許寶雁 鄭香梅

(河北省秦皇島市第一中學 066000)

1 教材分析及設計思路

“DNA分子的結構”是人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第三章第二節(jié)的內容，本節(jié)包括DNA分子雙螺旋結構模型的建構歷程、DNA分子的結構以及制作DNA雙螺旋結構模型三部分內容。教學重點是DNA分子結構的主要特點、制作DNA分子雙螺旋結構模型。教學難點是DNA分子結構的主要特點。本節(jié)內容是本冊教材承前啟后的重要內容：只有明確了DNA分子的結構，才能明確DNA為什么相對穩(wěn)定、DNA復制的機理、DNA如何指導蛋白質的合成、如何變異等。本節(jié)內容也是第4章基因的表達、第5章基因突變及其他變異的學習基礎。

DNA分子雙螺旋結構模型的建構歷程在教材中有比較詳細的介紹，筆者認為教學中要體現教材的設計意圖，即讓學生體驗模型建構的方法，了解在生物學的研究中需要多學科知識的綜合運用、需要科學思維方法和科學研究方法。

2 教學目標

2.1 知識目標 通過分析DNA雙螺旋結構模型，歸納DNA分子結構的主要特點。

2.2 能力目標 通過分析和制作DNA雙螺旋結構模型，培養(yǎng)觀察分析能力、動手操作能力和空間想象能力；通過分析歸納DNA分子結構的主要特點，培養(yǎng)分析概括能力。

2.3 情感態(tài)度和價值觀目標 認同多學科知識的綜合應用，認同前人的成果和與人合作在生物科學研究中的重要性；明確科學探索需要嚴謹的科學態(tài)度和鍥而不舍的科學精神。

3 教學過程

3.1 設疑激趣，引出課題 展示2001年美國紐約911恐怖襲擊事件的圖片，由于爆炸造成大量人員傷亡并且遺體遭到嚴重破壞，以至于身份無法辨認，請同學們聯(lián)系所學知識思考用什么方法解決。投影展示薩達姆不同時期照片，提問美國軍方如何判斷逮捕的薩達姆是真是假？由此激發(fā)學生的學習興趣，并設疑引題“為什么DNA的鑒定能確定一個人的身份？DNA的分子結構是怎樣的？”激發(fā)學生學習DNA分子結構的相關知識、運用知識解決問題的好奇心。

3.2 溫故知新，建構DNA基本單位——脫氧核苷酸 復習提問DNA的基本單位——脫氧核苷酸的組成，通過分析脫氧核苷酸的結構式，使學生理解脫氧核糖1、3、5號碳位的特點，為將要進行的DNA分子模型制作做準備。

對照模型組分(圖1)介紹模型構件和需要注意的事項。所用模型為球棍插接模型，強調：大球代表脫氧核糖，S面朝上，右側大孔為1碳位，左上方小孔為5碳位，左下方小孔為3碳位(脫氧核糖碳位必須標記清楚)，小白球表示磷酸，四種堿基分別用不同形狀結構表示，有字一面朝上，白色細棍代表連接各組分的化學鍵。

要求小組內每位學生至少構建兩個脫氧核苷酸模型。然后組內展示所制作的模型，教師巡視并及時糾錯。

3.3 小組合作，建構DNA單鏈——脫氧核苷酸長鏈 教師展示兩個脫氧核苷酸的結構式，提示：磷酸基團很容易與脫氧核糖上的羥基反應，讓學生分析基本單位之間的連接方式。即前一個脫氧核苷酸3碳位的-OH與后一個脫氧核苷酸磷酸基的-OH脫去一分子

水后，形成化學鍵連接起來。教師要求每個小組利用剛才完成的脫氧核苷酸模型，連接1條脫氧核苷酸單鏈。各小組展示成果，師生共同評價，對連接錯誤及時糾正，各組得到正確脫氧核苷酸單鏈。并通過觀察，認同磷酸與脫氧核糖的交替排列方式。

3.4 多方探究，建構DNA平面結構 沃森和克里克分析威爾金斯、富蘭克林的DNA衍射圖譜得出DNA分子呈螺旋結構。他們嘗試多種雙螺旋和三螺旋，讓堿基位于外部，這種結構被否定。教師提問這種結構被否定的原因，引導學生分析不同的化學基團的親、疏水性，學生分析得出：含氮堿基為疏水部分，磷酸和五碳糖為親水部分，應該親水部分在外，疏水部分在內。沃森和克里克建構磷酸和脫氧核糖在外、堿基在內部的雙螺旋，但A與A配對、T與T配對(同型堿基配對)，又被化學家否定。提問為什么被否定？教師投影給出1952年奧地利生物化學家查哥夫的研究結論：幾乎所有的DNA,無論種屬來源如何，其腺嘌呤摩爾含量與胸腺嘧啶摩爾含量相同，即A=T,鳥嘌呤摩爾含量與胞嘧啶摩爾含量相同，即G=C，總的嘌呤摩爾含量與總的嘧啶摩爾含量相同，即A+G =T+C。再展示美國化學家多諾休提供的正確的A、T、G、C四種堿基分子結構圖，學生明白了A、G為雙環(huán)結構，T、C為單環(huán)結構，同型配對得到的DNA模型不規(guī)則。

沃森和克里克參照查哥夫和多諾休的研究成果建構新的DNA模型，發(fā)現A-T堿基對與G-C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子呈規(guī)則的雙鏈結構，具有穩(wěn)定的直徑，提出A與T、G、C配對的堿基互補配對原則，堿基間以氫鍵相連。分析清楚后要求各小組學生利用已做好的脫氧核苷酸單鏈建構DNA分子的雙鏈平面結構模型，強調要讓兩條鏈中的堿基處于雙螺旋內側，且脫氧核糖必須S面朝上3碳位與5碳位才正確，教師巡視，及時發(fā)現各小組制作中存在的問題，通過展示有不同錯誤的模型，師生共同評析，達成正確共識。此時的DNA雙鏈結構模型構建最關鍵的是堿基互補配對和兩條鏈反向平行，尤其是兩條鏈反向平行，由于教師一再強調脫氧核糖的碳位，學生制作的兩條脫氧核苷酸單鏈必須反向平行才能連接起來，克服了教材平面圖難以理解的缺點。

3.5 建構空間模型，明確DNA空間結構 教師指導學生左手在下、右手在上拿好DNA分子的雙鏈平面結構模型，向右旋轉一定角度，形成螺旋，構成空間結構。然后教師展示DNA分子結構教學模型，指導學生觀察，對照模型強調雙螺旋的外側和內側結構。

至此，DNA大分子的結構從“點(脫氧核苷酸)”到“線(脫氧核苷酸單鏈)”到“面(雙鏈DNA)”再到“體”(雙螺旋結構)，就被完全建構起來。學生通過制作、觀察和對比，對DNA分子的結構形成了深刻的感性認識。

教師強調沃森和克里克建構的DNA雙螺旋結構模型最終被認可，是因為這一模型與原型——DNA結晶的X射線衍射圖相符。

3.6 分析模型，總結DNA雙螺旋結構的特點 教師指導學生觀察DNA分子的結構模型，討論以下問題：①DNA分子是由兩條________的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的。②DNA分子中的________和________交替連接，排列在外側，構成基本骨架；________排列在內側。③兩條鏈上的堿基通過________連結起來，形成________，且遵循________原則。

學生分析模型進行回答，教師點評、補充。此過程中學生學會了應用模型分析推導結論的方法。

3.7 利用模型，探究DNA分子特性 教師指導學生對比各組模型的異同點并分析遺傳信息的含義。同時解決本節(jié)課開始的問題：為什么進行DNA鑒定能確定一個人的身份。學生通過對比，得出各小組模型的差異就在于堿基的排列順序不同，從而明確遺傳信息是指DNA中堿基的排列順序。每個人體內DNA的堿基排列順序體現著他的遺傳信息。

學生通過對比各小組模型堿基排列順序的差異，分析可知當DNA的堿基數目成千上萬以致幾十萬時，DNA堿基的排列順序是千變萬化的，由此得出DNA分子具有多樣性的特點。觀察每一小組制作的DNA模型，學生可以理解每個DNA分子都有獨特的堿基排列順序，即DNA分子具有特異性。

3.8 詩歌小結，精煉概括 教學最后通過一首詩總結本節(jié)知識?！蔼毺仉p鏈螺旋，極性反向平行，堿基互補配對，排列方式無窮。”由此培養(yǎng)學生歸納、概括能力，同時加深記憶。

4 教學反思

本節(jié)教學以構建“基本單位—單鏈—平面雙鏈—立體空間結構”模型逐步深入：模型在本節(jié)課中不僅是教具，更是學生分析和思考的素材。以DNA模型為依托，培養(yǎng)了學生的動手能力和空間想象能力。知識間以問題串銜接，環(huán)環(huán)相扣，學生在教師的引導下，主動參與探究過程，在課堂中既動手又動腦，體驗模型建構的科學研究方法，全方位調動感觀，使抽象知識具體化，提高了課堂效率。