基于物理模型建构的教学设计——“DNA分子的结构”
2018-06-24 17:22阅读：
《DNA分子的结构》教学设计
一、教材分析
《DNA分子的结构》是高中生物人教版必修二第三章第二节的内容，在教材中起着呈上旗下的作用，一方面，本节课内容是从分子水平上进一步认识基因的本质，是在前两章的基础上完成的；另一方面，又为后续基因的表达、生物的遗传和变异、生物进化进行了必要的只是铺垫。本节课以科学家沃森、克里克的研究历程为主线，逐步呈现DNA双螺旋结构模型的特点，使得学生不仅能自然的了解到DNA双螺旋结构的主要特点，还能感悟科学家契而不舍的科学精神。
二、学情分析
高一年级的学生已经在必修一部分学习了关于DNA分子的基本组成单位，并能正确说出脱氧核苷酸的种类、组成等，为本节课的学习奠定了基础。但是目前学生尚没有有机化学的相关知识，对于疏水、亲水等性质没有深入的了解，因此对于理解DNA分子的两条反向平行的脱氧核苷酸链较为困难，故本节课在此侧重于对科学实验的分析和总结，而淡化有机化学的原理部分，以便于学生理解。
三、教学目标
1.知识目标：
（1）能正确描述DNA分子的双螺旋结构特点。
（2）能正确说出DNA分子的特性。
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2.能力目标：能利用教师给定的材料完成DNA双螺旋结构模型的建构。
3.情感态度价值观：认同科学是不断发展、不断修正和完善的艰苦历程。
四、教学重难点
1.教学重点：
（1）DNA分子的双螺旋结构；（2）DNA分子的特性。
2.教学难点：DNA双螺旋结构模型的建构。
五、教学策略
本节课是基于“物理模型”建构，并结合5E教学模式设计教学活动，从罪犯的DNA鉴定引入本节课，到步步为营，融合讲授法、情境教学法、程序教学法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程。
六、教学过程
1.导入：以通过DNA指纹进行罪犯的鉴定、灾情后相关人士的身份确定等为例，提出问题，为何DNA分子可以作为鉴定罪犯的依据呢？（学生会回答DNA分子的特异性），教师追问，为何DNA分子具有特异性？这与它的结构有着怎样的联系呢？引入本节课。
2.探究一：DNA分子的基本结构
模型建构一：该知识点是学生已经熟知的知识，故请学生在黑板或者笔记本上写出DNA的基本组成单位——脱氧核苷酸的分子结构，并表明各个结构的名称。
展示资料一：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。
总结：脱氧核苷酸的结构：一分子脱氧核苷酸包括一分子磷酸、一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖。其中含氮碱基有四种，故脱氧核糖核苷酸也有四种类型。
思考：四种脱氧核苷酸是如何构成多种多样的DNA分子的呢？
3.探究二：脱氧核苷酸是如何构成DNA分子结构？
展示资料二：科学研究表明：DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。
模型建构二：请利用小组已经构建好的四种脱氧核糖核苷酸构建一条脱氧核苷酸长链。
展示：学生上台展示自己构建好的模型，或者在黑板上直接构建一条脱氧核苷酸链。并说出相邻的脱氧核苷酸之间依靠磷酸二酯键相连。
思考：DNA分子是否就是单链结构?
4.展示事实，引发认知冲突
展示资料三：显微镜结果：DNA分子的直径约为2nm；
展示不同碱基的结构。
推测：学生由显微镜结果及不同碱基结构推测DNA分子不可能是单纯的单链结构，从而引发认知冲突。
5.探究三：DNA分子的双螺旋结构
展示资料四：威尔金斯和其同事富兰克林提供的DNA的衍射图谱。
推测：沃森和克里克推测DNA分子为螺旋结构。
展示：沃森和克里克对碱基在外不同模型的螺旋结构进行预测，发现无论是但螺旋、双螺旋还是三螺旋结构模型，经过衍射图谱分析及数据计算，证明与实际不符，从而被否定。
观点：由此，沃森和克里克提出碱基在内的螺旋结构，经衍射图谱分析发现碱基在内的双螺旋结构更加符合DNA分子的图谱，故提出碱基在内的双螺旋结构。
6.探究四：双螺旋结构的DNA中存在怎样的配对方式呢？
预测：沃森和克里克提出A-A、T-T、C-C、G-G的配对方式，但化学家指出配对违反化学规律，又被否定。
展示资料五：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
学生得出结论：DNA的双螺旋结构中C与G配对，A与T配对。
模型建构三：利用每组的四种脱氧核糖核苷酸卡片构建双链DNA。并根据以下问题总结其结构特点：
•
DNA分子中，两条链如何排列？外侧由什么连接而成？内侧是什么？
•
两条链之间碱基的连接有什么规律？
•
构成DNA的两条链有怎样的关系？
•
在每条核苷酸链有几个游离的磷酸？
学生展示模型并解释其中的磷酸二酯键、氢键、碱基对、有利的磷酸等所在的位置。并能指出一个DNA分子中含有两个游离的磷酸基团。
教师展示DNA双螺旋结构立体模型。
7.总结：DNA分子的双螺旋结构：
（1）DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘绕而成。
（2）DNA分子中脱氧核糖和磷酸交替连接，位于外侧，构成基本支架，碱基在内侧。每条核苷酸链有一个游离的磷酸。
（3）DNA双螺旋结构中遵循碱基互补原则（A=T;
G=C）。有碱基对，磷酸二酯键，氢键。
8.
将不同小组的DNA双链结构进行对比，通过比较其共同点和不同点总结特性。
（1）稳定性：具有规则的双螺旋结构；脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序稳定不变；碱基配对的方式稳定不变。
（2）多样性：长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。
（3）特异性：每个特定的DNA分子都具有其特定的碱基对数量和排列顺序。
9.总结收获：学生总结本节课所学知识。
六、板书设计
七、教学反思
本节课教学以“基本单位—单链—平面双链—立体空间结构”逐步深入。利用剪好的卡片和DNA相关组件，以问题串衔接，以科学探究历程为教学主线，进行模型的构建。整个过程中，学生能跟随教师的思路，主动参与到课堂中，既动手又动脑，同时教师也能积极主动的给予学生鼓励性评价，并在师生评价的同时，兼顾生生评价，不断的对构建的模型进行讨论、修正，提高了学生的生物科学素养。通过亲自构建模型来体会科学家研究的方法和思路，体会科学探究的过程是一个不断创新、不断发展的过程，从而达到相关情感教育的目标。
