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《DNA的分子结构和特点》教学设计【设计理念】1、提高科学素养：本节教学对教材顺序适当的调整，将学生合作动手构建物理模型的过程分步进行，与教材中的双螺旋结构模型发现过程的资料分析相结合，构建模型中发现科学家们曾遇到的问题，通过新的科学发现和积极思考来加以解决，最终形成DNA双螺旋模型。这样通过模型构建不仅促进对DNA结构知识的学习和深入理解；同时能够学习到科学家善于捕获分析信息和严谨的思维品质及持之以恒的科研精神。2、面向全体学生：通过将学生分成若干个小组，分组进行模型建构，在这个过程中让每一个学生都经历“模型建构”的过程，然后通过小组间的交流、比较和归纳，水到渠成得出DNA分子结构的主要特点，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。3、注重与现实生活联系：利用双螺旋结构在现实生活中的实例使学生产生对DNA的亲切感，消除神秘感，为学生深入学习本节知识降低心理门槛。【教材分析】1．知识结构分析：本节由DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成。2．知识发生发展过程分析：本节内容的编排顺序是首先以资料形式介绍DNA双螺旋结构模型的构建过程，之后总结DNA分子双螺旋结构的主要特点，最后制作模型加深对DNA分子结构特点的认识和理解。3．知识学习意义分析：本节中介绍的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；DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础知识；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、物种稳定性本质的物质基础。4．教学建议与学法指导说明：4.1采用联系生活提出课题—→模型建构呈现探究过程—→讨论得出DNA分子结构特点—→归纳总结—→反馈运用的教学思路4.2引导学生构建DNA双螺旋结构模型的过程，总结科学研究方法。4.3以DNA模型为依托，培养学生的空间想像能力和归纳总结能力4.4依据碱基互补配对原则，推算DNA分子的碱基比例，学会用数学语言描述生命现象。【学情分析】1．原有认知发展分析：1.1高一学生具有一定的观察能力，观察的目的性、持久性、精确性和概括性都有明显的发展；1.1高一学生的分析推理能力正在进一步发展，能够通过现象分析事物的本质。2．原有知识结构分析：在高一学生的原有知识结构中，有五部分内容可以成为构建新知识的认知基础：2.1必修一第二章第3节《遗传信息的携带者》中核苷酸分子结构是学习DNA结构的最基础的知识2.2必修一第三章第3节《细胞核——系统的控制中心》中DNA的功能2.3必修一第六章和必修二第二章细胞分裂中DNA复制现象2.4必修二第三章第一节中DNA是遗传物质的发现过程为进一步探索DNA奠定的情感基础2.5报纸网络等媒体中出现的DNA的介绍甚至是双螺旋结构模型是学生深入学习DNA结构的感性基础3．非认知因素分析：科学发展过程的资料充分调动学生主动探究的积极性，让情感因素促进学生知识的建构。【教学目标】1、知识与技能概述DNA分子结构的主要特点2．过程与方法通过制作DNA分子双螺旋结构模型的过程，培养动手实践能力。掌握构建物理模型的方法。3．情感、态度与价值观3.1体验DNA双螺旋结构模型的构建历程，感悟科学研究中蕴含的科学思想和态度3.2体验尊重事实，尊重客观规律，善于反思，敢于质疑，勇于实践等方面的科学态度和科学精神【重点难点】1、教学重点：1.1DNA分子结构的主要特点。1.2制作DNA分子双螺旋结构模型。2．教学难点：DNA分子结构的主要特点。【教学环境】◆学习环境（多媒体教室）；◆DNA双螺旋结构模型，自制磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基模型材料◆多媒体课件；【教学方法】1．教师的启发式引导与学生的动脑观察、自主探索、合作交流相结合2．学生自制模型教师评析与学生互评相结合3.课件和模型展示、板书、提问等常规教学手段相结合【教学思路】联系生活提出课题—→模型建构呈现探究过程—→讨论得出DNA分子结构特点—→归纳总结—→反馈运用【教学过程】1．提出课题教师活动1：通过课件—图1至图6展示各种物体图片（其中有中关村的DNA双螺旋结构模型的雕塑），提问：这些结构的共同点是什么？其中雕塑代表什么？生活中还有哪些构造具有这样的双螺旋结构？学生活动1：回答：双螺旋结构，是DNA分子。并进一步列举出平时可能在各种媒体上看到的DNA的结构模型，或者生活中酷似DNA双螺旋结构模型的物件（如路灯、螺旋楼梯等）教师活动2：肯定学生对DNA分子结构的认识，追问通过上一节内容的学习，一句话概括你对DNA的知识？学生活动2：集体作答；DNA是主要的遗传物质教师活动3：DNA是遗传物质，DNA分子必然携带着海量的遗传信息，现在大家都来当科学家，在了解了DNA分子的功能以后，大家想要进一步了解什么？要解决这些问题首先要了解什么？学生活动3：DNA分子是如何携带遗传信息的？DNA分子的遗传功能是如何实现的？要回答这些问题，首先要弄清DNA分子的结构。设计意图：（1）利用具体图片能激发学生兴趣，使学生产生对DNA的亲切感，消除神秘感，原来在我们的身边处处有生命之美；并以此为学生深入学习本节知识降低了心理门槛。（2）温故而知新：复习已掌握的有关DNA分子的知识，引入新的内容。（3）强化生物学的基本观点，结构是功能的基础。2．构建DNA分子的平面结构模型教师活动4：DNA分子的组成单位是什么？请用合适的材料展现出来（实物展台展示学生的作品），注意三种分子的连接方式和四种碱基的表示方法，可以用四种不同比例的长方形也可以在长方形内标上碱基的代表字母。学生活动4：（课前分组准备了若干脱氧核糖分子、磷酸分子和碱基分子，包括4种碱基分子）分组展示脱氧核苷酸结构，图7教师活动5：我们知道DNA是脱氧核苷酸长链，请同学们试着把自己制作的四个脱氧核苷酸连成长链，请几个同学说明脱氧核苷酸之间是如何连接的？四个核苷酸是怎样排序的？学生活动5：分组实物展台展示，并用语言描述。图8教师活动6：点评脱氧核苷酸长链的结构，强调相邻的脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖形成新的化学键，形成磷酸和脱氧核糖交替连接的长链。不同组的同学展示的脱氧核苷酸长链的碱基排列顺序不同，请问碱基排列顺序不同的DNA分子是同一个DNA分子吗？组成DNA的碱基（脱氧核苷酸）排列顺序的千变万化有什么意义吗？DNA分子要蕴藏足够的遗传信息，脱氧核苷酸数量有什么特点？AATCG学生活动6：碱基排列顺序不同，DNA分子也不同，每个DNA分子具有其独特的碱基排列顺序，也就是说带有独特的遗传信息。DNA分子含有的脱氧核苷酸数量应该很多。教师活动7：这样可以蕴藏大量遗传信息。脱氧核苷酸单链是无法稳定存在，那么由这样的长链组成的DNA分子要具有怎样的结构才能稳定存在并且遗传给后代呢？近百年来科学家没有找到能被人们公认的答案，直到威尔金斯和富兰克林提供了DNA的衍射图谱（课件展示）和相关数据，沃森和克里克推断出DNA是一个螺旋体。但是DNA究竟是几条链组成的螺旋体呢？当时有的知名科学家曾提出DNA的三链、四链模型，沃森和克里克也曾试图着做了三链结构，但都被科学界否定了。后来联想到生命现象中常常出现成对的结构，如同源染色体等，沃森和克里克开始构建DNA的双链结构模型。请同学们分组构建DNA双链结构。学生活动7：分为三个环节。分组构建，组内讨论；实物展示，代表解说；其他组同学提出异议预测出现两种情况；情况一：图9异议：两条链如何连接在一起？教师补充：化学家否定了这种可能性情况二：两条链之间的碱基通过化学键结合图10异议：碱基如何结合？任意结合？能稳定存在吗？教师活动8：1952年春天，奥地利的著名生物化学家查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到了一个重要的信息：A的量等于T的量，G的量等于C的量。这给了沃森和克里克很大的启示，同学们你们获得了什么启发吗？请组内讨论，然后修正本组的模型。可以组间相互交流脱氧核苷酸。学生活动8：得出下图，其中碱基间有固定的配对方式：一条链中的A与另一条链中的T配对，G则与C连接图11教师活动9：先肯定学生的发现，然后小结：同学们通过让碱基AT配对，碱基CG配对，成功地解释了DNA分子的碱基数量关系。事实也正是如此，之后的研究发现碱基间通过氢键连在一起，而且A与T有两个氢键，G与C有三个氢键；通过这些氢键维持了DNA分子结构的稳定；并且嘧啶T、C结构比嘌呤A、G小，形成AT碱基对和GC碱基对具有相同的形状和大小，这也使得DNA分子具有稳定的直径；并能解释DNA分子的复制。DNA双链碱基间的这种一一对应的关系称为碱基互补配对原则。学生活动9：边观察边听讲边理解设计意图：沿着构建模型-----发现问题-----补充资料-----构建模型-----到最终形成DNA结构的平面模型的路线推进，分步实现模型构建。这个过程不仅促进对DNA结构知识的学习和深入理解；同时能够学习到科学家善于捕获分析信息和严谨的思维品质及持之以恒的科研精神。在探究中学生也能准确地分析出现的问题并积极地涉及解决问题的办法，并且有许多同学的想法与科学家的想法不谋而合，这样缩短了科学研究与高中生之间的距离，借此激励学生勇敢的走上科学研究之路。3．总结DNA分子的结构特点教师活动10：展示DNA双螺旋立体结构结构模型，要求学生与自己制作的平面模型相比较，回答课本49页的思考与讨论1学生活动10：独立思考后作答，其他同学补充（1）DNA是由两条链组成的，具有稳定的双螺旋结构。（2）DNA分子的基本骨架是由磷酸和脱氧核糖交替排列而成，排列在DNA分子的外侧。（3）DNA内部是以碱基互补配对原则形成的碱基对。教师活动11：这三点就是DNA分子双螺旋结ACACGTGT构的基本特点，结合课本49页内容和双螺旋结构模型进一步完善DNA双螺旋结构的特点。学生活动11：组内讨论后回答，（1）DNA两条链反向平行。（2）碱基对之间是通过氢键连接的。设计意图：（1）训练学生归纳，总结的能力。（2）突出重点，即DNA分子结构的特点。4．应用巩固，设疑铺垫教师活动12：出示练习，指导讨论。图12练习1：说出图12中1-10代表的结构名称。练习2：根据碱基互补配对原则，试推导出DNA分子的碱基之间数量关系。学生活动12：回忆思考后独立作答练习1，其他学生补充。分组讨论练习2，交流后得出各种数量关系表达式。设计意图：巩固DNA分子结构并应用碱基互补配对原则。教师活动13：通过本节课，你发现了什么？在本节课的学习中，你还有什么不明白的？本节课后，你还想继续探究什么？学生活动13：交流学习收获、反思自己存在的问题。设计意图：（1）通过学生的交流反馈，评估“教学目标”的实现程度。（2）通过学生谈“不明白”的地方，了解学生理解的深度。（3）通过谈“还想继续探究什么”来引出下节内容，如DNA如何进行复制等。