2023学年完整版《DNA的结构》设计

《DNA的结构》教学设计一、教学目的：1、概述DNA分子结构的主要特点。2、交流课题研究中搜集的分子结构模型建立过程的相关资料，体验建立DNA双螺旋结构模型的艰辛与曲折，体验科学家的奉献精神，形成勇于创新的科学态度与为科学献身的精神。3、在尝试模拟制作基础上，结合资料分析DNA双螺旋结构模型的科学性，反思建模过程，体会建模的思想，提高建模能力。二、教学重难点：1、教学重点：DNA的双螺旋结构及其特点的分析2、教学难点：制作DNA结构模型掌握DNA分子的双螺旋结构的特点三、课时安排1个课时四、教学过程：[导入]同学们请看大屏幕：课件展示：（凶杀案图片）这不只是一个故事------一起凶杀案，案情扑朔迷离，犯罪嫌疑人却提供了不在现场的证据。这时法医在现场找到了留在被害人指甲中的一些皮肤组织，想一想你应该如何破案？（学生回答）从皮肤细胞中提取到DNA，利用DNA鉴定技术协助破案。对，DNA鉴定技术现已成为警察破案的得力助手。那么为什么DNA可以作为破案的依据呢？从上节课的学习我们知道，DNA是人体的遗传物质，同一个人的不同细胞中DNA都是相同的，不同人的DNA则是不同的，这些都与DNA的分子结构有关。这节课就让我们共同来学习第2节DNA的分子结构。（课件展示）[新课]自从认识到DNA是遗传物质以后，人们就开始了对它的深入研究，到20世纪中期，人们已经了解了DNA的化学组成。请同学们回顾必修1，组成DNA分子的基本组成单位是什么？（脱氧核糖核苷酸）一、DNA的基本组成单位（课件展示）脱氧核糖核苷酸结构示意图师生交流：一分子脱氧核糖核苷酸又是由哪三部分构成：（①磷酸、②脱氧核糖、③含氮碱基）好，下面请同学们在桌子上的实验材料中找出脱氧核糖核苷酸模型，看看你能找到几种类型，它们之间有什么区别？（学生回答）4种类型，只在碱基上有区别，有A、G、C、T四种。下面给同学们2分钟时间，请对照课本识记4种碱基和脱氧核糖核苷酸的名称。检查提问：好，哪位同学能说一下四种脱氧核糖核苷酸的名称？请学生拿起模型回答。（课件展示）很好。脱氧核糖核苷酸共有4种碱基，模型中较长一些的代表的是腺嘌呤和鸟嘌呤两种碱基，这是因为它们具有双环结构，较短一些的是胞嘧啶和胸腺嘧啶两种碱基，二者是单环结构。这4种类型的脱氧核糖核苷酸仅在碱基上有所差别，所以我们可以根据碱基为其命名。如果把脱氧核糖核苷酸和RNA的基本组成单位核糖核苷酸相比，二者有什么区别呢？（课件展示）脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸结构图，分析区别：学生回答。五碳糖不同(脱氧核糖和核糖)；碱基的差别（根据课件显示，比较四种脱氧核糖核苷酸和四种核糖核苷酸），引导学生找出尿嘧啶与胸腺嘧啶的区别，并请学生推理说出尿嘧啶核糖核苷酸的名称。过渡：这四种核糖核苷酸是RNA的基本组成单位，而这四种脱氧核糖核苷酸是DNA的基本组成单位，那么四种脱氧核糖核苷酸是怎样构成DNA-----这一具有复杂空间结构的生物大分子的呢。它又是具有什么样的结构特点能使其与作为生物的遗传物质相适应呢？下面我们就来一起探索DNA分子的结构——（8分钟）二、DNA双螺旋结构DNA分子的结构是怎样的呢？在上个世纪这一具有伟大科学价值的研究课题吸引了全世界各国科学家的目光。为揭开这一重要生命物质的神秘面纱，科学家们展开了探索DNA结构的竞赛。大家知道是谁率先摘取了这一科学界的桂冠吗？（学生回答沃森和克里克，课件展示图片）对，当时沃森还很年轻，还只是一个刚刚走出校门不久的大学生，而克里克当时也是一个很不得志的物理学家。那时候有很多来自世界各国的大科学家都在研究这个课题，许多专家并不看好这对组合，甚至嘲笑他们研究条件的简陋。但就是这两个“小人物”面对嘲笑毫不气馁，他们广泛收集信息，认真分析了鲍林、查伽马、维尔金斯和弗兰克林等科学家们的研究成果，并采用了建立模型的方法进行研究。终于在1953年4月25日，英国著名的科学杂志——《自然》上发表了沃森、克里克的一篇优美精炼的短文，宣告了DNA分子双螺旋结构模型的诞生，沃森和克里克的成果震惊了整个科学界！DNA双螺旋结构模型的诞生，完美地解释了DNA在遗传、生化和结构上的主要特征，标志着生物学的历史开始从细胞阶段进入了分子阶段。正是由于这一划时代的贡献，沃森、克里克获得了1962年度诺贝尔医学和生理学奖。回首这段历史，沃森和克里克的成功给我们留下了哪些启示呢？请学生回答：课件展示，教师总结。1、创新思维是成功者必备的素质，要敢于向权威挑战。2、要善于吸收别人的成果,博采众家之长。3、要有合作探究的意识。4、要选择科学的研究方法。（对，创新的思维、虚心吸收别人的成果、合作意识和科学的研究方法使他们走向成功！）想想当时沃森和克里克，在嘲笑声中用铁皮和铁丝构建了世界上第一个DNA分子模型，揭开了DNA分子结构的神秘面纱。那么现在的同学们，你们是未来的大学生，比沃森更年轻，你们能不能也依据学案上提供的这些信息，利用更普通的泡沫、牙签等材料，象沃森和克里克那样创造性地来构建起DNA分子结构的模型呢？同学们有没有信心？（有）展示材料，教师说明：好，除了刚才看到的脱氧核糖核苷酸模型以外，注意氢键、磷酸二酯键的替代品，有关这两种键的作用请大家注意看学案。下面就请同学们以小组为单位，首先仔细分析学案上所提供的信息，然后利用所提供的材料来构建一个DNA分子平面结构模型——学生操作，教师巡视：各组操作情况，掌握主要问题，分清类型，适时安排。（大约控制在10分钟左右）好，现在各组的构建工作已经基本结束。请同学们根据学案上的资料，分析模型和刚才的操作过程，分析总结一下DNA分子的结构特点，各组中心发言人准备发言。师生交流总结DNA分子结构特点：（下面请同学们说一说在你构建模型时你发现了DNA分子具有哪些特点？）其实也就是你们在构建模型时都注意了哪些要点？又是从哪些材料中得到了启示？教师点有代表性的几组发言，相互补充教师注意提问原由：如为什么将A与T，C与G相配对等等。看起来有的组做的不错，还有的组出现了点小问题，请注意修正。我们现在制作的是DNA分子的平面结构，而实际上DNA分子是规则的双螺旋结构，那么DNA分子是如何螺旋的，又具有什么特点呢？（发放DNA分子双螺旋结构模型）好，下面请同学们结合其它各组的模型和发言，对照所发标准模型，对本组模型进行再修正和进一步的分析。好，请开始-----从平面结构到立体结构，DNA分子又具有怎样的特点？请各组试做总结发言------（请学生再试着回答）教师课件总结DNA分子结构特点。指导学生阅读课本，并结合DNA双螺旋结构模型逐句理解DNA分子结构特点。①首先是DNA分子含有两条脱氧核糖核苷酸链，两条链按照反向平行方向并向右盘绕成双螺旋。（螺旋直径为2.0nm，螺距为3.4nm，每个螺距有10个碱基对，两个相邻碱基对平面的垂直距离为0.34nm）②结构的外侧是由脱氧核糖和磷酸通过磷酸二酯键交互连接而成的长链，构成DNA分子的骨架；碱基位于双螺旋结构内侧，遵循碱基互补配对原则形成碱基对，即A与T配对，G与C配对，A与T间二个氢键相连，G与C间三个氢键相连。好，我们继续来看：进一步探究：（教师选几组学生成果在前面展示）我们各组做的都是由6对脱氧核糖核苷酸组成的DNA分子，可是大家观察一下我们做的DNA分子都一样吗？（什么区别？---碱基对的顺序不同，即所包含的遗传信息不一样）碱基对的排列顺序不同，就说明DNA分子中所包含的遗传信息是不同的。（课件展示）同学们分析，每个碱基对的位置最多能有几种碱基对情况，那么6个碱基对的DNA分子碱基排列顺序最有多少种？进一步归纳4n种。我们知道最小的DNA也要有4000对以上的脱氧核糖核苷酸构成，由此可见DNA具有什么特点？（多样性）对于每一个生物个体来说，它的DNA分子又有其特定的碱基排列顺序，这就又构成了个体DNA分子的特异性。右手双螺旋结构对DNA分子的稳定性起到重要的作用。（课件显示）从对DNA分子的结构的分析上我们可以看到DNA分子具有多样性、特异性和稳定性，所以DNA分子从理论上也具备作为遗传物质的条件，这也是DNA分子作为遗传物质的间接证据。DNA结构之迷的突破不仅在理论研究上开启了一扇门户，而且在实际生活中也迅速有了广泛的应用。同学们能举出一些例子来吗？学生举例，师扩展：（课件显示图片）像前面提到的DNA分子鉴定技术在刑事侦破上的应用要比传统的指纹鉴定更加准确方便，另外它还在血亲鉴定、遇难尸体辨认和身份识别上有了广泛的应用。基因身份证的应用也大大减少了信息相同的机率。五、总结：DNA分子结构是完美的，它蕴藏着生命的无数奥秘，它饱含着人类对科学探索的艰辛。所以《自然》杂志上登过这样一段话：“没有什么分子像DNA那样动人。它让科学家着迷，给艺术家灵感，它向人类社会发出挑战。从任何意义说，它都是一种现代的标志