3.2 DNA分子的结构教学设计-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学教学设计聚焦“DNA分子的结构”核心知识点，通过回顾格里菲思体内转化实验、艾弗里体外转化实验及噬菌体侵染实验，总结遗传物质稳定性、复制连续性等特征，搭建前后知识联系，自然导入DNA结构探究。 该资料亮点在于融入科学史教学，以沃森和克里克构建双螺旋结构过程为例，渗透科学思维中的证据意识与合作精神，结合模型建构法引导学生制作DNA双螺旋模型落实探究实践，联系DNA指纹技术体现态度责任。助力学生直观理解结构特点，提升科学思维与探究能力，为教师提供清晰教学路径，提高课堂效率。

课题名称 3.2 DNA分子的结构 课堂类型： R新课 □复习课 □习题课 □实验课 □试卷讲评课 □其他： 学习者 分析 学生在初中已经学习了DNA和基因这两个重要概念。另外，转基因生物、转基因食品、DNA亲子鉴定、基因检测等热点词汇早已渗入了我们的生活。因此，学生对这两个概念并不陌生，通过报刊、广播、电视、网络等多种媒体，学生可以了解许多有关内容。 学生在初中已经学习了生物的遗传与变异，初步了解了基因、DNA和染色体之间的关系，知道DNA是长链状的分子，呈螺旋形；学生在高中学习《分子与细胞》模块后，知道核酸、蛋白质等物质的组成，了解了氢键、碱基、核糖、磷酸等内容。此外，在科学方法和科学思维方面，教材前两章介绍了假说一演绎法。以上这些都为学生开展本章的学习打下了基础。 虽然学生对基因、DNA都有所认识，但这种认识比较粗浅，停留在感性认识的层面，可能仅仅知道DNA上有遗传信息、基因是DNA上的片段等；对DNA的结构、碱基互补配对原则、DNA具有与结构相适应的功能、基因怎样发挥作用等问题尚不清楚。而且，学生的头脑中可能还存在一些错误概念。例如，受广告或宣传的误导，认为核酸是营养品等。因此，学生对基因、DNA的认识是比较有限的。 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。 教学重点 1.DNA结构的主要特点。 2.制作DNA双螺旋结构模型。 落实教学重点的方法： 利用物理模型的构建，帮助学生直观认识DNA的结构。 教学难点 DNA结构的主要特点。 突破教学难点的方法： 利用物理模型的构建的过程，让学生能从模型本身总结出特点。 教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 技术手段的使用： 电子白板、板书、多媒体 课时：1课时 核心问题 ●沃森和克里克是怎样揭示DNA的双螺旋结构的？这一研究过程给我们哪些启示？ ●DNA的双螺旋结构有哪些主要特点？ 教学过程设计 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 回顾旧知，导入新课 上节课我们研究了什么是遗传物质，在研究的这个过程中实际上就已经开始在留意它的一些特征了的，我们先来回顾一下上节课的几个实验。我们上节课学习了两个转化实验，一个是格里菲思的体内转化实验，一个是艾弗里的体外转化实验，通过这两个实验我们知道R菌在S菌的DNA作用下可以转化成为S菌，这个转化来的S菌经过培养后还是S菌。在转化实验后，蔡斯和赫尔希做了噬菌体的侵染实验，噬菌体通过侵染细菌后利用细菌体内的营养物质进行繁殖产生子代噬菌体，噬菌体的组成成分就只有DNA和蛋白质，DNA用32P标记，子代的噬菌体中出现了32P，亲代噬菌体用35S标记，但是子代噬菌体中没有35S，但是子代噬菌体中还是有蛋白质，这个蛋白质和亲代的一样，凭什么一样呢？它是在亲代DNA的指导下合成的。那么由这几个实验，我们可以总结出遗传物质的特征： 1、 结构的稳定性。 2、 通过复制实现亲子代的连续性。 3、 可以指导蛋白质的合成，从而表现出生物的性状。 4、 能够引起可遗传的变异。（转化的S菌进行培养后代还是S菌） 5、 具有贮存大量遗传信息的潜在能力。 我们知道‘结构和功能是相互适应的’这样一个生物学观念。那么发现DNA分子的结构去解析它做为遗传物质的功能是当时科学家们迫不及待想要完成的事情。上个世纪50年代前后有很多科学家都在探索这个事情，也引起了很多的争议。大家都在这共同的竞争中去发现DNA的结构，最后由两个青年人 美国的沃森和英国的克里克解析DNA分子的双螺旋结构，而后去研究DNA的功能就获得了很大的发展。那么他们两个是如何发现DNA分子的结构的呢？ 通过回顾上节课所学的科学史内容，加深学生对遗传物质本质内涵的理解，进而导入对遗传物质DNA结构的探究 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA双螺旋结构模型的构建 DNA双螺旋模型是20世纪最伟大的发现之一，因为就是在它之后，人们对遗传学的研究就由表象细胞水平深入到了分子水平，在其中许多科学家都做出了巨大贡献，接下来我们一起来回顾这段历史。 请大家阅读教材，完成PPT中相关概念图的构建。学生构建概念图的同时，教师适当讲解科学史过程。 1911年，美国生物化学家莱文和琼斯确定：DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸。它们的名称依次读作：腺嘌呤脱氧核苷酸，鸟嘌呤脱氧核苷酸，胞嘧啶脱氧核苷酸，胸腺嘧啶脱氧核苷酸。就这4种基本单位构成了DNA。 1951年，美国化学家鲍林提出DNA具有螺旋结构。 同年，英国生物物理学家威尔金斯和物理学家富兰克林得到了DNA衍射图谱。他们用X射线去衍射DNA的结晶，什么是结晶，你可以想象成像食盐一样的结构，对它进行拍照，得到了清晰的DNA衍射图谱。富兰克林是一位优秀的女性科学家，在当时女性科学家是遭到歧视的，他们产生了矛盾，于是就没有合作下去。 1953年，真正构建出DNA的双螺旋结构模型的科学家的名字是？沃森和克里克（板书）。沃森是一位生物学家，克里克是一位物理学家，跨界合作。沃森从小对生物十分感兴趣，特别是基因的奥秘，他16岁时就已经获得了动物学学士学位，在21岁那一年，他就去了英国剑桥大学去工作，在卡文迪许实验室结识了物理学家克里克，两人一拍即合，最后成了最佳拍档，研究DNA分子的结构。说白了就是在搭积木，构建一个模型，将看不见的DNA用看得见的实物表示，以此来把它抽象的特征用实际的事物表现出来，这就是构建了一种物理模型（还有数学模型和概念模型）。他们研究的这种方法，就叫做模型建构法（板书）。 物理模型建构的一般步骤：（1）明确问题；（2）收集相关信息；（3）确定建模使用的材料和用具；（4）制作模型；（5）检查与修正 他们当时搜集了大量资料，也应用了许多前人所研究的成果，多次尝试也失败过，比如三螺旋，最终的成功得益于好朋友—威尔金斯，威尔金斯拿出了和富兰克林拍照得到的衍射图谱，与沃森、克里克分享，克里克是一位物理学家，非常精于演算，他通过演算发现DNA分子由两条链构成，并且两条链的方向是相反的，在DNA的外侧是磷酸、五碳糖，在DNA的内侧是碱基，这些结论都是通过这张小小的衍射图谱得出来的，这说明科学技术的进步对科学研究的推动是十分重要的，沃森和克里克在此启发下继续研究。 但是由于对化学知识的缺乏，他们当时在设计时又遇到了一个困难，DNA有两条链，这两条链中间也要连接起来，那这个连接就涉及到了内侧的碱基ATCG之间到底怎么连？他们最开始想到的是A和A连，T和T连，C和C连，G和G连，这样一种方式，当他们提出这一观点后遭到了化学家的反对，这种配对方式违背了化学规律，得到的直径是不相同的，也就是说长的长，短的短，DNA会不稳定，所以他们又失败了，但是他们放弃了没有？没有。后来他们的成功归结于另外一位好朋友—查哥夫，他是奥地利一位著名的生物化学家，1953年，他到剑桥大学走访，给沃森、克里克提供了一个非常重要的信息，DNA分子中A与T数量相等，C与G数量相等，并且所有的嘌呤数等于所有的嘧啶数，在此启发下，两位科学家重拾信心，摒弃了以前的思路，继续开始搭积木，怎么搭？A与T配对，C与G配对，结果发现这样配对不仅符合嘌呤数等于嘧啶数，而且两条链可以成平行的结构，双螺旋的直径是相同的。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。最后沃森、克里克将实验成果整理成论文，发表在《自然》杂志上，1962年，沃森、克里克、威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔奖。 有同学会问，那富兰克林有没有获奖？很遗憾，没有，在那之前，富兰克林因为长期接受射线照射，患癌症而去世了，为科学献身，科学界将这位年轻的科学家称为“早凋的英格兰玫瑰”。 【即时训练】通过习题加深学生对DNA双螺旋结构模型构建过程的理解。 通过阅读教材获取有效信息。 结合真实科学史的具体过程，学生感叹每一项科学成果的背后有很多人的心血和汗水，同时也明白合作的重要性。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA分子的结构 沃森和克里克已经把DNA的空间结构研究清楚了，是一种双螺旋结构，那如果我们现在从头来学习一下DNA，看看它的结构有哪些特征？我们知道DNA的中文名叫作脱氧核糖核酸，是核酸中的一种，核酸很早就有人发现，在细胞核里发现的一种酸性物质，能够与碱性物质染成深色，那么像核酸这样的大分子物质，应该怎样去研究呢？必修一的时候我们就已经学过。 抽问学生：生物大分子有哪些？基本单位分别是什么？其中DNA和RNA的中文名称分别是什么？ 研究生物大分子可以将其进行拆解为简单的组分进行研究，最小层次能够拆到原子层面，同种原子的集合为元素。教师板书总结DNA分子的结构层次： 1、 元素种类：C、H、O、N、P 2、 彻底水解产物：当把DNA放在98%甲酸和175℃条件下进行彻底水解得到的产物为磷酸、五碳糖、含氮碱基，也就是说DNA的基本组成物质为：磷酸、五碳糖（脱氧核糖）、含氮碱基（A-腺嘌呤、T-胸腺嘧啶（锁骨加胸骨呈T字形）、C-胞嘧啶、G-鸟嘌呤（小鸟叽叽叫））。 3、 基本单位：脱氧核糖核苷酸，怎么画脱氧核苷酸的结构式？ A-腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、T-胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸、C-胞嘧啶脱氧核糖核苷酸 G-鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸。引导学生认识五碳糖1-5号碳的具体位置。 4、 单个脱氧核苷酸怎样连接成一条链呢？上学期学习了氨基酸形成多肽链的过程，通过脱水缩合，其中一条多肽链连接相邻氨基酸的化学键为肽键。脱氧核苷酸也是通过脱水缩合形成脱氧核苷酸链，既然是脱水缩合就会产生水分子，脱氧核苷酸中的5号碳磷酸里的—COOH和3号碳的—OH可以发生酯化反应（酸脱羟基醇脱氢形成酯键），因此形成的化学键叫3’5’-磷酸二酯键。 5、 两条脱氧核苷酸链怎么连接在一起呢？蛋白质中多条肽链间可以通过形成二硫键或氢键从而连接在一起。而查哥夫得出的A=T，C=G这一结论让沃森和可立克知道AT配对，GC配对，如果要配对，两条链的方向应该是怎样的？ 【引导学生分析两条链的方向，3’-端：羟基（-OH）5’-端：游离的磷酸基团】 两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A-T，C-G，碱基之间这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。氢键不是化学键，是一种相互吸引力，氢键越多意味着相互吸引力越大，稳定性就越好。C—G对占比例越大，DNA结构越稳定。 6、关于DNA双螺旋结构，结合板书的图形我们可知：（1）DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构； （2）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；碱基排列在内侧； （3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A-T，C-G，碱基之间这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。 【思考·讨论】 Q1：DNA只含有4种脱氧核苷酸，它如何能储存足够量的遗传信息？ ——DNA虽然只有4种脱氧核苷酸，但是碱基对的排列顺序却是千变万化的，碱基对的千变万化的顺序使得DNA能够储存大量的遗传信息。 【资料】生物体内，一个最短DNA分子也有4000个碱基对，这种最短的DNA分子也有44000种排列顺序。DNA排列方式：4n （n个碱基对） Q2： DNA分子中，两条长链上的什么结构是稳定不变的？ 通过板书以及回顾必修一相关知识点，引导学生理解DNA分子的结构层次。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA结构分子的特点 ①稳定性：ＤＮＡ中的脱氧核糖和磷酸交替连接的方式不变，两条链间碱基互补配对的原则不变。（即结构的稳定性） ②多样性：DNA分子碱基对的排列顺序千变万化。 ③特异性：特定的DNA分子具有特定的碱基排列顺序。（不同的生物，碱基对的数目可能不同，碱基对的排列顺序肯定不同。） 通过前面分析DNA分子的结构，总结出DNA的结构特点 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA结构中的相关计算 在DNA双链中，根据碱基互补配对原则可推断出： A = T ， G = C A+G=T+C A+C=T+G 由此可以得出：（A＋G）／（T＋C）＝1 ①嘌呤碱基总数等于嘧啶碱基总数 A＋G=T＋C A＋C=T＋G ②任意两个不互补的碱基之和恒等，并为碱基总数的50%。 （A+G）/(A+G+C+T)=50% （T+C）/(A+G+C+T)=50% ③配对的两碱基之和在单、双链中所占的比例相等。 设一条链上A1+T1=n% 因为T2=A1,A2=T1 所以 互补链A2+T2=A1+T1=n% 双链中A+T=A1+T1+A2+T2=(n%+n%)/2=n% ④非互补碱基之和的比例在两条链中互为倒数，在整个DNA分子中为1。 即若（A1+G1）/（T1+C1）=a 则在其互补链中（A2+G2）/（T2+C2）=1/a 而在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）=1 【即时训练】通过习题和教材课后习题即时训练。以上规律其实并不需要去背，学生只需记住两条链中A=T，C=G即可。三步解决DNA分子中有关碱基比例计算 第一步： 搞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。 第二步： 画一个DNA分子模式图，并在图中标出已知的和所求的碱基。 第三步：根据碱基互补配对原则及其规律进行计算 通过DNA结构中相关含量的特征，引导学生分析常见的计算问题 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 应用-DNA指纹技术 原理：DNA分子的特异性 例题：在现代刑侦领域中，DNA指纹技术正在发挥着越来越重要的作用。刑侦人员只需要一滴血迹、一块精斑或是一根头发等样品就可以进行DNA指纹鉴定。此外DNA指纹技术还可以用亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。 (1) 利用指纹技术进行DNA指纹鉴定的原理是：DNA分子的特异性 (2) 现有从受害者体内取出的精液样品，请利用DNA指纹技术来确认怀疑对象。 鉴定步骤： ①用合适的酶将待检测的样品DNA切成片段 ②用电泳的方法将这些片段按大小分开，再经过一系列步骤，最后形成如图所示的DNA指纹图。 请从上图的DNA指纹图中判断出怀疑对象中？号是犯罪嫌疑人，原因是？1号DNA指纹图与受害者体内分离的精液样品的DNA指纹图相同 将所学知识应用到实践中。 学科网（北京）股份有限公司 $