3.2DNA的结构教案--高一下学期生物人教版必修2

《DNA 的结构》教学设计一、教材分析本节内容为人教版生物学必修二《遗传与进化》第 3 章“基因的本质”的第 2 节“DNA的结构”。本节的标题是“DNA 的结构”，意在让学生通过本节的学习，能够概述 DNA 结构的主要特点。“问题探究”以坐落于北京中关村高科技园区的 DNA 雕塑为情境，意在启发学生思考：为什么 DNA 可以作为高科技的标志？在“DNA 双螺旋结构模型的构建”部分，教材在“思考·讨论”栏目中，通过讲故事的形式，以科学家沃森和克里克的研究历程为主线，还原了几位科学家构建 DNA 双螺旋结构模型的过程。让学生能够了解 DNA 双螺旋结构模型的基本结构的同时，也能从中领悟他们成功的原因。在“DNA 的结构”中，教材讲述了 DNA 结构的主要特点，解释了碱基互补配对原则，并展示了 DNA 的结构模式图，有助于学生理解 DNA的结构。此外，教材设置了“制作 DNA 双螺旋结构模型”的探究事件活动，以帮助学生理解较为抽象的 DNA 结构。二、学情分析学生在初中阶段已经学习了生物的遗传和变异，知道 DNA 是长链状的分子，呈螺旋形；在高中阶段学习《分子与细胞》模块后，知道核酸组成，了解氢键、碱基、核糖、磷酸等内容。虽然学生对 DNA 有所认识，但这种认识比较粗浅，仅停留在感性认识层面，对 DNA 的结构、碱基互补配对原则等问题尚不清楚；而且，学生的头脑中可能还存在一些错误概念。因此，学生对 DNA 的认识还是比较有限的。三、教学目标概述 DNA 结构的主要特点。通过了解 DNA 双螺旋结构模型构建的过程，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。制作 DNA 双螺旋结构模型。四、教学重点DNA 结构的主要特点。制作 DNA 双螺旋结构模型。五、教学难点DNA 结构的主要特点。六、教学流程（一）问题探讨展示北京中关村高科技园区的 DNA 雕塑图，并回顾 DNA 是生物体的主要遗传物质，结合结构与功能观，引出对 DNA 分子结构的探讨。（二）DNA 模型的构建已有认识：①DNA 分子是以 4 种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链；②4 种脱氧核苷酸分别含有 A、T、C、G 四种碱基。英国生物物理学家威尔金斯和富兰克林应用 X 射线衍射技术获得了 DNA 衍射图谱。美国生物学家沃森和英国物理学家克里克利用图谱数据推算 DNA 分子呈螺旋结构，并尝试搭建多种双螺旋和三螺旋结构模型，但都被否定。奥地利生物化学家查哥夫发现了碱基比例关系的规律——在 DNA 中，腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量。沃森和克里克由此推测，腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对。沃森和克里克构建 DNA 双螺旋结构模型——①双螺旋内部是碱基，外部是脱氧核糖—磷酸骨架；②A 与 T 配对，G 与 C 配对；③DNA 两条链的方向相反。并进行验证：①组成的 DNA 分子具有恒定的制定；②能解释 A、T、G、C 的数量关系；③模型与基于 X 射线衍射照片推算出的 DNA 双螺旋结构相符。沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》论文发表在《自然》杂志上。沃森、克里克和威尔金斯三人共同获得 1962 年诺贝尔生理学或医学奖。让学生分析并总结 DNA 的结构特点。（三）制作 DNA 双螺旋结构模型制作磷酸、脱氧核糖和碱基模型。分别用哪几种材料来代表这三种物质？制作脱氧和碳酸模型。磷酸、脱氧核糖和碱基是在什么部位相互连接的？由此回顾脱氧核苷酸的结构组成。制作脱氧核苷酸长链模型。脱氧核苷酸单链中，每个脱氧核苷酸之间是在什么部位相互连接的？由此引出脱氧核苷酸是通过磷酸二酯键连接起来的。制作脱氧核苷酸双链平面结构模型。如何体现两条链之间的互补配对？由此强调碱基互补配对原则。两条脱氧核苷酸链是如何反向平行的？结合高考送考师生击掌图，强调双链反向，并结合 5’端和 3’端分析两条链的方向，帮助学生理解反向的含义。两条脱氧核苷酸链之间靠什么结构连接？由此引出两条链相邻碱基是通过氢键连接，并提出碱基对这一名词。制作 DNA 双螺旋立体结构模型。DNA 螺旋方向是左手螺旋还是右手螺旋？结合教材中的 DNA 结构模型，引出 DNA 旋转方向是右手螺旋。（四）DNA 的结构回顾 DNA 双螺旋结构模型的构建构成，归纳并完善 DNA 的结构特点。DNA 分子是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。提问DNA 初步水解产物和彻底水解产物分别是什么？以此强化学生对DNA 结构的认识。（五）DNA 分子的特性稳定性。DNA 是如何保持结构稳定的？①碱基对之间的氢键维系 DNA 双链结构；②碱基对平面之间纵向的相互作用力进一步加固其稳定性；③螺旋化结构可增加稳定性。多样性。DNA 只含有 4 种脱氧核苷酸，它为什么能够储存足够量的遗传信息？①碱基对的排列顺序/碱基的排列顺序/脱氧核苷酸的排列顺序；②碱基对的数量/脱氧核苷酸的数量。特异性。介绍DNA 指纹技术，DNA 指纹技术用于鉴定时依赖于DNA 分子的什么特性？①不同生物 DNA 的碱基排列顺序不同；②某一特定的生物，其 DNA 分子中的碱基排列顺序是特定的。（六）练习与应用完成课后练习题“概念检测”第 2 题，以检测学生对 DNA 结构的掌握情况。完成课后练习题“概念检测”第 4 题，以检测学生对 DNA 反向平行的理解情况。完成课后练习题“概念检测”第 1 题，以检测学生对 DNA 中碱基数量和比例的基础掌握情况。完成课后练习题“概念检测”第 3 题，已检测学生对 DNA 中碱基数量和比例的迁移分析情况。（七）DNA 中碱基互补配对原则的有关计算在双链 DNA 分子中，互补的两个碱基有怎样的数量关系？不互补的两个碱基的数量之和有何特点？引导学生分析得出：在双链 DNA 分子中，①互补的两个碱基数量相等；②嘌呤数等于嘧啶数；③任意两个不互补碱基之和恒等，并为碱基总数的 50%。展示猪和牛不同器官中的(A+T)/(C+G)的比值数据。引导学生分析得出：①在 DNA 双链中，(A+T)/(C+G)一般不等于 1；②不同生物的 DNA 中(A+T)/(C+G)一般不同；③(A+T)/(C+G)能体现不同生物 DNA 的特异性。在双链 DNA 分子中，1 链上的四种碱基与 2 链上的四种碱基分别存在怎样的数量关系？引导学生分析得出：在双链 DNA 中，①两条链上互补碱基的数量相同；②A+T 或 C+G在全部碱基中所占的比例等于任意一条单链中 A+T 或 C+G 所占的比例。在双链 DNA 分子中，每条链或整个 DNA 分子的两对互补碱基间的比值有何特点？两对不互补碱基间的比值呢？引导学生分析得出：在双链 DNA 中，①配对碱基之和的比例都相等；②不配对的碱基之和的比例在两条单链中互为倒数。归纳双链DNA 中碱基的和数量和比例计算的通用方法是碱基互补配对原则和DNA 分子模式图，并用一道题目进行巩固训练。（八）核酸种类的判断通过题目引导学生利用“嘌呤碱基与嘧啶碱基含量不等”这一条件，分析核酸种类，从而推理和判断生物种类。回顾以前所学的通过五碳糖和碱基种类判断核酸种类的判断方法，并补充利用嘌呤数和嘧啶数的碱基比例这一判断方法。（九）课堂总结总结 DNA 双螺旋结构模型的构建者和构建依据。从元素组成、小分子、单体、平面结构和空间结构五个层次总结 DNA 双螺旋结构的特点。延伸：请根据 DNA 的结构特点，尝试推测 DNA 的复制方式。