《DNA的分子结构和特点》教学设计

何志

创新整合点

课前使用了希沃多媒体交互白板工具EasiNote制作教学课件，将构建DNA分子模型所需的关键信息呈现在课件中。课中使用了SeewoLink软件移动展台，呈现学生所遇到的问题，并用批注、放大镜、拖拽等功能进行实时探讨，实现移动授课，突破了DNA分子模型建构的重点。最后，运用EasiNote软件中的“思维轴”功能将学生的学习成果串联呈现，巩固理解，培养学生使用“模型法”进行科学研究的意识。

教材分析

本课内容包括DNA的分子组成、DNA双螺旋结构模型的要点、制作DNA双螺旋结构模型三部分，其内容阐述了基因的本质，属于“遗传的分子基础”部分的核心内容。

学情分析

为了分析学生的知识基础、初始能力和学习态度，我们选取3个平行班的优、中、学困生各5人（共45人），在课前借助QQ聊天工具进行师生交流，他们有许多来自身心发育、生活体验和社会感受的生物学问题急需解决。因此，学生的学习动机是积极的，学习兴趣是浓厚的。

教学目标

知识与技能目标：说出DNA分子的结构层次，阐明DNA双螺旋结构模型的基本要点，对DNA分子结构的稳定性、种类的多样性和物种的特异性做出科学解释。

过程与方法目标：利用提供的材料和信息，参与制作DNA分子双螺旋结构模型，习得模型建构的基本方法；利用模型的形象化和直观性，加深对DNA双螺旋结构模型基本要点的理解和认识。

情感态度与价值观目标：体验“模型法”在生物学研究中的作用；认同科学的发展离不开科学家们的坚持不懈的努力，感悟科学研究中蕴含的科学思想和科学态度；领悟DNA分子双螺旋结构模型的重要价值。

教学过程

1.新闻信息，设疑导入

在教学的起始，教师向学生介绍上海公安部门在国内创立的第一个“法庭科学DNA数据库”，仅在2013年就利用该数据库侦破各类案件1500多起，其准确率为100%。那么，DNA刑侦鉴定为什么如此神奇呢？这个问题的谜底在于DNA分子的结构与功能。由此导入“DAN的分子结构和特点”的教学。

2.史料交流，初识DNA

课前布置小组作业，搜集有关DNA分子结构研究的资料，将其发现过程中的重要人物和事件制成PPT课件，用于课堂上小组交流。请学生代表用讲故事的形式，介绍鲍林、威尔金斯、富兰克林、沃森和克里克等科学家在DNA研究历程上做出的重要贡献。

3.制作模型，解析结构

（1）探索DNA化学组分

借助投影呈现科赛尔的研究结果图，引导学生识图说出DNA的组成元素、基本组成物质和基本结构单位。由于学生曾经在“细胞的分子组成”一章中初步学习了核酸的结构与功能，所以不难回忆起上述知识。但是，他们难以阐明磷酸、脱氧核糖和含氮碱基是怎样构成单体（单核苷酸）的，因而在制作DNA分子结构模型时，学生对三种基本组成物质之间的连接关系感到茫然。

为了化解上述难点，教师先用电子白板呈现脱氧核苷酸分子式，利用电子白板课件标注其五个碳原子的位置并编号。然后，结合图1依次阐明磷酸基团与脱氧核糖之间，以及脱氧核糖与含氮碱基的连接位置。最后，让学生依据含氮碱基的种类与名称的不同，分别表述4种脱氧核苷酸的名称，从而为制作DNA双螺旋结构模型打下必要的知识基础。

（2）初识DNA双螺旋结构模型

在实施过程中，将学生的操作活动依次分为点、线、面、体四个基本步骤。

第一步，每组的2名学生参照脱氧核苷酸的结构式，利用实验台上的三种不同形状的纸片各15张（如图2），将构建的4种脱氧核苷酸粘贴在一张白纸上，用铅笔画出化学键，并写出中文名称。学生活动时，教师巡视并展示学生活动的进度及成品。与此同时，针对发现的问题及时向学生提出质疑。最后，借助投影展示同学们制作的4种脱氧核苷酸模型。

第二步，由点连线，引导学生构建脱氧核苷酸单链。教学时，先向学生介绍富兰克林的研究成果，然后，启发学生根据上述资料提供的信息，参照大屏上显示的两个相邻的脱氧核苷酸排列状况，在相应位置上用短线连接，进而向学生阐明磷酸二酯键的概念内涵。最后，督促小组成员合作构建由6个脱氧核苷酸聚合而成的核苷酸单链，并粘贴在一张白纸上。

第三步，由线到面，引导学生构建DNA双链的平面模型。学生活动的顺序是让前后座位的两组合拼为一组，将他们粘贴的两条多核苷酸单链，并列摆放在同一张白纸上，两条DNA单链呈平行状。教师巡视中发现学生摆放的两条单链有三种平行方式（如图3），究竟哪种平行排列方式符合客观事实呢？请学生识别课本中呈示的DNA分子的平面结构图，初次识图引导学生明确3个问题：①确认DNA双链平行排列的方式，②判断两条链呈反向平行关系，③明确由磷酸-脱氧核糖交互排列而成的主链排列在外侧，含氮碱基则位于内侧。这样既为进一步探索DNA双螺旋结构做好铺垫，也为学生继续制作DNA分子结构模型扫清障碍。

学生在继续制作模型的过程中会提出疑问，两条DNA长链上的脱氧核糖与磷酸和排列在内侧的含氮碱基之间存在着怎样的关系？这涉及到碱基对的构成方式。因此，教师先向学生介绍著名生物化学家查戈夫研究DNA化学组分获得的实验数据，以及多纳休研究含氮碱基之间通过氢键连接的方式。

学生一旦明确DNA分子结构中4种含氮碱基的数量关系为A=T，C=G及AT之间通过2个氢键相连，CG之间通过3个氢键相连，他们就能够迅速地写出两条主链上对应碱基的符号，并画出对应碱基之间的氢键数目，从而完成碱基互补配对的建模步骤。

第四步，由面到体，引导学生归纳DNA双螺旋结构模型的要点。为了进一步探索DNA双螺旋结构的特点，教师组织学生阅读课文，边识图边思考如何解释“规则地盘绕成双螺旋结构”的命题。最后，师生共同以表格形式概括DNA双螺旋结构（物理）模型的基本要点。

4.模型分析，理解特性

结构是功能的基础，功能是结构的运动形式。学生初识DNA分子结构以后，应鼓励他们运用DNA双螺旋结构模型的要点，对其稳定性、多样性和特异性做出尝试性解释。

教学时，教师首先引导学生先从主链构成方式、排列位置及其动态特征入手，理解DNA主链的牢固性对其结构稳定具有重要作用。然后，利用学生已有的化学知识，说明碱基对之间的大量氢键维系着DNA空间构象，碱基对平面之间的范德华力对空间构象具有加固作用。接着，帮助学生理解蛋白质分子的多样性和特异性，并引导学生以蛋白质为参照，用概念同化的方式尝试解释DNA的多样性和特异性。最后，用典型例证帮助学生加深理解DNA多样性和特异性的原因。

教学反思

1.学情分析是活力课堂的根本

提高课堂教学的效益和质量是教育追求的永恒主题，而只有真切地了解学情，“以学定教”才能够保证这不是一句空话。本节课采用访谈的方法展开学情调查，准确地了解了学生现有的知识水平、兴趣点和疑问点。教师从学生感兴趣的DNA鉴定出发引入课题，使其对整节课充满期待。另外，针对学生学习动力和兴趣不高的学习内容，采取小组活动的形式，自主构建DNA的模型。学生动手动脑，不仅避免了瞌睡、走神的现象，而且提高了学习兴趣，活力课堂不再是神话。

2.“模型构建”为活力课堂增光

模型构建是自然科学常用的一种研究方法。本节课的教学设计遵循学生认识事物的一般规律，教师引导学生从“基本单位—单链结构—平面结构—空间结构”进行建构，培养他们在尊重事实、遵循逻辑的基础上进行科学探究，进而不断地激发了学生的学习兴趣，引导他们积极主动地完成了预期的学习目标。

设想总是好的，实施中却有各种问题出现，而正是有了这些问题，教师和学生解决问题的思想认识才会上一个台阶。

问题1：含氮碱基均为蓝色纸片，怎么能构建4种脱氧核苷酸？（学生经过思考立刻知道可以自己标上相应字母来代替）

问题2：某学习小组的半成品出现的问题是将磷酸基团与脱氧核糖上的氧原子连接，这是教师没有料想到的。（通过移动展台展示后，立刻有学生指出问题，并修改。虽然这个问题看似低级，可正是由于这种错误的经历，学生才会有更深刻的理解）

问题3：前后两组学生合作构建双链DNA平面模型时出现了三种不同的结果，有学生悄悄询问教师，哪种是正解的？（教师没有直接回答，只是呈现科学研究的材料，并引导学生分析得出正确的结论。这里没有生硬的灌输，只是静静地呈现资料让他们的脑袋发动起来去探寻正确的结论）

整个课堂真的是令人意外，教师课前甚至担心学生会摆不出所需要的正确模型，可意外的是所设想的三种摆模型的情况均出现，更有了思维碰撞。并且一改传统课堂中的瞌睡、走神、无趣的情形，学生们用心在做、在体验、在经历，在展示自己的成果。因此，要焕发课堂的生命力需要教师去转变，课堂中巧妙地设计思想的碰撞才能让学生变得有活力。

3.信息技术为活力课堂添彩

课前运用希沃多媒体交互白板工具EasiNote制作教学课件，将构建DNA分子模型所需的关键信息呈现在课件中，不仅使冰冷的科学史资料焕发出新的活力，而且呈现了科学研究过程中物理、化学、数学研究的重大突破。这使学生深刻地感受到了科学探索的艰辛，体会到了科学家严谨的科学态度和持之以恒的科学精神。

课上，教师运用SeewoLink软件的移动展台实时展示了学生的研究成果，并在不打扰他们研究学习的同时呈现其所遇到的问题，如磷酸基团与脱氧核糖的位置、脱氧核苷酸之间的连接、脱氧核苷酸链之间连接的方式等。同时，教师使用批注、放大镜、拖拽等功能引发实时探讨，在互动中解决教学难点，突破DNA分子的模型建构的重点。最后，教师使用EasiNote软件中的小工具“思维轴”将学生学习活动过程中的研究成果串联呈现，梳理研究过程，强化理解模型建构法，从而培养学生积极使用科学研究方法的意识。