4.3 核酸（教学设计）化学人教版选择性必修3

第三节   核酸

一、知识目标

1. 了解核酸的分类，能够区分核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)，掌握核酸的基本组成，明确核酸是由核苷酸单体聚合形成的生物大分子。
2. 掌握RNA和DNA的结构特点，理解碱基互补配对原则的本质，能准确表述核酸的生物功能。
3. 能类比蛋白质的结构，分析核酸结构和蛋白质结构的对应关系，掌握核酸组成、结构相关问题的分析方法。

二、素养目标

1. 宏观辨识与微观探析：能从微观结构层面认识核酸的组成，理解碱基配对的氢键作用本质，建立“组成-结构-功能”的认识逻辑，区分DNA和RNA在组成、结构上的差异。
2. 证据推理与模型认知：通过对核酸结构的探究过程，构建核酸这种生物大分子的结构模型，能基于结构特点推理核酸作为遗传信息载体的功能，提升类比推理和模型认知能力。
3. 科学态度与社会责任：了解我国在核酸研究领域取得的成就，认识核酸研究在基因治疗、癌症治疗等现代医学领域的应用价值，体会化学对生命科学发展的推动作用，培养科学研究的使命感。

一、教学重点

核酸的组成与分类， DNA和RNA的结构特点，核酸的生物功能。

二、教学难点

碱基互补配对的本质， DNA双螺旋结构的理解，核苷酸聚合形成核酸的过程。

本节教学内容源于新课标人教版（2019年版）高中化学选择性必修3《有机化学基础》第四章《生物大分子》第三节《核酸》。本节内容是继糖类、蛋白质之后，第三种需要学习的天然生物大分子，既承接了前文“单体-聚合物”“缩合聚合”“官能团与有机物结构”的核心知识，完善了学生对天然生物大分子的知识体系，又和生物学知识深度关联，帮助学生从化学结构角度理解生命现象，是发展学生“宏观辨识与微观探析”“科学态度与社会责任”化学核心素养的重要载体。 按照《课标》要求，本节要求学生认识核酸的组成与结构特点，了解核酸的生物功能。教材以热点医疗案例导入，贴近生活激发兴趣，按照“组成分类-结构探究-功能应用”的逻辑编排，逐步推导核酸的水解过程、核苷酸的形成，从化学角度解释碱基配对的本

质，最后拓展人工合成核酸与基因治疗，既落实了有机物结构的相关知识，又体现了化学在生命科学、医疗领域的重要价值，符合学生认知规律。

教学对象是高二选择性必修阶段的学生，在知识基础层面，学生已经学习了缩聚反应、糖类和蛋白质的结构与性质，掌握了糖苷键、酯键等化学键的形成特点，同时在高中生物学中已经学习过核酸的基本分类与功能，具备了学习本节内容的知识基础。但学生大多仅从生物学功能层面记忆核酸的相关知识，尚未从有机物的化学结构角度理解核酸的组成、碱基配对的本质，容易混淆DNA与RNA的组成差异，对化学键类型、单体聚合过程的认识存在误区。 在认知特点层面，高二学生已经具备基本的推理探究能力，对CAR-T疗法、基因治疗等前沿医疗内容有较强的好奇心，适合通过问题驱动引导学生自主推导核酸的形成过程，结合已有知识完成新旧知识的衔接，借助实际应用案例落实核心素养的培养。

教学环节一 课堂导入

【热点设问引发讨论】同学们，相信不少同学都听过前些年热议的新闻：“120万元一针治愈晚期癌症”，这个神奇的疗法叫做CAR-T疗法，大家猜猜这个疗法能治好癌症，核心和我们今天要学的哪类物质有关呢？给大家1分钟时间，同桌之间可以简单讨论一下，待会可以分享你的想法。（预留讨论时间，鼓励学生发言，学生大概率会猜测是蛋白质、特效药等）

【结合科技实例讲解】其实CAR-T疗法的原理，就是用基因工程技术，改造T细胞的核酸序列，让改造后的T细胞获得识别癌细胞的能力，从而杀死癌细胞，这个前沿的癌症治疗技术，核心就是对核酸的改造和利用。

【联系生活衔接旧知】我们生活中也处处离不开核酸：为什么你和父母相貌有相似性？为什么不同人有不一样的性状？我们本章已经学习了第一种生物大分子——蛋白质，我们知道蛋白质是生物体表达各项功能的工具，没有蛋白质就没有生命活动，那合成蛋白质的“设计图纸”是谁提供的？又是谁把遗传信息从亲代传递给子代呢？

【引出新课】这个承载遗传信息的核心物质，就是我们今天要学习的——第三节 核酸。

【设计意图】

1. 激发学习兴趣，调动课堂参与：以轰动一时的医疗热点作为切入点，贴近生活和科技发展，能迅速抓住学生的注意力，引发学生的好奇心和讨论欲，让学生主动参与到课堂中来，避免抽象知识的枯燥感。
2. 化抽象为具体，建立化学与生活科技的联系：将核酸这种抽象的生物大分子和前沿医疗技术、日常遗传现象结合，让学生直观感受到核酸和我们的生命健康、生活息息相关，体会化学与生命科学交叉的应用价值。

3. 衔接旧知自然过渡：结合之前学习的蛋白质的相关知识，通过问题建立新旧知识的关联，自然引出本节课课题，让学生带着问题进入新知探究，提升学习的主动性。

教学任务一 核酸的组成和分类

活动1 探究核酸的水解产物与分类

【引入】我们都知道生物的遗传、生长繁殖都和遗传物质有关，2021年我国有一例癌症患者通过CAR-T疗法被治愈，一针治疗费用高达120万，这项技术的原理就是通过基因工程改造人体T细胞的核酸，让T细胞可以识别并杀死肿瘤细胞。那核酸到底是一种什么样的物质？为什么可以控制蛋白质的合成，还能用来治疗疾病？今天我们一起来学习核酸的相关知识。

【师生活动】

1. 教师提问：天然存在的核酸可以怎么分类？分类的依据是什么？请同学们结合课本和课件内容回答。学生活动：阅读内容后回答：根据核酸中所含戊糖的不同，可以分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。教师评价：回答完全正确，分类的核心区别就是五碳糖的不同。
2. 教师追问：最初科学家是怎么测定大分子核酸的结构的？请同学们读一读课件中罗伯特·霍利测定酵母转运RNA序列的资料，说说他用了什么方法？学生活动：阅读后回答：用了类似蛋白质测序的化整为零法，把大分子打断成小片段，分析产物后再推整体结构。
3. 教师引导：那我们也用“化整为零”的思路，逐步水解核酸，看看它的基本组成是什么。请同学们完善下面的水解流程：

核酸酶水解​？​酶水解​？​+磷酸酶水解​戊糖+？​

学生活动：上台填空后得到完整流程：

核酸酶水解​核苷酸酶水解​核苷+磷酸酶水解​戊糖+碱基​

1. 教师讲解：核苷属于糖苷，是戊糖的羟基和碱基的氨基脱水形成糖苷键得到的化合物。核酸中的碱基共有5种，分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、尿嘧啶(U)。
2. 教师展示典例：请同学们在腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸的结构中，分别标出戊糖、碱基、磷酸的对应部分。学生活动：上台标注，讲解：左图腺嘌呤核苷中，带侧链CH2​OH的五元含氧环是戊糖，含氮稠环是碱基，没有磷酸；右图腺嘌呤核苷酸中，末端的含磷基团就是磷酸。教师纠正评价：标注正确，注意区分：核苷=碱基+戊糖，核苷酸=核苷+磷酸，不要混淆。
3. 教师引导：我们知道了核酸水解的产物，那反过来，核酸是怎么由小分子组装得到的？请推导组装过程。学生活动：推导逆过程：碱基+戊糖脱水缩合​核苷，核苷+磷酸脱水缩合​核苷酸，核苷酸缩聚​核酸，核苷酸之间通过磷酸酯键连接形成多聚核苷酸链。

【设计意图】

利用前沿医学案例激发学生的学习兴趣，通过“化整为零水解-逆推组装”的思路，还原科学家研究大分子结