。师:想想当时沃森和克里克，在嘲笑声中用铁皮和铁丝构建了世界上第一个DNA 分子模型，揭开了 DNA分子结构的神秘面纱。那么现在的同学们，你们是未来的大 学生，比沃森更年轻，你们能不能象沃森和克里克那样分析提出DNA分子结构的模 型呢？同学们有没有信心？我们四人一组，模拟沃森和克里克小组进行分组讨论DNA分子是几条链构成的呢？建议支架：在自然界，一切最主要的事物如机体内部的各种器官，甚至是细胞 内的染色体都是成
9、双成对的。图表支架：20世纪50年代，伦敦大学物理学家威尔金斯和化学家富兰克林得到 了 DNA的X射线晶体衍射图像，提示DNA为双螺旋结构，由A、G、C、T四种脱氧 核昔酸组成。威尔金斯和富兰克林提供的一张极好的DNA分子的x射线衍射图谱照 片，科学家得出DNA分子是螺旋结构，同时测算出DNA分子即使翻转180。，看起来 还是跟原来一样。学生分析讨论反思后得出结论：如果是DNA是一条链组成，不可能得出这样的 结论，如果是两条链，同向排列依然与该结论不符，如果是三条链，翻转180。后都 不可能与之前相同，所以DNA为两条链。两条链中碱基排列在内侧还是外侧呢？建议支架：碱基具有疏水性，磷酸和脱氧核
10、糖具有亲水性。请同学们回忆细胞 膜流动镶嵌模型中磷脂分子的排布方式。学生推出碱基排列在内侧范例支架：事实上，当时富兰克林根据x射线衍射图谱也推算出磷酸和脱氧核 糖应排在外侧。两条链中碱基如何配对呢？是相同的碱基配对，还是同类的碱基配对，还是其他 情况呢？建议支架：DNA螺旋直径为2。Onm,螺距为3。4nm,每个螺距有10个碱基对， 两个相邻碱基对平面的垂直距离为Oo 34nm学生结合四种脱氧核糖核甘酸结构示意图分析得出喋吟和喀咤配对，教师叙述A 只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原 则。3.4 DNA分子结构的特点拆除支架：结合以上探究过程，请学生总结D
11、NA分子结构的特点(1) DNA分子含有两条脱氧核糖核甘酸链，两条链按照反向平行方向并向右盘旋 成双螺旋。表演游戏：请过道两边的两列同学平行起立，面朝黑板，模拟DNA的两条链， 每个同学模拟成一个脱氧核糖核甘酸，一条链上的同学将左手搭在前一位同学的左 肩上，另一条链的同学同样演示，下一步，请两列同学把右手手掌张开，五指并拢, 右手臂平举，模拟碱基，如果代表两条链的同学站立方向相同，手臂代表的化学键 又不能扭曲，这样平行的碱基可以相连吗?那其中一列同学该如何调整站立方向?(2) DNA分子中的脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交替连接，排列在外侧，构成 基本骨架；碱基在内侧。(3)两条链上的碱基通过氢
12、键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原 则。即A与T配对，G与C配对，A与T间二个氢键相连，G与C间三个氢键相连。 3.5 DNA分子特点工具支架：出示DNA结构实物模型师:DNA结构中什么是稳定不变的，什么是千变万化的?这体现DNA分子的什么特 点？稳定性和多样性。对于每一个生物个体来说，它的DNA分子又有其特定的碱基 排列顺序，这就又构成了个体DNA分子的特异性。所以DNA鉴定技术可为破案提供 依据。师生总结：这节课我们共同探究了 DNA分子的组成和结构，并通过同学们回顾 探究历史，体验了科学家们研究DNA分子结构的艰辛和成功的喜悦。意图：通过蛋白质结构的建议支架，提高学生知识迁移、
13、类比和比较的思维能 力。通过沃森和克里克的范例支架，对学生进行学习毅力和自信心方面的熏陶，通 过游戏的范例支架，激发学生学习动机，主动参与课堂活动；通过图表支架培养学 生的观察能力和获取信息和信息处理能力，通过人体模型为范例支架，提升学生模 型构建能力，通过提供建议支架、工具支架等，利用学生最近发展区，提升学生发 现问题和解决问题的能力，提升学习吸收力，学习转化力，学习反思力，学习创造 力，通过小组分工合作和小组竞赛，提升学生学习合作力。七、教学反思基于最近发展区理论，支架式教学设计必须要进行科学合理的定位。由于高中 生个体发展层次水平存在明显差异，需要根据学生自身的具体情况，设置符合学生 实
14、际需求的教学支架，提高课堂教学的有效性。同时，采用的图表、建议、范例、 问题或工具等教学支架，并不是随意地组合在一起，而是一个能够顺应学生发展具 有教学功能的有机整体。因此，在支架式教学环节，必须要充分了解教材的编写意 图与学生学习能力，紧紧围绕新课程三维教学目标，整合各种教学支架，帮助学生 进行有意义的知识构建，才能提升学生的生物学学习力。参考文献：1陈珊霞.2010.支架式教学提高生物课堂的有效性初探.华南师范大学学报（自然科学 版），42（S1）:100102.2韩仁生,李传银.2007.教育心理学.济南：山东人民出版社,8:252-254.3姜海瑞.2012,“支架式教学”在高中生物学教学中的应用,生物学通报,47（11）:32-344曾小军,文“娟.2008.大学生学习力现状及培育途径探析J.民办教育研究，（4） :67-68。5杨娜，曾洁.2009.基于培养学生学习力的学习策略教学探析.西南民族大学学报（人文社科 版），（5）:103-105