3.1DNA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

DNA的结构（教学设计）-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2 教学设计 教学目标： （1）生命观念：学生能够描述 DNA 分子的基本组成单位及其化学组成，理解 DNA 分子的双螺旋结构特点，并运用碱基互补配对原则分析 DNA 分子的稳定性。 （2）科学思维：通过观察 DNA 分子模型和多媒体课件，学生能够分析 DNA 结构的空间排列，提升空间想象力和逻辑推理能力，理解 DNA 分子如何通过碱基对排列储存遗传信息。 （3）探究实践：学生能够通过构建 DNA 分子模型，体验科学探究的过程，培养动手实践能力和问题解决能力，理解科学家在 DNA 结构研究中的探索精神。 （4）态度责任：通过学习 DNA 的结构，学生能够认识到生物多样性的科学基础，激发对生命科学的兴趣，培养科学探究的责任感和科学精神。 教学重难点： （1）DNA 分子双螺旋结构的特点及其空间构象的理解与构建。 （2）碱基互补配对原则的掌握及其在遗传信息传递中的应用。 教学准备： （1）多媒体投影仪和电脑，用于展示 DNA 分子结构的三维动画和历史科学家的模型构建过程。 （2）DNA 模型构建工具包，包括不同颜色的塑料棒和球，用于学生亲手构建 DNA 双螺旋结构模型。 （3）《DNA 分子结构解析》教学辅助手册，包含详细的历史背景、结构特点和实验指导。 教学方法： 讲授法、实验法、模型构建法、问题导向法、资料分析法、多媒体教学法 教学过程： 一、导入新课 教师展示中关村的 DNA 雕像图片，吸引学生的注意力，并激发他们对 DNA 的兴趣。 教师引导学生回忆必修一中学习的 DNA 与 RNA 的结构区别，巩固已学知识。 教师：同学们，我们之前已经学过 DNA 与 RNA 的区别，谁能来说说它们的主要区别是什么？（学生回答） 教师：很好！今天我们将进一步探讨 DNA 分子的结构特点。请大家看这张图片，这就是中关村的 DNA 雕像，它生动地展示了 DNA 的双螺旋结构。这节课我们就来详细了解一下 DNA 的结构。 二、讲授新课 1. DNA 的组成 教师：首先，我们复习一下 DNA 的基本组成单位。请同学们回忆一下，DNA 的基本单位是什么？（生：脱氧核苷酸） 教师：非常好！那么，脱氧核苷酸是由什么组成的呢？（生：由 1 分子磷酸、1 分子脱氧核糖和 1 分子含氮碱基组成） 教师：没错！根据含氮碱基的种类，脱氧核苷酸可以分为哪几种？（生：腺嘌呤 A、鸟嘌呤 G、胞嘧啶 C、胸腺嘧啶 T） 教师：很好！现在我们来看一下 DNA 的基本成分： 组成元素：C、H、O、P、N 基本单位：脱氧核苷酸 脱氧核苷酸的组成：1 分子磷酸 + 1 分子脱氧核糖 + 1 分子含氮碱基 教师补充：为了让同学们更好地理解这些概念，我将通过具体的例子来说明。例如，我们可以用化学式表示脱氧核苷酸的结构：（在黑板上画出脱氧核苷酸的化学结构图） 2. DNA 模型构建研究史 教师：接下来，我们通过阅读资料，了解科学家们是如何一步步解开 DNA 结构之谜的。请同学们仔细阅读课本上的资料，并思考科学家们的艰辛历程。（学生阅读资料并分组讨论） 教师：哪位同学能分享一下你了解到的科学家们的努力？（生：沃森和克里克通过 X 射线衍射图谱和模型构建，最终发现了 DNA 的双螺旋结构） 教师：非常好！正是他们的不懈努力，我们才能清楚地了解 DNA 的结构。下面我们动手构建一个简单的 DNA 模型。 3. 平面结构 教师：首先，我们取出脱氧核苷酸，先构建一条链，再组成一个双链的结构。请同学们跟我一起操作。 教师：在组成长链时，需要形成磷酸二酯键，同时脱去 1 分子水。注意 5 碳糖的位置，特别是 5 边型定点是 1 个氧原子。（教师示范，学生跟随） 教师：两条 DNA 链的结合方向是反向的，两条链通过含氮碱基形成碱基对结合在一起，此过程碱基对通过氢键连接。（继续示范） 具体操作：老师分发给每组学生一包模拟脱氧核苷酸的材料，包括磷酸、脱氧核糖和四种不同的碱基模型。学生按照老师的指导，一步一步构建 DNA 的平面结构。 教师提问：大家在构建过程中，发现碱基是如何配对的吗？（学生回答） 教师回应：非常正确，碱基 A 与 T 之间有两个氢键，而 C 与 G 之间有三个氢键。这种配对方式保证了 DNA 的稳定性。 4. 归纳 DNA 的结构特点 教师：通过刚才的模型构建，我们总结出 DNA 分子的结构特点有： DNA 分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。 DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。 两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。 教师：我们可以用 “54321” 口诀简化记忆过程：5 条磷酸二酯键、4 种碱基、3 个组成部分、2 条反向平行的链、1 个稳定的双螺旋结构。（学生跟读） 教师补充：为了帮助大家更好地记住这些特点，我们可以制作一个简单的记忆卡片，上面写上 “54321”，这样可以帮助大家更快地回忆起 DNA 的结构特点。 5. DNA 的稳定性 教师：思考一下，DNA 结构中的哪个部分是稳定不变的？哪个部分是千变万化的？（学生思考） 教师：谁来说说你的看法？（生：两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的，长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的） 教师：非常正确！正是由于碱基对排列顺序的千变万化，DNA 能够储存大量的遗传信息。 教师补充：大家可以想象，如果碱基对的排列顺序是固定的，那么不同生物体的遗传信息就会非常相似，但实际上每种生物都有自己独特的遗传信息。正是因为碱基对的排列顺序多种多样，才使得生物体具有多样性。 6. DNA 储存遗传信息的方式 教师：DNA 是遗传物质，储存着大量的遗传信息，那么它是通过什么储存这些信息的呢？（学生思考） 教师：谁来说说你的理解？（生：DNA 通过碱基对的排列顺序即为脱氧核苷酸的排列顺序储存大量的遗传信息） 教师：非常棒！正是这种多样性的碱基对排列顺序，使得 DNA 能够携带生物体的各种遗传信息。 具体情境：老师可以举一个实际的例子来说明这一点，比如人类的 DNA 中，特定的碱基对序列决定了我们的基因特征，如眼睛的颜色、头发的颜色等。 教师提问：大家知道，DNA 是如何通过碱基对的排列顺序决定生物特性的吗？（学生回答） 教师回应：非常好！DNA 中的某些特定序列被称为基因，基因编码了蛋白质的合成指令，从而决定了生物体的性状。 三、随堂检测 如果某 DNA 分子的一条链上的某段碱基排列顺序是……A—G—A—T—C—G—A—T……，则另一条链上对应的碱基排列顺序是 (　　) A． ……A—G—A—T—C—G—A—T…… B． ……G—A—G—T—C—G—T—A…… C． ……T—C—T—A—G—C—T—A…… D． ……C—T—C—G—C—T—A—T…… 教师：大家选什么呢？（学生回答） 教师：正确答案是 C。因为 DNA 两条链上的碱基遵循碱基互补配对原则，A 与 T 配对，C 与 G 配对。 教师补充：这个题目帮助大家进一步理解碱基互补配对的原则，希望大家能够熟练掌握这个知识点。 某同学在构建 DNA 分子模型时，想用不同的几何图形代表脱氧核苷酸的三个不同组成部分。那么该同学组建的 DNA 分子模型中共有多少种不同的几何图形（ ） A． 五种 B． 六种 C． 七种 D． 八种 教师：这个问题怎么解答呢？（学生思考） 教师：每个脱氧核苷酸有三种组成部分，分别是磷酸、脱氧核糖和碱基。碱基有四种，所以一共是三种加上四种，共七种不同的几何图形。正确答案是 C。 教师补充：这个题目帮助大家进一步理解脱氧核苷酸的组成，希望大家能够熟练掌握这个知识点。 四、小结 教师：今天我们学习了 DNA 的结构，包括 DNA 的基本组成单位、双螺旋结构的特点、碱基互补配对原则以及 DNA 如何储存遗传信息。希望大家能够记住这些重要的知识点，并在今后的学习中灵活运用。 教师提问：大家还有什么疑问吗？（学生提问） 教师回应：非常好！大家提出的这些问题都非常有价值，我会一一解答。希望大家在课后多做一些练习，加深对这一知识点的理解。 课后作业： （1）请根据 DNA 分子的碱基互补配对原则，设计一个简单的 DNA 序列，并写出其互补链的碱基序列。 （2）绘制 DNA 双螺旋结构模型，标注出磷酸、脱氧核糖和碱基的位置，并解释 DNA 分子如何通过碱基排列顺序储存遗传信息。 学科网（北京）股份有限公司 $$