3.2 DNA的结构（教学设计）-【上好课】高一生物同步高效课堂（人教版2019必修2）

3.2 DNA的结构 学科 生物 年级册别 必修二 共1课时 教材 人教版 授课类型 新授课 第1课时 教材分析 本节内容是人教版高中生物必修二第三章第2节，在学生学习了“DNA是主要的遗传物质”的基础上，进一步探究DNA的结构。教材首先介绍了DNA双螺旋结构模型的构建历程，让学生了解科学研究的曲折与艰辛，培养学生的科学精神和探究能力。接着详细阐述了DNA分子的结构特点，通过制作DNA双螺旋结构模型，帮助学生直观地理解DNA的结构。最后介绍了DNA分子的特性和相关计算，使学生对DNA的结构有更深入的认识。这部分内容是学习基因的表达、基因突变等后续知识的基础，在教材中起着承上启下的重要作用。 学情分析 高一的学生已经具备了一定的生物学基础知识，如核酸的组成、遗传物质的概念等，这为本节课的学习奠定了基础。他们的思维能力有了进一步的发展，具备一定的逻辑推理和分析能力，但对于抽象的DNA分子结构和复杂的科学研究过程理解起来可能存在困难。在学习过程中，学生可能对科学家的研究思路和方法理解不够深入，对DNA分子结构的特点和相关计算容易混淆。因此，在教学过程中，教师应结合具体的实例和模型，引导学生逐步理解和掌握相关知识，培养学生的科学思维和探究能力。 教学目标 知识目标 (1) 学生能够准确说出DNA双螺旋结构模型的构建者和构建过程，了解相关科学家的贡献。 (2) 学生可以详细阐述DNA分子的结构特点，包括化学组成、基本单位、连接方式和空间结构等。 素养目标 (1) 生命观念：通过学习DNA的结构，学生能够形成结构与功能相适应的生命观念，理解DNA作为遗传物质的结构基础。 (2) 科学思维：学生学会运用归纳与概括、演绎与推理等科学思维方法，分析DNA分子的结构特点和相关计算，培养严谨的科学思维能力。 (3) 探究实践：学生能够参与制作DNA双螺旋结构模型的活动，提高动手能力和科学探究能力，体验科学研究的过程。 (4) 态度责任：通过了解DNA双螺旋结构模型的构建历程，学生认识到科学研究的艰辛和团队合作的重要性，培养勇于探索、追求真理的科学精神和社会责任感。 教学重点、难点 重点 (1) DNA双螺旋结构模型的构建过程，了解相关科学家的贡献和研究思路。 (2) DNA分子的结构特点，包括化学组成、基本单位、连接方式和空间结构等。 (3) DNA分子的特性，如稳定性、多样性和特异性，以及相关计算规律。 难点 (1) 理解DNA双螺旋结构模型的构建过程中科学家的研究思路和方法，体会科学研究的曲折性和创造性。 (2) 掌握DNA分子中碱基互补配对原则的应用，能够进行相关的计算。 (3) 理解DNA分子的多样性和特异性与遗传信息的关系，以及在生物多样性中的意义。 教学方法 教学方法 (1) 讲授法：通过清晰、准确的语言，向学生讲解DNA双螺旋结构模型的构建过程、DNA分子的结构特点和相关计算等重要知识，使学生系统地掌握相关内容。 (2) 讨论法：组织学生对科学家的研究思路、DNA分子的结构特点和相关计算等问题进行讨论，激发学生的思维，促进学生之间的交流与合作，培养学生的分析和解决问题的能力。 (3) 演示法：利用多媒体课件、动画等手段，展示DNA双螺旋结构模型的构建过程、DNA分子的结构特点和相关计算的实例，使抽象的知识形象化，帮助学生更好地理解。 (4) 实践法：安排学生进行制作DNA双螺旋结构模型的活动，让学生亲身体验DNA分子的结构特点，提高学生的动手能力和科学探究能力。 教学环节 教师活动 学生活动 情境导入 【 播放改编的《小蝌蚪找妈妈》视频】 提出问题：1、“DNA为什么能帮小蝌蚪找到妈妈？ 2、 这与DNA的结构有什么关系？” 回顾DNA是主要的遗传物质的相关内容，为学习DNA的结构做铺垫。 提问学生：“你们想不想知道DNA到底长什么样？它的结构有什么特点？”激发学生的好奇心和求知欲。 【 播放《DNA结构模型的构建过程》视频】 提出问题：“在DNA结构模型的构建过程中，涉及到 哪些科学家？他们分别有哪些贡献？” 让学生带着问题进入本节课的学习。 观看视频，思考教师提出的问题，积极参与讨论。 设计意图 通过播放视频、展示图片和提出问题，创设情境，激发学生的学习兴趣和好奇心。回顾旧知识，为学习新知识做好铺垫。引导学生思考科学研究中的问题，培养学生的科学思维和探究能力。 DNA双螺旋结构模型的构建 (1) 当时科学家对DNA的初步认识，即DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、C、G四种碱基，展示脱氧核苷酸的结构示意图。 (2) 组织学生进行活动一： 请根据上述信息，用四种脱氧核苷酸构建一条脱氧核苷酸长链，巡视学生的构建过程，给予指导和帮助。 (3) 展示威尔金斯和富兰克林的DNA衍射图谱，讲解沃森和克里克如何根据图谱推算出DNA分子呈螺旋结构。 (4) 讲述查哥夫的发现，即DNA中A的量总是等于T的量，G的量总是等于C的量，强调这一发现对DNA结构模型构建的重要性。 (5) 引导学生思考：“如何根据这些信息构建出合理的DNA结构模型？”组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表自己的观点。 (6) 讲解沃森和克里克重建模型的过程，即让A与T配对、G与C配对，形成DNA双螺旋结构，展示模型的图片和动画，解释这样配对的原因，如DNA具有恒定的直径，能解释A、T、G、C的数量关系。 (7) 展示沃森和克里克用金属材料制作的模型与拍摄的X射线衍射照片的对比，说明模型与基于照片推算出的DNA双螺旋结构相符，强调科学研究中实验验证的重要性。 (8) 介绍1953年沃森和克里克撰写的论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》在英国杂志《自然》上发表，以及1962年他们和威尔金斯三人因这一研究成果共同获得诺贝尔生理学或医学奖的事迹，同时提及富兰克林的贡献和遗憾，培养学生的科学精神和团队合作意识。 认真听讲，观察脱氧核苷酸的结构示意图，理解DNA的基本组成单位。 积极参与活动一，用四种脱氧核苷酸构建一条脱氧核苷酸长链，与小组成员合作交流。 观察DNA衍射图谱，思考沃森和克里克的推理过程，理解DNA分子的螺旋结构。 倾听查哥夫的发现，认识到这一发现对DNA结构模型构建的关键作用。 参与小组讨论，积极思考如何构建合理的DNA结构模型，发表自己的观点和想法。 了解沃森和克里克等人的科研成就和富兰克林的贡献，受到科学精神和团队合作意识的感染。 设计意图 通过介绍DNA双螺旋结构模型的构建历程，让学生了解科学研究的曲折和艰辛，培养学生的科学精神和探究能力。组织学生进行活动和讨论，激发学生的思维，提高学生的参与度和合作能力。展示模型和图片，帮助学生直观地理解DNA的结构。 制作DNA双螺旋结构模型 (1) 脱氧核苷酸的组成，即1分子脱氧核糖 + 1分子含氮碱基 + 1分子磷酸，展示其元素组成和分子组成的示意图。 (2) 介绍实验材料，每小组有下列形状和标记的纸片各20张、胶水等，包括脱氧核糖、嘌呤（腺嘌呤A、鸟嘌呤G）、嘧啶（胸腺嘧啶T、胞嘧啶C），强调实验的注意事项。 (3) 组织学生以6人为一小组，探究磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的连接方式，巡视各小组的讨论和操作过程，及时给予指导和帮助。 (4) 展示腺嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸的图片，讲解脱氧核苷酸的种类和结构特点。 (5) 播放制作DNA双螺旋结构模型的视频，让学生进一步了解制作过程和方法，提醒学生注意示意图上脱氧核糖碳原子的位置。 (6) 要求学生按照视频中的方法和步骤，制作DNA双螺旋结构模型，鼓励学生发挥创意，同时强调模型的科学性和准确性。 (7) 组织各小组展示自己制作的模型，介绍制作过程和思路，其他小组进行评价和交流，教师进行总结和点评。 (8) 对比学生作品和沃森和克里克的模型，总结DNA分子结构的“五、四、三、二、一”特点，即五种元素（C、H、O、N、P）、四种碱基（A、G、C、T）、三种物质（磷酸、脱氧核糖、含氮碱基）、两条长链（两条反向平行的脱氧核苷酸链）、一种螺旋（规则的双螺旋结构）。 认真听讲，观察示意图，理解脱氧核苷酸的组成和结构。 了解实验材料和注意事项，做好实验准备。 观看视频，学习制作DNA双螺旋结构模型的方法和步骤，注意脱氧核糖碳原子的位置。 按照要求制作DNA双螺旋结构模型，发挥创意，确保模型的科学性和准确性。 理解DNA分子结构的“五、四、三、二、一”特点。 设计意图 通过制作DNA双螺旋结构模型的活动，让学生亲身体验DNA分子的结构特点，提高学生的动手能力和科学探究能力。组织小组展示和交流，培养学生的表达能力和团队合作精神。总结DNA分子结构的特点，帮助学生系统地掌握知识。 DNA分子结构的特点及相关讨论 (1)结合学制作的模型和沃森和克里克的模型，详细讲解DNA分子的结构特点，包括外侧基本骨架（磷酸和脱氧核糖交替连接）排列稳定不变，内侧互补配对的碱基（A与T、G与C）通过氢键相连。 (2) 提出思考讨论问题： 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？一个DNA分子有几个游离的磷酸？” 一个脱氧核糖连接1个或2个磷酸，一个DNA分子有1个或2个游离的磷酸。 3、“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。 (3) 讲解DNA遗传信息的概念，即碱基对的排列顺序就代表了遗传信息，展示不同碱基对排列顺序的示意图，帮助学生理解。 (4) 给出一个DNA分子结构的示意图，让学生尝试说出图中1 - 10的名称，巡视学生的回答情况，给予指导和纠正。 观察模型，认真听讲，理解DNA分子的结构特点，做好笔记。 思考教师提出的问题，分析DNA分子结构稳定性与碱基含量的关系，积极回答问题。 认真观察示意图，尝试说出图中1 - 10的名称，接受教师的指导和纠正。 设计意图 通过详细讲解和思考讨论，帮助学生深入理解DNA分子的结构特点和相关概念。组织针对训练，及时巩固学生所学的知识，提高学生的应用能力。 DNA的结构特性讲解 (1)讲解DNA的结构特性，包括稳定性、多样性和特异性。首先介绍稳定性，强调外侧基本骨架排列稳定不变，内侧互补配对的碱基通过氢键相连，使DNA分子具有相对稳定的结构。 (2) 解释DNA的多样性，即碱基对（或脱氧核苷酸）排列顺序的千变万化，构成了DNA的多样性，展示不同碱基对排列顺序的示意图，说明这种多样性导致了遗传信息的多样性，进而导致了生物多样性。 (3) 阐述DNA的特异性，即每个DNA分子碱基对的排列顺序是特定的，展示不同个体的DNA分子碱基对排列顺序的差异，说明DNA可以像指纹一样用来识别身份。 (4) 介绍DNA指纹技术的应用，如在刑侦、亲子鉴定等方面的应用，播放相关的视频或展示案例，让学生了解DNA指纹技术的原理和重要性。 (5) 提出思考讨论问题：“为什么可以利用DNA指纹来识别小蝌蚪的妈妈呢？”引导学生结合DNA的特异性进行分析和回答。 (6) 总结DNA的结构特性及其应用，强调DNA的结构与功能相适应的特点，帮助学生形成生命观念。 (7) 组织学生讨论DNA的结构特性在生物进化和遗传中的意义，鼓励学生发表自己的观点和想法。 认真听讲，理解DNA的稳定性，思考其结构基础。 观察示意图，理解DNA的多样性及其与遗传信息、生物多样性的关系。 观察不同个体的DNA分子碱基对排列顺序的差异，理解DNA的特异性。 观看视频或案例，了解DNA指纹技术的应用，认识到其重要性。 思考教师提出的问题，结合DNA的特异性分析利用DNA指纹识别身份的原因，积极回答问题。 设计意图 通过讲解DNA的结构特性和介绍DNA指纹技术的应用，让学生深入理解DNA的结构与功能的关系，培养学生的生命观念。组织讨论，激发学生的思维，提高学生的分析和解决问题的能力。 DNA的相关计算 (1) 根据碱基互补配对原则（A1＝T2，A2＝T1，G1＝C2，G2＝C1），引导学生进行推论：A1＋A2＝T1＋T2；G1＋G2＝C1＋C2， 总结规律一：双链DNA分子中嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，任意两个不互补碱基之和为碱基总数的一半。 例题1：某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？ 引导学生运用规律一进行计算，讲解解题思路和步骤。 (2) 继续引导学生推论：A1＋T1＝A2＋T2；G1＋C1＝G2＋C2，总结规律二：互补碱基之和所占比例在任意一条链及整个DNA分子中都相等，简记为“补则等”。 例题2：若DNA的一个单链中，A + T/G + C = 0.4，上述比例在其互补链中是多少，在整个DNA分子中是多少？ 引导学生运用规律二进行计算，讲解解题思路和步骤。 (3) 引导学生推论：若T1 + G1/A1 + C1 = m，则T2 + G2/A2 + C2 = 1/m， 总结规律三：非互补碱基之和的比值在两条互补链中互为倒数，简记为“不补则倒”。 例题3：在DNA的一个单链中，A + G/T + C = 0.4，上述比例在其互补链中是多少，在整个DNA分子中是多少？ 引导学生运用规律三进行计算，讲解解题思路和步骤。 例题4：DNA分子的一条单链中，A = 20%，T = 22%，求整个DNA分子中G = _____，引导学生综合运用所学规律进行计算，讲解解题思路和步骤。 (4) 总结DNA的相关计算规律和解题方法，强调在计算时可假设DNA分子为100个碱基对，方便计算，组织学生进行相关练习，及时反馈学生的学习情况。 跟随教师的引导，进行推论，理解规律一的内容。 认真听讲，学习运用规律一解决例题1，掌握解题思路和步骤。 继续跟随教师的引导，进行推论，理解规律二的内容。 进行推论，理解规律三的内容，思考规律三的应用场景。 学习运用规律三解决例题3，掌握解题思路和步骤，总结解题技巧。 设计意图 通过引导学生推论和讲解例题，让学生掌握DNA的相关计算规律和解题方法，培养学生的科学思维和计算能力。组织练习，及时巩固学生所学的知识，提高学生的应用能力。 课堂小结 设计意图 通过课堂小结，帮助学生梳理本节课的知识，强化重点内容。强调科学研究的方法和精神，培养学生的科学素养。结合生活实际，让学生了解生物科学的应用价值。通过评价和作业布置，促进学生的学习和进步。 习题巩固 1. DNA两条单链的碱基数量关系是构建DNA双螺旋结构模型的重要依据。判断下列相关表述是否正确。 (1) DNA两条单链不仅碱基数量相等，而且都有A、T、G、C四种碱基。（ ） (2) 在DNA的双链结构中，碱基的比例总是(A + G) / (T + C) = 1。（ ） 答案：(1)×；(2)√。解析：DNA两条单链的碱基数量不一定相等，只是遵循碱基互补配对原则，A与T配对，G与C配对，所以(1)错误；在双链DNA中，嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数，即A + G = T + C，所以(A + G) / (T + C) = 1，(2)正确。 2. 在含有4种碱基的DNA区段中，腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则（ ） A. b≤0.5 B. b≥0.5 C. 胞嘧啶为a(1/2b - 1)个 D. 胞嘧啶为b(1/2a - 1)个 答案：C。解析：腺嘌呤有a个，占该区段全部碱基的比例为b，则全部碱基总数为a/b。因为A = T，G = C，所以C = (a/b - 2a)/2 = a(1/2b - 1)个，C正确。 3. 一条DNA单链的序列是5’ - GATACC - 3'，那么它的互补链的序列是( ) A. 5’ - CTATGG - 3’ B. 5’ - GATACC - 3’ C. 5’ - GGTATC - 3’ D. 5' - CCATAG - 3' 答案：C。解析：根据碱基互补配对原则，A与T配对，G与C配对，且两条链反向平行，所以5’ - GATACC - 3'的互补链序列是5’ - GGTATC - 3’，C正确。 4. 某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为46%，其中一条链上的腺嘌呤占该链全部碱基的比例为28%，则另一条链上腺嘌呤占整个DNA分子碱基的比例为（ ） A. 26% B. 24% C. 13% D. 12% 答案：C。解析：双链DNA分子中，G + C = 46%，则A + T = 54%。一条链上A1占该链全部碱基的比例为28%，则该链上T1占该链全部碱基的比例为54% - 28% = 26%，根据碱基互补配对原则，另一条链上A2占该链全部碱基的比例等于T1占该链全部碱基的比例，即26%，A2占整个DNA分子碱基的比例为26%÷2 = 13%，C正确。 板书设计 第2节 DNA的结构 一、DNA双螺旋结构模型的构建 1. 前期认识：4种脱氧核苷酸（A、T、C、G） 2. 关键人物及贡献 威尔金斯、富兰克林：DNA衍射图谱 查哥夫：A=T，C=G 沃森、克里克：构建双螺旋结构模型 二、制作DNA双螺旋结构模型 1. 脱氧核苷酸组成：磷酸 + 脱氧核糖 + 含氮碱基 2. 模型构建过程及注意事项 3. DNA分子结构特点“五、四、三、二、一” 五种元素：C、H、O、N、P 四种碱基：A、G、C、T 三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 两条长链：反向平行的脱氧核苷酸链 一种螺旋：规则双螺旋结构 三、DNA的结构特性 1. 稳定性：外侧骨架稳定，内侧碱基氢键相连 2. 多样性：碱基对排列顺序千变万化 3. 特异性：每个DNA分子碱基对排列顺序特定 4. DNA指纹技术应用 四、DNA的相关计算 1. 规律一：双链中嘌呤 = 嘧啶，不互补碱基和为一半 2. 规律二：互补碱基和比例“补则等” 3. 规律三：非互补碱基比值“不补则倒” 教学反思 成功之处 (1) 在教学过程中，通过播放视频、展示图片和模型等多种形式，将抽象的DNA结构知识形象化，如DNA双螺旋结构模型的构建过程动画、学生制作的DNA模型展示等，帮助学生更好地理解和掌握知识，学生的学习兴趣较高，课堂参与度也比较积极。 (2) 注重引导学生思考和讨论，在讲解DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子的结构特点和相关计算等内容时，提出一系列问题，如“如何构建合理的DNA结构模型？”“A+T含量不同的DNA分子哪个更稳定？”等，激发了学生的思维，培养了学生的分析和解决问题的能力，学生在讨论中能够积极发表自己的观点，课堂气氛活跃。 (3) 安排学生进行制作DNA双螺旋结构模型的实践活动，让学生亲身体验DNA分子的结构特点，提高了学生的动手能力和科学探究能力。学生在制作过程中表现出了很高的积极性和创造性，对DNA的结构有了更深刻的理解。 不足之处 (1) 在讲解DNA双螺旋结构模型的构建过程中，对于一些科学家的研究思路和方法，部分学生理解起来仍有困难，如根据DNA衍射图谱推算出DNA分子呈螺旋结构的过程，后续需要进一步加强对这些难点内容的讲解和辅导，结合更多的实例和图片帮助学生理解。 (2) 课堂时间把控不够精准，在学生制作DNA双螺旋结构模型和讨论环节花费的时间较多，导致后面的DNA相关计算讲解和习题巩固部分有些仓促，学生对计算规律的掌握和练习不够充分，需要在今后的教学中合理安排时间，确保每个教学环节都能顺利完成。 (3) 对学生的个体差异关注不够，在提问和讨论中，部分基础较好的学生参与度较高，而一些基础较弱的学生参与机会相对较少，在今后的教学中需要更加关注每一位学生的学习情况，采取分层教学等方式满足不同学生的需求，如为基础较弱的学生提供更多的指导和帮助。 学科网（北京）股份有限公司 $$