馮潔

摘 要： 文章就如何將沃森和克里克研究發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程，轉(zhuǎn)化為學(xué)生合作探究、動手制作模型、學(xué)進去講出來的過程展開論述。

關(guān)鍵詞： DNA分子的結(jié)構(gòu) 教學(xué)設(shè)計 構(gòu)建模型 合作探究

1.教材分析

“DNA的結(jié)構(gòu)”是蘇教版高中生物學(xué)教材必修2《遺傳和進化》第4章第2節(jié)“DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制”中第一課時的內(nèi)容。DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)史上的經(jīng)典，科學(xué)家在探索DNA結(jié)構(gòu)中的許多思路和方法都是中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中進行探究性教學(xué)的理想素材，更重要的是通過對DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，可以使學(xué)生對DNA的結(jié)構(gòu)有比較深入的理解。

2.教學(xué)目標

2.1知識目標。

概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點。

2.2能力目標。

制作DNA結(jié)構(gòu)模型，培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性和嚴謹性。

2.3情感態(tài)度與價值觀目標。

通過合作制作DNA結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生體會科學(xué)家合作交流、創(chuàng)新思維的過程。

3.教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。資料1：呈示“9·11”事件的畫面。為什么檢測DNA就可以確定遇難者的身份？說明DNA具有什么特性？資料2：當(dāng)前，一種“生命的條形碼”計劃正在歐美等國家展開，其目的是實現(xiàn)對地球現(xiàn)存的870萬物種進行快速而準確的鑒定。到目前為止，“生命條形碼數(shù)據(jù)系統(tǒng)”數(shù)據(jù)庫擁有來自55000種生物的737166萬個DNA條形碼。說明DNA具有什么特性？從而引入本節(jié)課的內(nèi)容。這節(jié)課沿著這些科學(xué)家們的思維軌跡，探索DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)歷程。

3.2合作探究與學(xué)進去、講出來。

3.2.1溫故知新：沃森和克里克開始研究DNA時，科學(xué)界對DNA已有的認識有哪些？資料：1.DNA的基本組成單位，怎樣連接成脫氧核苷酸鏈？2.1952年，富蘭克林拍攝X射線衍射圖譜：①分子直徑為2nm；②DNA結(jié)構(gòu)的螺旋周期性。在復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)后，讓學(xué)生闡述對這些知識的理解，其他學(xué)生完善，最后教師點評。

3.2.2合作探究一：DNA有幾條鏈？DNA單鏈直徑<2nm，據(jù)此推測DNA不是單鏈；X衍射圖譜數(shù)據(jù)分析，結(jié)論為雙螺旋或三螺旋；正常的DNA含水量是三螺旋模型的十多倍，推測出應(yīng)是雙螺旋。這部分內(nèi)容，所用的實驗數(shù)據(jù)由教師提供，學(xué)生得出結(jié)論。

3.2.3合作探究二：雙鏈之間怎樣相互作用？有幾種可能？給出單鏈的模式圖，讓學(xué)生畫DNA雙鏈幾種可能的排布方式。然后呈示資料：研究發(fā)現(xiàn)，堿基具有疏水性，而磷酸和五碳糖具有親水性，但是DNA處在怎樣的環(huán)境呢？結(jié)合膜的磷脂分子排布，考慮雙鏈怎樣排布？進行知識遷移，學(xué)生得出結(jié)論：堿基在內(nèi)側(cè)。

3.2.4合作探究三：堿基配對有幾種可能？寫出堿基配對有幾種可能？根據(jù)學(xué)生寫出的配對情況，（課前每組用易拉罐、細鐵絲制作好若干4種脫氧核苷酸模型。）指導(dǎo)學(xué)生利用手中的材料組合一個相同堿基配對的DNA平面結(jié)構(gòu)，討論這些模型是否合理。學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)，這種DNA結(jié)構(gòu)凹凸不平，不符合直徑為2nm這個條件，排除同型配對的可能。

3.2.5合作探究三：是不同堿基之間相互作用？資料：奧地利生物化學(xué)家查哥夫報道了他對來自人、豬等不同生物的DNA分析結(jié)果，學(xué)生觀察實驗數(shù)據(jù)，于是得出結(jié)論：A與T配對，C與G配對。

3.2.6合作探究四：小組合作制作DNA模型。教師巡視，給予必要的幫助和點評，展示學(xué)生的DNA模型，總結(jié)結(jié)構(gòu)特點，教師點評。小組合作做拓展提升題1：已知一個DNA分子中有4000個堿基對，其中腺嘌呤有1800個，這個DNA分子中應(yīng)含有多少胞嘧啶？堿基對的問題，也是DNA精確復(fù)制等問題的關(guān)鍵所在。通過思考和展示，學(xué)生會靈活運用堿基互補配對原則。

讓每組學(xué)生展示自己制作模型的DNA序列，學(xué)生得出結(jié)論：DNA具有多樣性。小組合作做拓展提升題2：在生物體內(nèi)，一個最短DNA分子大約有4000個堿基對。請計算由4000個堿基對組成的DNA分子有多少種？這題較難，教師指導(dǎo)方法，學(xué)生推導(dǎo)出公式，最后得出結(jié)論。

3.2.7合作探究五：閱讀課后研究前兩段，這則材料說明什么？學(xué)生得出DNA具有特異性。

3.2.8合作探究六：DNA怎樣成螺旋狀？資料：X晶體衍射數(shù)據(jù)分析得出DNA螺旋周期性為3.4nm。學(xué)生發(fā)揮空間想象力，展示對螺旋結(jié)構(gòu)的理解。最后教師展示模型。

3.3課堂小結(jié)。學(xué)生討論展示本節(jié)重點是：①DNA的結(jié)構(gòu)特點；②DNA的特性——多樣性、特異性。

3.4學(xué)后反思。

1962年，沃森和克里克及威爾金斯因發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)作出的卓越貢獻而榮獲諾貝爾生理學(xué)獎。DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)涉及哪些學(xué)科的知識和方法？這對你理解生物科學(xué)的發(fā)展有什么啟示？沃森和克里克默契配合，作為科學(xué)家合作研究的典范，在科學(xué)界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你哪些啟示？教師引導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)自己的知識背景暢所欲言。

4.課后延伸

查閱資料：DNA雙螺旋空間結(jié)構(gòu)？DNA指紋技術(shù)？

5.教學(xué)反思

本節(jié)課教學(xué)中，通過提問、呈現(xiàn)實驗資料，在不斷思考和修改的過程中逐步總結(jié)出DNA的結(jié)構(gòu)特點。在學(xué)生自己制作DNA結(jié)構(gòu)模型的環(huán)節(jié)中，不但及時進行反饋，而且通過確定堿基序列，認識到序列的千變?nèi)f化及其原因。通過學(xué)生展示對拓展提升題的理解，檢驗對所學(xué)知識的靈活運用。本節(jié)課的整體教學(xué)過程可培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力，學(xué)進去、講出來的能力，以及科學(xué)的邏輯思維能力。

參考文獻：

[1]詹姆斯·沃森.雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]王慧君，王桂秀.HPS教育及對我國科學(xué)教育改革的啟示.河南職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2008（3）：69-71.