3.2DNA的结构教学设计-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

课题 第3章 第2节 DNA的结构（1-2个课时） 时间 2025.3.3 教材分析 必修一我们已经学习过DNA与RNA 的结构区别，本节内容主要是对DNA 的空间结构就行研究，并分析各种碱基的数量比。在学习的DNA结构的基础上，进一步深入，对DNA 的复制进行研究，并通过科学的方法得出结论。既有知识的获取，也有技能的获得。 从知识结构上看，本节内容既是对前面已学习的孟德尔遗传定律和减数分裂知识进一步的深化理解，也是为后面学习《DNA的复制》、《基因的表达》等生物的遗传和变异奠定理论基础。因此说，本节课起到了承上启下的作用，是高中生物重要内容之一。 学情分析 《DNA的复制》是人教版高中生物必修二第三章第3节的内容。学生在本章第2节已经学习了《DNA分子的结构》为本节课的学习打下了基础，本节课的学习也为学生学习第四章遗传信息的转录和第五章基因突变做好了铺垫，承接作用非常明显。 教学目标 1.概述DNA结构的主要特点。 2.通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，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。 教学重难点 1.教学重点 (1)DNA结构的主要特点。 (2)制作DNA双螺旋结构模型: 2.教学难点 DNA结构的主要特点。 教学内容及流程 学习任务 教学过程(第1课时) 备注 课程导入 【教师讲述】英雄无名变有名，DNA寻亲技术，英雄山上再立起45座英雄的丰碑！思考：DNA寻亲技术为何可以通过鉴定DNA找到亲人？联系上一节新课，DNA为什么可以做为遗传物质，它又是如何决定生物性状的呢，我们根据结构决定功能的生命规律，我们首先要了解它的结构。 【回顾旧知】1.DNA的中文全称——脱氧核糖核酸； 2.DNA的组成元素——C、H、O、N、P；3.DNA的基本组成单位——脱氧核糖核苷酸，每分子基本单位是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基构成，其中碱基的种类有A、T、C、G；4. DNA是由脱氧核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的长链。 通过DNA寻亲技术和知识回顾，引入对DNA结构的探索。 DNA双螺旋结构模型的构建 【教师讲述】科学史料： 一：20世纪30年代科学家已经认识到DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这四种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G4种碱基。已经建构出脱氧核苷酸的结构模型。 二：且已经认识到DNA是线状聚合物；DNA之间有比较多的氢键——美国加州理工学院的鲍林及其同事用X射线衍射技术和分子模型的构建，率先解出了蛋白质的二级结构。 三：1951年1月，伦敦国王学院的威尔金斯和他的学生葛斯林进行了一场与DNA有关的演讲，会上他展示了自己用X射线做出的两张DNA衍射照片。观众中就有一位才二十出头的生物学家，沃森。 四：23岁的生物学家沃森几经努力来到卡文迪许实验室，与35岁的物理学家克里克首次相遇。克里克是威尔金斯一个老友的学生。两个人一见如故，开始了为期3年的默契配合。期间他们曾提出过DNA三股螺旋结构，但却是把碱基排列在最外侧。两人极其兴奋并打电话邀请威尔金斯和富兰克林前来观看，第二天被两人评价为“一无是处” ，沃森和克里克没有感到太羞愧，却是默默地记录下了这个关键信息。 五：也是这一年，国王学院来了一位新的女科学家罗萨琳·富兰克林。院长聘请她和格斯林一起研究DNA的结构，为期三年。信中竟然说：“我们实验室目前X射线实验方面的工作，目前就只有你和格斯林做”。才几个月时间，富兰克林就取得了可喜成绩，她通过威尔金斯做出来的A型和B型DNA衍射照片，发现只要提高空气的湿度，就可以让DNA从A型变为B型，显然DNA很容易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团因该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。这是解开DNA结构的重要线索。 六：7月的某一天，奥地利生物化学家查加夫来到沃森和克里克的实验室，于是两人又得到了一个关键信息：DNA中碱基会相互配对，而且A与T的数量相等，C与G的数量相等。这解开了沃森和克里克一直解释不了的疑惑。 七：沃森和克里克改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。结果发现：A—T碱基对与G—C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径。当他们把这个用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片比较时，发现两者完全相符。1953年，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》论文在英国《自然》杂志上刊载引起了极大的轰动。 1962年沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。 根据引人及提供的科学史资料，梳理DNA结构的探索过程，了解关键环节，认同DNA是由两条脱氧核苷酸链盘旋成的双螺旋结构的结论。 培养学生根据资料归纳总结的能力。 解析DNA的双 螺 旋 结构，了解脱氧核苷酸单链的形态和结构，逐步揭示DNA 的结构。 DNA的结构 【教师讲述】核酸是由核苷酸连接而成的长链——脱水缩合形成磷酸二酯键，三个核苷酸脱2个水分子，四个核苷酸脱3个水分子； 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分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接，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起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。 【课堂练习】请学生说出DNA结构中的名称 【思考讨论】 1． A+T含量为40%的DNA分子和A+T含量为60%的DNA分子哪个结构更稳定，为什么？G与C含量越多，氢键就越多，DNA结构就越稳定； 2． 一个脱氧核糖连接几个磷酸？1个或2个； 3． 一个DNA分子有几个游离的磷酸？2个游离的磷酸； 4． 一条链上相邻的两个碱基通过什么连接？—脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖—； DNA遗传信息是什么？碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。 观察 DNA 分子的平面结构和空间结构，思考问题，层层剖析，逐步了解 DNA 独特的双螺旋结构，培养学生的观察能力、推理能力。 探究实践 【教师讲述】介绍制作DNA双螺旋结构模型的两种方式：剪纸制作和球棍模型制作，可以视频观看或实物演示，让学生动手操作。 【思考讨论】通过制作出的模型让学生思考： 1.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？碱基排列顺序的千变万化，使DNA储存了大量的遗传信息。 2.观察模型并回答：DNA是如何维系它的遗传稳定性的？两条链上的碱基之间的氢键和每条链上的磷酸二酯键共同维持了双螺旋结构的稳定性。 让学生亲自动手，自己搭建一个 DNA的双螺旋结构模型。在动手实践的过程中，进一步理解DNA双螺旋结构的相关知识。 根据DNA分子的空间结构特点，通过动手实践制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA结构特点的认识和理解。 DNA的结构特性 【教师讲述】1.稳定性： ①DNA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； ②DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接，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起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。 2. 特异性：每个DNA分子中碱基对的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性。 3. 多样性：脱氧核苷酸数量不同，碱基的排列顺序千变万化。——思考： 在生物体内，一个最短DNA分子也大约有4000个碱基对，请计算DNA分子有多少种？44000 本环节通过分析DNA双螺旋结构的内在关系，说明DNA中碱基排列顺序的多样性决定了 DNA 的多样性，因此 DNA可以储存大量的遗传信息;同时，DNA 中碱基特定的排列顺序构成了每个DNA分子的特异性。 DNA分子结构中的两种关系 【教师讲述】结合DNA双螺旋结构模型的特点，归纳DNA中的有关计算规律。 规律一：在DNA双链中的两个互补的碱基数量相等，即A＝T、G＝C。DNA双链中任意两个不互补的碱基之和恒等，即A＋G＝T＋C、A＋C＝T＋G，且占碱基总数的50%。 规律二：DNA双链中，若1链中A1所占比例为X1，2链中A2所占比例为X2，则整个DNA中A所占比例为 。 规律三： DNA双链中，一条单链（1链）的不互补的碱基之和之比即的值与其互补链（2链）的的值互为倒数关系，在整个DNA中，此比值为1，即。（非互补碱基之和的比例在两条互补链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。） 规律四：DNA的双链中，一条单链（1链）的互补碱基之和之比即的值与另一条互补链（2链）的值是相等的，也与整个DNA分子中的值相等。（互补碱基之和的比等于在任何一条单链中互补碱基之和的比。） 【教师讲述】DNA有关数量计算—做题步骤总结： ①清题中已知的和所求的碱基比例是占整个DNA分子碱基的比例，还是占DNA分子一条链上碱基的比例。 ②画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 ③根据碱基互补配对原则及其规律进行计算。 N:看清“个”或“对”。题干中给出的数量是多少“对”碱基还是多少“个”碱基。 学会根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。 根据双链 DNA 分子中 A 总是与T配对、C总是与G配对的碱基互补配对原则，引导学生思考并总结在 DNA分子中碱基的比值和数量之间的规律，用以计算 DNA分子中某碱基的数量或者碱基的比例、氢键的数量等，提升学生的科学思维核心素养。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 3.2 DNA的结构 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 本节课以科学史为线索，通过分析科学家对 DNA 结构的探索过程，结合思考和讨论、小组合作，不仅让学生了解了 DNA 双螺旋结构模型的构建过程，还领悟了在科学探究的道路上，能够在现有研究成果的基础上，大胆假设并小心求证，才可能最终破解生命的奥秘。通过分析富兰克杮拍摄的 DNA 衍射图谱，挖掘其中蕴含的信息，让学生理解多学科交叉对科学研究的重要意义。 在制作模型时，通过引导学生厘清 DNA 的结构层次，从而明确制作的步骤。在将抽象的DNA 双螺旋结构具体化的过程中，注重模型的科学性，强调模型与原型的对应关系，加深学生对 DNA 双螺旋结构特点的理解。在指导学生制作 DNA 双螺旋结构模型后，进一步引导学生思考 DNA 分子中碱基的比值和数量之间的规律，并进行总结。 通过模拟磷酸二酯键的形成、DNA 两条单链的排列方式，让学生了解 DNA 两条单链的方向性，理解“反向平行”的含义，得出结论:DNA 的两条单链是反向平行的。在本节课中，教师提供必需的模型，通过适当的引导，学生能够展开自己的联想，作出合理的推断，沿着教师创设的一连串问题积极地进行思考和探究，最终得出了DNA的双螺旋结构模型。课堂完全是学生自主学习的课堂，而教师在此过程中只是一个引导者、参与”者和组织者，课堂气氛热烈、活跃，体现出新课程“自主、合作、探究”的理念。同时，运用学生自己制作的直观教具，和多媒体课件相比更具有优势，不仅有利于知识的构建、重难点的突破，同时也给学生亲自动手操作、展示作品的机会，极大地调动了学生的学习主动性，提高了课堂效率。 学科网（北京）股份有限公司 $$