2.2DNA分子的结构和复制（第一课时）教学设计2026-2027学年高一下学期生物苏教版必修二

该高中生物学教学设计聚焦DNA分子的结构，以科学探究史为线索，通过1962年诺贝尔奖史料导入，连接学生已学的DNA是遗传物质、脱氧核苷酸组成等旧知，构建“科学家探究历程→分子结构拆解→动手建模实践”的学习支架。 此设计特色在于融合科学史与结构教学，通过分析富兰克林X射线衍射图谱、查戈夫碱基等量规律培养科学思维，小组合作制作DNA平面模型落实探究实践，渗透课程思政培养态度责任，助力学生理解结构与功能统一，为教师提供清晰教学逻辑与分层任务设计。

教学设计 课程名称 DNA分子的结构和复制（第一课时） 选用教材 高中生物苏教版必修二 教学章节 第二章第二节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课以 DNA 双螺旋结构的科学探究史为线索展开，先介绍富兰克林 X 射线衍射图谱对模型构建的核心贡献，梳理查戈夫碱基数量等量规律；再讲解沃森与克里克整合多方科研成果，搭建 DNA 双螺旋立体模型；系统拆解脱氧核苷酸基本单位、DNA 平面结构与双螺旋立体结构，明确反向平行双链、脱氧核糖磷酸骨架、内侧碱基互补配对三大核心特征；区分 A-T 两个氢键、G-C 三个氢键的结构差异，从碱基排列顺序角度阐释 DNA 分子的多样性与特异性；设置动手建模实践活动，让学生自主制作 DNA 平面结构模型，内化结构特点；整条内容遵循 “科学家探究历程→分子微观结构拆解→动手建模实践” 逻辑，为第二课时 DNA 半保留复制铺垫结构基础。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经学习 DNA 是主要遗传物质，知道 DNA 由脱氧核苷酸组成，区分 DNA 与 RNA 五碳糖差异；掌握四种含氮碱基 A、T、G、C 名称；了解氢键、化学键基础概念；但完全不清楚脱氧核苷酸完整组成、脱氧核苷酸连接成长链的方式，不理解反向平行、碱基互补配对的空间逻辑，无法解释碱基排列顺序储存海量遗传信息的原理，对多位科学家合作完成重大科学发现的完整历程缺乏系统认知。 2. 能力基础 高一学生具备基础图文识图能力，能识别简单生物大分子平面示意图，但面对立体双螺旋结构图时空间想象能力薄弱；无法自主整合多位科学家碎片化实验成果，梳理模型构建完整逻辑；动手建模时难以准确还原碱基配对、两条链反向平行的细节，归纳 DNA 多样性、特异性的推理能力不足，需要教师分步展示科学家照片、衍射图谱、DNA 平面与立体结构图，设置阶梯式问题分层引导梳理。 3. 认知基础 学生存在多处典型认知误区：第一，误认为 DNA 单条链碱基两两配对，不清楚配对发生在两条反向平行链之间；第二，混淆骨架与碱基的分布位置，以为碱基排列在 DNA 外侧；第三，认为四种碱基种类有限，无法储存大量遗传信息，不理解碱基对排列顺序的组合多样性；第四，不清楚 G-C 氢键数量更多，含 G-C 比例高的 DNA 分子结构更稳定；第五，忽视富兰克林、查戈夫等科学家的关键贡献，误以为 DNA 结构仅由沃森、克里克两人独立完成。 三、教学目标 1. 生命观念（核酸结构与功能统一观） DNA 独特双螺旋空间结构是其稳定储存、精准传递遗传信息的结构基础；外侧脱氧核糖磷酸骨架维持分子整体稳定，内侧碱基互补配对保障复制准确，碱基千变万化的排列顺序承载海量遗传信息，建立结构决定功能的核心生命观念，理解 DNA 分子结构稳定性、多样性、特异性三者统一。 2. 科学思维 依托富兰克林人物照片、DNA X 射线衍射图片、沃森克里克 DNA 模型实物图、DNA 平面与立体结构示意图，梳理多位科学家递进式科研贡献；从衍射图谱、碱基等量规律两类实验证据推理 DNA 双螺旋、碱基互补配对结构；通过数学排列组合计算碱基对排列种类，归纳 DNA 多样性与特异性成因；辩证评价每位科学家的不可替代作用，形成 “多学科交叉证据支撑、多人协作递进探究、结构特征推导分子功能” 完整推理链条。 3. 科学探究 能够依据 DNA 组成结构示意图，完整拆解脱氧核苷酸三部分组成，准确描述 DNA 反向平行双螺旋三大结构特征；小组合作利用彩色纸片、剪刀等材料动手制作 DNA 平面结构模型，规范体现脱氧核糖、磷酸、四种碱基、氢键、碱基互补配对全部细节；结合模型分析 DNA 多样性、特异性的成因；自主搜集 DNA 结构构建科学家生平资料，开展小组研讨交流。 4. 社会责任 依托富兰克林、查戈夫、沃森、克里克等多国科学家跨学科合作、共享实验数据、接续攻坚 DNA 结构的科研史实，培养学生尊重所有科研工作者、严谨求实、合作创新的科研品格；DNA 双螺旋结构的发现开启分子生物学时代，支撑基因测序、亲子鉴定、法医物证、遗传病筛查等民生技术，引导学生认识微观 DNA 结构研究直接服务法医、医学、司法鉴定行业，守护司法与人民健康。 四、教学重难点 重点 1. DNA 双螺旋结构模型构建完整科学史：富兰克林 X 射线衍射图谱、查戈夫碱基等量规律、沃森克里克整合成果搭建模型； 2. 脱氧核苷酸的完整组成，DNA 分子三大核心结构特点：反向平行双链、脱氧核糖磷酸外侧骨架、内侧碱基互补配对； 3. 碱基互补配对原则：A-T 配对、G-C 配对，A-T 两个氢键，G-C 三个氢键； 4. DNA 分子多样性、特异性的成因：碱基对排列顺序千变万化、特定生物拥有固定碱基排列序列； 5. 动手制作 DNA 平面结构模型，还原全部微观结构细节。 难点 1. 理解 DNA 两条脱氧核苷酸链反向平行的空间特点，区分 5' 端与 3' 端延伸方向； 2. 从衍射图谱、碱基定量数据两类间接证据，推理得出双螺旋、碱基配对微观结构； 3. 结合数学排列组合逻辑，解释少量碱基种类如何实现海量遗传信息储存； 4. 客观辩证评价所有参与 DNA 结构研究科学家的贡献，理解重大科学发现是多人协作的成果。 五、教学方法  史料情境导入法：诺贝尔奖颁奖背景切入，引出富兰克林被忽视的科研贡献创设探究情境；  图文分层讲授法：科学家照片、衍射图谱、DNA 平面立体结构图分步拆解分子结构；  小组动手建模探究法：纸片材料制作 DNA 平面模型，直观内化碱基配对、双链结构；  对比归纳教学法：表格梳理多位科学家实验成果与对应贡献，区分 DNA 稳定性、多样性、特异性；  阶梯问题链驱动法：富兰克林实验贡献→查戈夫碱基规律→DNA 双螺旋结构特点→DNA 多样性成因→动手建模实操层层递进设问。 六、教学资源 教材配套图文素材：富兰克林人物照片、DNA 分子 X 射线衍射图片、沃森和克里克制作的 DNA 分子结构模型图、沃森克里克发表的论文截图、DNA 分子的组成和结构示意图、学生简易 DNA 分子结构模型示意图；配套文本：积极思维两道史料思考题、边做边学 DNA 模型制作实践步骤、搜集科学家资料实践活动、本节基础练习题。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 DNA 诺贝尔奖史料情境导入，梳理课时主线（5 分钟）  情境导入：1962 年诺贝尔生理学或医学奖授予解开 DNA 双螺旋结构的沃森、克里克、威尔金斯，但提供关键 X 射线衍射图谱的富兰克林已于四年前病逝，无缘诺奖。学界长期为她的贡献惋惜，今天我们顺着科学家的研究足迹，一步步还原 DNA 双螺旋结构的发现全过程；再深入拆解 DNA 分子微观空间结构，分析结构如何支撑遗传信息储存；最后分组动手制作 DNA 平面模型，直观感受碱基配对、双链反向平行等核心特征。  出示富兰克林人物照片与 DNA 分子 X 射线衍射图片 出示教材积极思维两道思考题：  分析 富兰克林所做工作对 DNA 分子结构模型的建立有什么意义？  思辨 有人认为富兰克林的成果应该获得诺贝尔奖。我们赞同这样的观点吗？为什么？  在黑板清晰板书本课时四大学习板块：DNA 双螺旋结构构建科学家探究史、DNA 分子基本单位与平面立体结构、碱基互补配对与 DNA 分子特性、小组动手制作 DNA 结构模型。  回顾 DNA 是主要遗传物质、脱氧核苷酸基础旧知识，带着 “富兰克林的衍射图谱提供了哪些关键线索、四种碱基如何配对、两条 DNA 链为什么反向平行、少量碱基如何储存海量遗传信息” 四类疑问进入新课学习。  四人小组观看富兰克林相关图示，互相交流导入两道思考题的初步想法，完整记录课时板块框架，预留充足时间用于科学家贡献表格梳理、DNA 结构图解分析、小组建模实操。 环节二 模块 1 DNA 双螺旋结构模型构建完整科学史（10 分钟）  分步梳理多位科学家递进式科研成果，逐一讲解对应贡献： 第一，查戈夫定量分析不同生物 DNA 碱基含量，得出等量规律：A 总量 = T 总量，G 总量 = C 总量，为碱基互补配对提供定量数据支撑； 第二，富兰克林利用 X 射线衍射技术拍摄清晰 DNA 衍射图谱，图谱特征直接证明 DNA 分子由两条链螺旋缠绕，测算 DNA 分子直径固定，是搭建双螺旋模型最核心直观证据； 第三，沃森与克里克吸收查戈夫碱基规律、富兰克林衍射图谱、威尔金斯解读资料，借鉴蛋白质模型搭建思路，1953 年成功构建 DNA 双螺旋立体模型，发表论文于《自然》期刊，三人共享 1962 年诺贝尔奖。 分层提问：缺少富兰克林的 X 射线衍射图谱，沃森克里克能否顺利搭建正确的双螺旋模型？请说明理由。  出示沃森和克里克制作的 DNA 分子结构模型图、沃森克里克发表的论文截图 总结：重大科学突破从来不是单一科学家独立完成，依靠多学科、多人分工协作、共享实验数据，富兰克林的衍射实验是不可替代的关键环节。  观看两组沃森克里克相关图示，小组整理表格，横向填写每位科学家的实验手段与对应科研贡献，区分定量化学分析、X 射线衍射、模型搭建三类研究方法。  小组讨论分层提问，得出衍射图谱直接呈现 DNA 双链螺旋外形，是模型搭建的直观结构依据，没有图谱无法推理双螺旋空间形态。  同桌互相复述四位核心科学家的研究成果，客观认识每位研究者的同等重要价值。 环节三 模块 2 DNA 分子的平面与双螺旋立体结构、分子三大特性（15 分钟）  出示 DNA 分子的组成和结构示意图 分层拆解微观结构，从基本单位到立体双螺旋完整讲解： ① 基本单位：脱氧核苷酸，由脱氧核糖、磷酸、含氮碱基（A/T/G/C）三部分构成； ② 单条脱氧核苷酸链：脱氧核糖与磷酸交替连接，依靠化学键连成长链，单链具备 5'、3' 两个不同端点； ③ 双链空间排布：两条脱氧核苷酸链以反向平行方式盘旋成双螺旋；脱氧核糖、磷酸构成骨架排布在螺旋外侧；四种碱基朝向内侧，通过氢键两两配对； ④ 碱基互补配对原则：A 只与 T 配对，形成两个氢键；G 只与 C 配对，形成三个氢键；因此 DNA 分子中 G、C 碱基占比越高，分子氢键更多，结构稳定性更强。 出示边做边学配套讨论思考题：DNA 分子只含有四种脱氧核苷酸，却能储存大量遗传信息。根据图示，解释原因。 分层思辨提问：一个 DNA 分子拥有 4000 个碱基对，理论上存在多少种碱基排列方式？该现象体现 DNA 分子什么特性？特定物种 DNA 碱基序列固定，又体现什么特性？  归纳 DNA 分子三大特性： 稳定性：外侧磷酸脱氧核糖骨架、内侧大量氢键共同维持双螺旋空间结构稳定； 多样性：碱基对排列顺序千变万化，碱基对数量越多，排列组合类型指数级增长； 特异性：同种生物不同个体、不同物种之间，DNA 拥有独一无二的碱基排列序列，可作为个体身份识别依据。  观看 DNA 组成结构示意图，小组分层拆解脱氧核苷酸、单链、双链、立体螺旋四层结构，在草稿纸上手绘平面结构简图，标注磷酸、脱氧核糖、四种碱基、氢键、配对方式。  小组回答思辨提问，计算碱基排列组合种类，区分多样性、特异性两个概念，完整解释四种碱基依靠排列顺序变化承载海量遗传信息。  小组互相抽查 DNA 三大结构特点、碱基配对氢键数量、DNA 三大特性，夯实微观结构基础。 环节四 模块 3 DNA 模型制作实践、课堂小结、分层课后任务（15 分钟）  出示学生简易 DNA 分子结构模型示意图 完整讲解小组建模实操步骤： ① 分析简易模型优缺点，确定小组制作材料、尺寸、立体构型方案； ② 绘制 DNA 平面结构设计图，规划脱氧核糖、磷酸、四种碱基纸片数量、空间排布； ③ 裁剪彩色纸片配件，分别制作磷酸、五碳糖、A/T/G/C 碱基，拼接单链； ④ 按照反向平行、碱基互补配对原则拼接双链，补充氢键； ⑤ 小组内部自检模型，修正结构错误，完成后全班展示互评。 同步强调安全规范：剪刀、小刀锋利，操作注意防护。  课堂分层小结梳理：第一层，富兰克林、查戈夫、沃森克里克等科学家协作构建 DNA 双螺旋模型；第二层，DNA 脱氧核苷酸基本单位、反向平行双螺旋三大结构特征、碱基互补配对氢键规律；第三层，DNA 分子稳定性、多样性、特异性三大特性；第四层，利用纸片材料动手搭建 DNA 平面结构模型，内化微观结构细节。  分层布置课后巩固任务：基础任务默写 DNA 双螺旋三大结构特点、碱基配对原则，梳理四位科学家实验贡献；提升任务搜集 DNA 结构模型建立过程科学家资料，整理简短汇报材料；探究任务统计家庭亲缘关系 DNA 鉴定原理，结合 DNA 特异性简单说明。  观看简易 DNA 模型示意图，四人小组分工，确定绘图、裁剪、拼接、自检人员，绘制本组模型设计草图，标注各结构颜色区分方案。  分组动手制作 DNA 平面结构模型，制作过程中主动对照课本示意图修正反向平行、碱基配对错误，完成后小组内互相讲解模型各部分对应 DNA 微观结构。  跟随教师四层小结，互相抽查 DNA 结构、科学家探究历程、分子特性核心知识点，记录课后分层巩固任务。  完整记录三层分层课后巩固任务，小组线上分配科学家资料搜集分工，整理本节课全套笔记。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托多位国籍、性别不同的科学家接续协作、共享实验数据、突破学科边界解开 DNA 结构的完整史实，引导学生理解重大科学发现无法依靠单人完成，培养包容合作、尊重每一位科研工作者、严谨客观看待实验证据的科学精神；富兰克林的科研成果长期被忽视，教会学生客观公正评价女性科研人员贡献；DNA 双螺旋结构催生法医 DNA 指纹、亲子鉴定、遗传病基因筛查技术，直接服务司法刑侦、优生优育、人体健康，让学生体会基础微观生物结构研究具备重要民生应用价值。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托科学家照片、衍射图谱、DNA 平面立体结构图、学生简易模型图开展授课，大部分学生能记住 DNA 双链反向平行、碱基互补配对两大核心特征，知晓多位科学家对模型构建的贡献，但存在明显短板：学生空间想象能力薄弱，很难自主理解两条链反向平行的空间含义，建模时经常出现两条链同向排布的错误；容易混淆氢键数量，误以为 A-T 氢键更多、结构更稳定；无法独立利用碱基排列组合逻辑解释 DNA 多样性；史料内容、分子结构、动手建模内容容量大，留给小组科学家贡献辩证讨论、碱基排列逻辑推演的交流时间不足，学生自主推理 DNA 结构与功能关联的科学思维训练不够充分。 2 修改措施 课前发放 DNA 脱氧核苷酸基础预习单，提前铺垫五碳糖、碱基基础概念；课堂压缩科学家史料、DNA 理论结构讲授时长，增加 7 分钟小组模型草图绘制、碱基配对正误互判讨论环节；配套 DNA 结构判断题、碱基配对计算题当堂巩固；分步 3D 动画展示 DNA 双螺旋立体缠绕、反向平行微观结构，直观呈现 5'、3' 链延伸方向；课前推送 DNA 双螺旋发现史科普短视频，降低多科学家史料梳理、立体结构图解理解难度；预留充足小组思辨交流时间，强化学生依托各类图谱、碱基定量数据推导 DNA 结构与分子特性的科学思维训练。 学科网（北京）股份有限公司 $