“DNA分子的结构”教学设计与反思

蔡露蓉

[摘 要]以DNA分子结构模型的科学探究史为背景，通过创设连续的问题情境，让学生逐步构建DNA双螺旋结构物理模型，在建立物理模型的基础上进一步建立概念模型；让学生在不断发现问题和解决问题的过程中领悟模型方法的本质内涵，获得DNA分子结构的生物学概念。

[关键词]DNA分子结构 模型构建 教学设计

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）080105

一、教材分析

“DNA分子的结构”是高中新课程生物必修二第3章第2节的内容，它在教材中有着承前启后的作用。本节课与必修一的“核酸”“细胞增殖”等内容相联系，与此同时，它既对前一节“DNA是主要的遗传物质”的内容进行更进一步的说明，使学生加深了对遗传物质的理解，又为之后学习“DNA分子的复制”“基因表达”等内容进行必要的铺垫，所以说本节课是高中生物教学的重要内容之一。

在新课标下，教材并没有直接阐述DNA分子的结构特点，而是以科学家研究DNA分子结构的历程为主线（其中主要是以沃森及克里克两位科学家构建DNA分子结构模型的故事为主线），逐步向学生提供科学家探索DNA分子结构的背景资料，让学生边分析DNA分子结构特点边逐步构建模型、修正模型。学生在建立模型的探索与发现中，体会模型构建方法及其在科学研究中的意义。

二、教学目标

1.知识目标：通过DNA分子双螺旋结构模型的构建历程概述DNA分子结构的主要特点。

2.技能目标：尝试构建DNA分子物理模型；体验科学家构建DNA分子双螺旋结构的过程，领悟模型构建方法。

3.情感态度与价值观目标：认同合作、锲而不舍的精神及勇于承认错误的优良品质在科学研究中的重要性。

三、教学过程

1.创设情境，导入新课

展示“北京中关村高科技园区的DNA雕塑”图片，让学生回答：这是什么？为什么可以作为高科技的标志？举例说明DNA在生产生活中的应用。（如刑侦）它的这项功能又是以什么作为基础的呢？引出本节课的主题：DNA分子的结构。

2.展示模型构建历程的背景资料，让学生认识到模型方法的重要作用

简介20世纪30年代科学界进行DNA结构的探索背景，让学生初步认识沃森、克里克等科学家。给出沃森在《双螺旋——发现DNA结构的故事》一书中的一段话：“鲍林发现的研究方法是什么？通过分析沃森、克里克在研究DNA结构时对模型方法的选择，发现α螺旋并不是仅仅靠研究X射线衍射图谱，其主要方法是探讨原子之间的相互关系。不用纸和笔，他的主要工具是一组分子模型。这些模型表面上看与学龄前儿童的玩具非常相似……用同样的方法解决DNA的问题！我们只要制作一组分子模型，开始摆弄起来就行了。”

让学生探讨：鲍林带给沃森什么样的灵感？沃森等科学家在揭示DNA结构的过程中，采用的研究方法是什么？通过分析沃森在研究DNA结构时对模型方法的选择学引出模型建构法，同时让学生认识到模型方法在科学研究中的重要作用。

3.回顾旧知，构建DNA单体的模型

帮助学生回顾已有的DNA的相关知识，引导学生回答DNA的基本结构单位、每个结构单位由哪几部分构成。之后，向学生提供实验材料，小组合作完成“磷酸→脱氧核糖→碱基→脱氧核糖核苷酸”的模型构建。

实验材料：五边形脱氧核糖，圆形磷酸基团，四种颜色、大小不同的长方形（代表四种碱基，略长的代表嘌呤，短的代表嘧啶）。

学生构建DNA单体的模型，可以让其感受由简单到复杂、由点到线再到面的模型构建过程，为形成DNA双螺旋结构模型的立体结构打下基础。

4.利用科学史创设问题情境，逐步构建DNA双螺旋结构模型

从DNA双螺旋结构发现史中可以看出，每一个问题解决的背后，都隐藏着问题情境。教师要充分利用科学史中的一个个节点，创设问题情境，为模型的构建提供“支架”，引导学生逐步构建出DNA双螺旋结构模型。从威尔金斯和富兰克林提供DNA的X射线衍射图谱，到螺旋结构的确定，再到三股螺旋的DNA结构、初步双螺旋结构等，通过环环相扣的问题逐步地引导构建模型、完善模型。并用“关键问题”引导学生从DNA结构的表层进入DNA结构的实质，让其领悟模型方法的本质内涵。（如下表）

5.加深理解，构建DNA分子结构的概念模型

展示学生最终构建的DNA双螺旋模型，与沃森和克里克创建的DNA分子双螺旋结构模型及实物模型进行比较。同时引导学生思考以下问题：1.DNA分子由几条链构成？链的延伸方向如何？有怎样的立体结构？2.DNA的基本骨架由哪些物质组成？位于DNA链的什么部位？3.碱基位于DNA链的什么部位？碱基连接方式？碱基配对的规律？让学生参照模型独立思考，回答问题，总结DNA分子双螺旋结构的主要特点。

四、教学反思

本节课以构建和制作DNA分子双螺旋结构模型为核心，在科学史的资料分析过程中，用问题对学生进行引导，帮助其抓住构建DNA分子结构模型的要点，让学生“走上探究之路”——分步构建DNA分子双螺旋结构模型。每一步都以科学家的科学研究过程为指导，提出问题，逐步探究，让学生亲身体验，进行模型构建。教师作为教学的组织者和引导者，主要是创设情境，为学生搭建探究的台阶，让其在理论和实践的思维碰撞中获得知识，不断思考，主动参与“DNA分子结构”的学习过程。

[ 参 考 文 献 ]

詹姆斯·沃森著，刘望夷译.双螺旋：发现DNA结构的故事[M].北京：化学工业出版社，2009：121-133.

（责任编辑 黄春香）