“DNA分子的结构”一节的教学设计

冯洁

摘 要： 文章就如何将沃森和克里克研究发现DNA双螺旋结构的过程，转化为学生合作探究、动手制作模型、学进去讲出来的过程展开论述。

关键词： DNA分子的结构 教学设计 构建模型 合作探究

1.教材分析

“DNA的结构”是苏教版高中生物学教材必修2《遗传和进化》第4章第2节“DNA的结构和复制”中第一课时的内容。DNA结构的发现是科学史上的经典，科学家在探索DNA结构中的许多思路和方法都是中学生物学教学中进行探究性教学的理想素材，更重要的是通过对DNA结构模型的构建，可以使学生对DNA的结构有比较深入的理解。

2.教学目标

2.1知识目标。

概述DNA分子结构的主要特点。

2.2能力目标。

制作DNA结构模型，培养学生思维的逻辑性和严谨性。

2.3情感态度与价值观目标。

通过合作制作DNA结构模型，让学生体会科学家合作交流、创新思维的过程。

3.教学过程

3.1创设情境，导入新课。资料1：呈示“9·11”事件的画面。为什么检测DNA就可以确定遇难者的身份？说明DNA具有什么特性？资料2：当前，一种“生命的条形码”计划正在欧美等国家展开，其目的是实现对地球现存的870万物种进行快速而准确的鉴定。到目前为止，“生命条形码数据系统”数据库拥有来自55000种生物的737166万个DNA条形码。说明DNA具有什么特性？从而引入本节课的内容。这节课沿着这些科学家们的思维轨迹，探索DNA双螺旋结构的发现历程。

3.2合作探究与学进去、讲出来。

3.2.1温故知新：沃森和克里克开始研究DNA时，科学界对DNA已有的認识有哪些？资料：1.DNA的基本组成单位，怎样连接成脱氧核苷酸链？2.1952年，富兰克林拍摄X射线衍射图谱：①分子直径为2nm；②DNA结构的螺旋周期性。在复习和预习后，让学生阐述对这些知识的理解，其他学生完善，最后教师点评。

3.2.2合作探究一：DNA有几条链？DNA单链直径<2nm，据此推测DNA不是单链；X衍射图谱数据分析，结论为双螺旋或三螺旋；正常的DNA含水量是三螺旋模型的十多倍，推测出应是双螺旋。这部分内容，所用的实验数据由教师提供，学生得出结论。

3.2.3合作探究二：双链之间怎样相互作用？有几种可能？给出单链的模式图，让学生画DNA双链几种可能的排布方式。然后呈示资料：研究发现，碱基具有疏水性，而磷酸和五碳糖具有亲水性，但是DNA处在怎样的环境呢？结合膜的磷脂分子排布，考虑双链怎样排布？进行知识迁移，学生得出结论：碱基在内侧。

3.2.4合作探究三：碱基配对有几种可能？写出碱基配对有几种可能？根据学生写出的配对情况，（课前每组用易拉罐、细铁丝制作好若干4种脱氧核苷酸模型。）指导学生利用手中的材料组合一个相同碱基配对的DNA平面结构，讨论这些模型是否合理。学生观察发现，这种DNA结构凹凸不平，不符合直径为2nm这个条件，排除同型配对的可能。

3.2.5合作探究三：是不同碱基之间相互作用？资料：奥地利生物化学家查哥夫报道了他对来自人、猪等不同生物的DNA分析结果，学生观察实验数据，于是得出结论：A与T配对，C与G配对。

3.2.6合作探究四：小组合作制作DNA模型。教师巡视，给予必要的帮助和点评，展示学生的DNA模型，总结结构特点，教师点评。小组合作做拓展提升题1：已知一个DNA分子中有4000个碱基对，其中腺嘌呤有1800个，这个DNA分子中应含有多少胞嘧啶？碱基对的问题，也是DNA精确复制等问题的关键所在。通过思考和展示，学生会灵活运用碱基互补配对原则。

让每组学生展示自己制作模型的DNA序列，学生得出结论：DNA具有多样性。小组合作做拓展提升题2：在生物体内，一个最短DNA分子大约有4000个碱基对。请计算由4000个碱基对组成的DNA分子有多少种？这题较难，教师指导方法，学生推导出公式，最后得出结论。

3.2.7合作探究五：阅读课后研究前两段，这则材料说明什么？学生得出DNA具有特异性。

3.2.8合作探究六：DNA怎样成螺旋状？资料：X晶体衍射数据分析得出DNA螺旋周期性为3.4nm。学生发挥空间想象力，展示对螺旋结构的理解。最后教师展示模型。

3.3课堂小结。学生讨论展示本节重点是：①DNA的结构特点；②DNA的特性——多样性、特异性。

3.4学后反思。

1962年，沃森和克里克及威尔金斯因发现DNA双螺旋结构作出的卓越贡献而荣获诺贝尔生理学奖。DNA结构的发现涉及哪些学科的知识和方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？沃森和克里克默契配合，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？教师引导，学生根据自己的知识背景畅所欲言。

4.课后延伸

查阅资料：DNA双螺旋空间结构？DNA指纹技术？

5.教学反思

本节课教学中，通过提问、呈现实验资料，在不断思考和修改的过程中逐步总结出DNA的结构特点。在学生自己制作DNA结构模型的环节中，不但及时进行反馈，而且通过确定碱基序列，认识到序列的千变万化及其原因。通过学生展示对拓展提升题的理解，检验对所学知识的灵活运用。本节课的整体教学过程可培养学生的合作探究能力，学进去、讲出来的能力，以及科学的逻辑思维能力。

参考文献：

[1]詹姆斯·沃森.双螺旋——发现DNA结构的故事.北京：化学工业出版社，2009.

[2]王慧君，王桂秀.HPS教育及对我国科学教育改革的启示.河南职业技术师范学院学报，2008（3）：69-71.