“DNA分子的结构”一节教学设计及反思

1.      教材分析

 

“DNA分子的结构”一节是新课标教材人教版必修二《遗传与进化》第3章第2节的内容，由DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成。其中碱基互补配对原则是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则。DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础知识；DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的物质基础。

 

本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极好素材。在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂教学，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。

 

2.      教学目标

 

（1）知识目标：概述DNA分子结构的主要特点。

 

（2）能力目标：制作DNA分子双螺旋结构模型。

 

（3）情感态度与价值观目标：体验DNA双螺旋结构模型的构建历程，感悟科学研究中蕴含的科学思想和科学态度。

 

3.      教学重点

 

（1）DNA分子结构的主要特点。

 

（2）制作DNA分子双螺旋结构模型。

 

4.      教学难点

 

DNA分子结构的主要特点。

 

5.      教学设计的基本理念

 

美国教育学家克莱恩曾经说过：“最佳的学习方法是先做后辨认，或是一边做一边辨认。”本节内容以DNA模型为依托，让学生在分析相关资料的基础上动手构建物理模型，最后通过小组间的交流、比较和归纳，水到渠成得出DNA分子结构的主要特点，同时体会科学发展史中蕴含的科学方法和科学思想，达到在探究活动中获得知识的教学目标。

 

6. 教学过程

 

6.1案例引趣，导入新课

 

案例介绍：为迎接世界华人生物科学家大会，北京大学生命科学学院准备在新落成的办公楼大厅内建造3座雕塑，其中为了纪念DNA双螺旋结构发现50周年，北京大学向世纪盛典公司定作了一座名为“旋律”的不锈钢雕塑，雕塑以双螺旋结构为构思蓝本，整体镀钛，价格6万元。合同签订后，世纪盛典公司如期完工，北大也按照合同约定支付了款项。但是，雕塑参展将近一个月后，一位北大教授发现双螺旋雕塑的螺旋方向反了，呈顺时针方向螺旋上升，与50年前发现的逆时针旋转结构不符，虽然上世纪70年代也发现了左旋顺时针方向的双螺旋结构，但是这次华人生物科学家大会的主题之一就是为了纪念DNA双螺旋结构发现50周年，左旋方向的双螺旋结构雕塑不能被北大校方认可。考虑到科学家大会即将召开，世纪盛典公司随后又按照更改后的图纸为北大重新制作了雕塑。世纪盛典公司向北大提出给付第二次制作雕塑的成本费用4.8万元的要求，但北大拒绝了这项要求。世纪盛典公司遂将北京大学起诉到法院。

 

教师提问：案件发生的原因是什么？借此引出本节课的学习内容：DNA的结构是怎样的，有什么特点？ 

 

6.2 资料分析，模型构建

 

  教师设问质疑：“科学家是如何揭示DNA分子结构的？”

 

指导学生阅读DNA双螺旋结构模型的构建过程，认真思考以下问题后小组交流讨论：

 

（1）沃森和克里克开始研究DNA结构时，科学界对DNA已有的认识是什么？

 

（DNA分子是以4种脱氧核苷酸为基本单位连接而成的长链，呈螺旋结构。）

 

（2）沃森、克里克在前人已有的认识上，采用什么方法研究DNA结构？（模型建构。）

 

（3）沃森和克里克先后分别提出了怎样的模型？

 

（a、螺旋结构（三螺旋、双螺旋）：碱基位于外部；b、双螺旋结构：磷酸-脱氧核糖位于外部，碱基位于内部，相同碱基配对；c、双螺旋结构：磷酸-脱氧核糖（骨架）位于外部，碱基A-T，G-C配对，位于内部。）

 

教师引导，学生根据资料信息利用模型盒尝试构建DNA结构模型

 

（1）组装一个脱氧核苷酸模型：（注意三种物质的连接位置）

 

 

（2）组装脱氧核苷酸长链：

 

（学生阅读资料：磷酸-脱氧核糖骨架排列在外侧，推测脱氧核苷酸之间通过磷酸-脱氧核糖相互连接）

 

 

（3）构建脱氧核苷酸双链

 

学生根据自己对DNA结构的已有认识，可能有同学构建如下双链模型：

 

 

教师提示学生进行自检、组内和组间互评，发现问题：磷酸-脱氧核糖骨架应排列在外侧，而碱基位于双链内部。并由学生提出解决方案：一条脱氧核苷酸链不动，互补链旋转180度。改进后的模型如下：

 

 

学生观察新模型后，提出作为遗传物质的DNA分子必须具有稳定性，而该模型不能保证DNA结构的稳定性，提出修改方案： A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，让让A与T配对，G与C配对，组成的DNA分子才具有稳定的直径。再次改进模型如下：

 

 

（4）学生构建DNA的立体结构：双螺旋结构模型。

 

6.3  DNA分子结构的主要特点

  

学生对制作的模型进行自评、组内和组间评价后，观察不同DNA 双螺旋模型的共同点，总结DNA分子双螺旋结构的主要特点：

 

（1）两条链反向平行盘旋成双螺旋结构；

 

（2）外侧为脱氧核糖和磷酸交替连接构成基本骨架；

 

（3）内侧为氢键连接形成的碱基对，以碱基互补配对原则配对。

 

6.4  DNA分子结构具有特异性和多样性

 

通过对比各小组制作的DNA模型，发现不同DNA 分子的结构并不尽相同，差异表现在DNA双链碱基对的排列顺序不同，碱基排列顺序的千变万化构成DNA分子的多样性，而特定的碱基排列顺序构成每一个DNA分子的特异性。DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。

 

6.5  DNA分子双螺旋结构中四种碱基的数量关系

 

记录本小组制作的DNA模型中四种碱基的数量，并将几个小组的结果进行合并，统计、归纳双链DNA分子中四种碱基数量的比例关系。

 

6.6   情感教育提升

                                                                                                                                                                                 

在资料分析、模型制作基础上，教师引导学生思考、讨论：与同时代的科学家相比，沃森和克里克最终取得成功的原因是什么？

 

（善于利用他人的研究成果和经验；善于与他人交流和沟通；研究小组成员在知识背景上互补；对所从事的研究有兴趣和激情等。）

 

6.7    课后延伸

  

鼓励学生在课后总结在制作和运用DNA分子模型的过程中的经验得失，寻找更好的材料用具和方法，设计制作更科学、更美观、使用更方便的DNA双螺旋结构模型。

 

教学反思

 

在人教版教材中本节内容的编排顺序是：首先以资料形式介绍DNA双螺旋结构模型的构建过程，之后总结DNA分子双螺旋结构的主要特点，最后制作模型以加深对DNA 分子结构特点的认识和理解。在实践过程中，笔者开始按照教材顺序组织教学，却发现通过阅读资料，学生对DNA结构的构建过程和DNA分子结构的特点有了一定了解，但对于细节知识的认识不够深刻，例如，DNA的两条链为什么“反向平行”？“构成基本骨架的磷酸和脱氧核糖为何交替连接”？“碱基互补配对时为什么必须A-T，G-C配对”？另外，学生对于科学家进行科学研究的科学思想和科学态度也不能感同身受、有感而发地领悟，仅仅停留在几句宽泛的赞誉、空而不实的学习口号中。新课标理念认为：“高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养”。为了更好地完成这一目标，笔者通过查阅资料、与同行切磋等，对本节内容的教学设计做了一些更改，具体如下：

 

教学过程：开始以发生在身边的案例引入，打破神秘，拉近抽象的DNA与学生的距离。课堂上以学生亲自动手体验模型建构的科学研究方法，动手操作过程中让学生自己发现问题，分析问题，解决问题，培养生物学素养和分析解决问题的能力。

 

教学方法：教学以“基本单位—单链—平面双链—立体空间结构”逐步深入。模型在本节课中不但是教具，也是提供学生分析和思考的素材。以DNA模型为依托，培养学生的空间想象能力。知识间以问题串衔接，环环相扣，学生能跟随教师的思路，主动参与探究过程，在课堂中既动手又动脑，全方位调动感观，使抽象知识形象化，提高课堂知识理解效率。

 

在活动过程中，教师要注意捕捉细节，如学生拼接时（碳）原子的位置接错、违反空间学现象等，现场发现、现场展示、共同讨论、及时纠正。在讨论中擦出火花，在理论和实践的思维碰撞中获得知识，得到结论。

 

互动的教学模式比较生动形象，学生也很感兴趣，但要注意：课堂调控引导能力对教师是一大考验。课堂最后对学生知识的梳理和课后知识巩固是相当重要的，否则很容易造成课堂气氛虽活跃，但课后知识没掌握牢固的情况。