“DNA分子的结构”一节的教学设计

许宝雁 郑香梅

(河北省秦皇岛市第一中学 066000)

1 教材分析及设计思路

“DNA分子的结构”是人教版高中生物学教材《遗传与进化》第三章第二节的内容，本节包括DNA分子双螺旋结构模型的建构历程、DNA分子的结构以及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容。教学重点是DNA分子结构的主要特点、制作DNA分子双螺旋结构模型。教学难点是DNA分子结构的主要特点。本节内容是本册教材承前启后的重要内容：只有明确了DNA分子的结构，才能明确DNA为什么相对稳定、DNA复制的机理、DNA如何指导蛋白质的合成、如何变异等。本节内容也是第4章基因的表达、第5章基因突变及其他变异的学习基础。

DNA分子双螺旋结构模型的建构历程在教材中有比较详细的介绍，笔者认为教学中要体现教材的设计意图，即让学生体验模型建构的方法，了解在生物学的研究中需要多学科知识的综合运用、需要科学思维方法和科学研究方法。

2 教学目标

2.1 知识目标 通过分析DNA双螺旋结构模型，归纳DNA分子结构的主要特点。

2.2 能力目标 通过分析和制作DNA双螺旋结构模型，培养观察分析能力、动手操作能力和空间想象能力；通过分析归纳DNA分子结构的主要特点，培养分析概括能力。

2.3 情感态度和价值观目标 认同多学科知识的综合应用，认同前人的成果和与人合作在生物科学研究中的重要性；明确科学探索需要严谨的科学态度和锲而不舍的科学精神。

3 教学过程

3.1 设疑激趣，引出课题 展示2001年美国纽约911恐怖袭击事件的图片，由于爆炸造成大量人员伤亡并且遗体遭到严重破坏，以至于身份无法辨认，请同学们联系所学知识思考用什么方法解决。投影展示萨达姆不同时期照片，提问美国军方如何判断逮捕的萨达姆是真是假？由此激发学生的学习兴趣，并设疑引题“为什么DNA的鉴定能确定一个人的身份？DNA的分子结构是怎样的？”激发学生学习DNA分子结构的相关知识、运用知识解决问题的好奇心。

3.2 温故知新，建构DNA基本单位——脱氧核苷酸 复习提问DNA的基本单位——脱氧核苷酸的组成，通过分析脱氧核苷酸的结构式，使学生理解脱氧核糖1、3、5号碳位的特点，为将要进行的DNA分子模型制作做准备。

对照模型组分(图1)介绍模型构件和需要注意的事项。所用模型为球棍插接模型，强调：大球代表脱氧核糖，S面朝上，右侧大孔为1碳位，左上方小孔为5碳位，左下方小孔为3碳位(脱氧核糖碳位必须标记清楚)，小白球表示磷酸，四种碱基分别用不同形状结构表示，有字一面朝上，白色细棍代表连接各组分的化学键。

要求小组内每位学生至少构建两个脱氧核苷酸模型。然后组内展示所制作的模型，教师巡视并及时纠错。

3.3 小组合作，建构DNA单链——脱氧核苷酸长链 教师展示两个脱氧核苷酸的结构式，提示：磷酸基团很容易与脱氧核糖上的羟基反应，让学生分析基本单位之间的连接方式。即前一个脱氧核苷酸3碳位的-OH与后一个脱氧核苷酸磷酸基的-OH脱去一分子

水后，形成化学键连接起来。教师要求每个小组利用刚才完成的脱氧核苷酸模型，连接1条脱氧核苷酸单链。各小组展示成果，师生共同评价，对连接错误及时纠正，各组得到正确脱氧核苷酸单链。并通过观察，认同磷酸与脱氧核糖的交替排列方式。

3.4 多方探究，建构DNA平面结构 沃森和克里克分析威尔金斯、富兰克林的DNA衍射图谱得出DNA分子呈螺旋结构。他们尝试多种双螺旋和三螺旋，让碱基位于外部，这种结构被否定。教师提问这种结构被否定的原因，引导学生分析不同的化学基团的亲、疏水性，学生分析得出：含氮碱基为疏水部分，磷酸和五碳糖为亲水部分，应该亲水部分在外，疏水部分在内。沃森和克里克建构磷酸和脱氧核糖在外、碱基在内部的双螺旋，但A与A配对、T与T配对(同型碱基配对)，又被化学家否定。提问为什么被否定？教师投影给出1952年奥地利生物化学家查哥夫的研究结论：几乎所有的DNA,无论种属来源如何，其腺嘌呤摩尔含量与胸腺嘧啶摩尔含量相同，即A=T,鸟嘌呤摩尔含量与胞嘧啶摩尔含量相同，即G=C，总的嘌呤摩尔含量与总的嘧啶摩尔含量相同，即A+G =T+C。再展示美国化学家多诺休提供的正确的A、T、G、C四种碱基分子结构图，学生明白了A、G为双环结构，T、C为单环结构，同型配对得到的DNA模型不规则。

沃森和克里克参照查哥夫和多诺休的研究成果建构新的DNA模型，发现A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子呈规则的双链结构，具有稳定的直径，提出A与T、G、C配对的碱基互补配对原则，碱基间以氢键相连。分析清楚后要求各小组学生利用已做好的脱氧核苷酸单链建构DNA分子的双链平面结构模型，强调要让两条链中的碱基处于双螺旋内侧，且脱氧核糖必须S面朝上3碳位与5碳位才正确，教师巡视，及时发现各小组制作中存在的问题，通过展示有不同错误的模型，师生共同评析，达成正确共识。此时的DNA双链结构模型构建最关键的是碱基互补配对和两条链反向平行，尤其是两条链反向平行，由于教师一再强调脱氧核糖的碳位，学生制作的两条脱氧核苷酸单链必须反向平行才能连接起来，克服了教材平面图难以理解的缺点。

3.5 建构空间模型，明确DNA空间结构 教师指导学生左手在下、右手在上拿好DNA分子的双链平面结构模型，向右旋转一定角度，形成螺旋，构成空间结构。然后教师展示DNA分子结构教学模型，指导学生观察，对照模型强调双螺旋的外侧和内侧结构。

至此，DNA大分子的结构从“点(脱氧核苷酸)”到“线(脱氧核苷酸单链)”到“面(双链DNA)”再到“体”(双螺旋结构)，就被完全建构起来。学生通过制作、观察和对比，对DNA分子的结构形成了深刻的感性认识。

教师强调沃森和克里克建构的DNA双螺旋结构模型最终被认可，是因为这一模型与原型——DNA结晶的X射线衍射图相符。

3.6 分析模型，总结DNA双螺旋结构的特点 教师指导学生观察DNA分子的结构模型，讨论以下问题：①DNA分子是由两条________的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。②DNA分子中的________和________交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；________排列在内侧。③两条链上的碱基通过________连结起来，形成________，且遵循________原则。

学生分析模型进行回答，教师点评、补充。此过程中学生学会了应用模型分析推导结论的方法。

3.7 利用模型，探究DNA分子特性 教师指导学生对比各组模型的异同点并分析遗传信息的含义。同时解决本节课开始的问题：为什么进行DNA鉴定能确定一个人的身份。学生通过对比，得出各小组模型的差异就在于碱基的排列顺序不同，从而明确遗传信息是指DNA中碱基的排列顺序。每个人体内DNA的碱基排列顺序体现着他的遗传信息。

学生通过对比各小组模型碱基排列顺序的差异，分析可知当DNA的碱基数目成千上万以致几十万时，DNA碱基的排列顺序是千变万化的，由此得出DNA分子具有多样性的特点。观察每一小组制作的DNA模型，学生可以理解每个DNA分子都有独特的碱基排列顺序，即DNA分子具有特异性。

3.8 诗歌小结，精炼概括 教学最后通过一首诗总结本节知识。“独特双链螺旋，极性反向平行，碱基互补配对，排列方式无穷。”由此培养学生归纳、概括能力，同时加深记忆。

4 教学反思

本节教学以构建“基本单位—单链—平面双链—立体空间结构”模型逐步深入：模型在本节课中不仅是教具，更是学生分析和思考的素材。以DNA模型为依托，培养了学生的动手能力和空间想象能力。知识间以问题串衔接，环环相扣，学生在教师的引导下，主动参与探究过程，在课堂中既动手又动脑，体验模型建构的科学研究方法，全方位调动感观，使抽象知识具体化，提高了课堂效率。