高中生物學 人教版 必修2《基因的本質(zhì)》第3課時 DNA的結(jié)構(gòu)

第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)

1.教材分析

本節(jié)是2019年人教版高中生物學必修二《遺傳與進化》第3單元“基因的本質(zhì)”第2節(jié)內(nèi)容，第1節(jié)

通過實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)后，本節(jié)依據(jù)DNA的功能，提出探討DNA的結(jié)構(gòu)并闡明DNA分子的

結(jié)構(gòu)特點，為后面介紹DNA的復制、DNA指導蛋白質(zhì)的合成等內(nèi)容奠定基礎。

2.學情分析

經(jīng)過前面章節(jié)的學習，學生已經(jīng)知道脫氧核糖核甘酸的基本結(jié)構(gòu)以及磷酸、脫氧核糖、堿基的基本概

念，對DNA有一定了解。但是，學生磷酸二酯鍵掌握的程度并不好，對“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的精美”、“基

因與DNA是什么關系”并不清楚。本節(jié)課構(gòu)建DNA的物理模型，通過學生親歷證實或證偽，完成模型

的制作，學生對DNA結(jié)構(gòu)有更深層次的理解，為后面遺傳和變異等內(nèi)容的學習夯實知識基礎。

3.素養(yǎng)目標

目標1目標2目標3目標4

通過結(jié)合科學史資通過體會沃森和克認同質(zhì)疑、批判或支

通過尋找科學史實

料與自行設計驗證小實里克在構(gòu)建DNA雙螺持等思維對生物學科發(fā)展

驗資料，學生經(jīng)歷證實或

驗，學生學會將難以理旋結(jié)構(gòu)中，需要應用到的促進作用；體會基于證

者證偽的過程，明確科學

解的結(jié)論或語言，用簡數(shù)學、物理、化學等學據(jù)的證實、或證偽對科學

家在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)

易的實驗演示出來。提科知識，學生體會學科發(fā)展的重要作用。學生認

現(xiàn)的過程中是必須基于

升學生將思維轉(zhuǎn)化為可融合的重要性；同時體同我國科學家首次合成牛

證據(jù)的。倡導提出假說、

視結(jié)果的能力。會交流互助對真理發(fā)現(xiàn)胰島素的重要性，提升學

驗證假說，最終得到結(jié)論

的作用。生的社會責任感與勇于擔

的科學方法。

當?shù)木瘛?/p>

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)探索的成功，誕生了一門新的學科一一分子生物學，使得人們對生命世界

的研究從細胞層面走向分子層面。一般教學中通常采用圖片、模型，或者視頻來展現(xiàn)DNA結(jié)

構(gòu)，在一定程度上使DNA結(jié)構(gòu)直觀化。但缺點在于學生參與度低，不能真正理解DNA的結(jié)構(gòu)

到底怎樣構(gòu)建出來的？又是基于什么證據(jù)必須這樣構(gòu)建？

本設計將科學史資料和模型搭建結(jié)合起來，沿著沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的歷

4.程，基于科學家的思路，證實或證偽，探索DNA結(jié)構(gòu)之迷。一些小實驗可以充分激發(fā)學生學

習主動性，引導學生自主探究DNA結(jié)構(gòu)相關知識。師生邊探索邊總結(jié)DNA雙螺旋主要特點,

教

實現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與功能探究的統(tǒng)一。最后將整節(jié)課上升到對學生思維訓練的高度，要基

學

于證據(jù)進行推理，最后進行驗證，設計思路如下圖：

思

教學環(huán)節(jié)學生活動設計意圖

路

基于課程的設計，設計如下教學流程圖:

格里菲斯、DNA具備什么

艾弗里、赫樣的結(jié)構(gòu)，才交流研討

I舊知回顧I生命觀念

爾希和蔡斯能使它承擔傳

提出問題DNA的結(jié)

證明DNA遞遺傳物質(zhì)的構(gòu)

是遺傳物質(zhì)功能？

沃森、克里克

的DNA三鏈

模型，富蘭克

追溯歷史

林根據(jù)DNA

獲取新知

分子的電子

密度圖的計

算結(jié)果

據(jù)杳哥夫、多

科學探究

納休等人實

模型建構(gòu)

驗的實驗數(shù)

據(jù)進行探討

I

我國科學家

展示評價

人工合成牛

總結(jié)提升

胰島素

4.教學過程

【教師活動】展示格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯照片，學生回憶上節(jié)課所學，說出結(jié)

論：DNA就是遺傳物質(zhì)。教師提出問題，DNA具有什么樣的結(jié)構(gòu)，才能使它行使這么重要的

功能？沃森、克里克進行了哪些實驗？又具備怎樣的品質(zhì)，才能使他們獲得成功？

導

入

新

課

【學生活動】回憶本單元第一節(jié)課知識，了解本節(jié)課學習的目的，初步意識到結(jié)構(gòu)應該與

功能相適應?？茖W家的研究經(jīng)歷激發(fā)學生學習興趣。

【設計意圖】直接導入，回憶舊知識，引入新課題。同時，介紹兩位科學家的卓越成就，

激發(fā)學生對DNA結(jié)構(gòu)的探索欲。

【教師活動】組織學生回顧核甘酸的相關知識，同時提出問題？磷酸二酯鍵在哪里？與學

生一起構(gòu)建DNA分子的一條核甘酸鏈。讓學生基于已知提出新的探究問題。學生有可能會想

探究各種問題，但是最后教師加以引導，回歸到與本節(jié)內(nèi)容最相關的問題中：如DNA分子中

溫有幾條核甘酸鏈？

故

知DNA的基本單位之一：

新腺喋吟脫氧核糖核甘酸

【學生活動】獨立思考，根據(jù)已知，思考能夠探究的問題。DNA分子由一條鏈？兩條鏈？

還是3條核甘酸鏈組成？DNA分子中核甘酸鏈間是如何建立聯(lián)系？

【設計意圖】鼓勵學生獨立思考并提出可探究的問題，發(fā)展學生的科學探究能力。

【教師活動】教師對學生提出的問題進行歸納：DNA分子到底是由3條核昔酸鏈還是2

條核甘酸鏈組成？DNA分子核甘酸鏈之間怎樣建立聯(lián)系？

然后展示沃森、克里克的三鏈模型，同時展示鮑林的三鏈假說及其三鏈模型俯視圖，提供

資料，學生獨立思考后回答問題；增加激光筆照射彈簧實驗，在黑暗的環(huán)境中，學生可以清晰

地看到照射后會呈現(xiàn)出“X”。

資料1：富蘭克林和威爾金斯參觀了沃森、克里克三鏈模型，指出模型的含水量與實際測

得的含水量不符合，使得DNA分子不能穩(wěn)定存在。

資料2：堿基疏水，脫氧核糖和磷酸基團親水，DNA在細胞內(nèi)始終處于一個水環(huán)境中。

資料3：富蘭克林拍攝的著名的“51號”--一張高質(zhì)量的DNA晶體衍射圖譜；沃森、克里

【生成問題】如何通過資料肯定或者否定DNA的三鏈假說？如何確定DNA分子中確實存

在兩條核甘酸鏈？

【學生活動】在思考分析以上資料之后，進行結(jié)論：DNA假說違背化學規(guī)律，不能穩(wěn)定

存在，所以三鏈假說被否定。

觀看圖片及教師在黑暗環(huán)境中的激光筆照射彈簧實驗，明確DNA分子中確實存在螺旋

結(jié)構(gòu)，且結(jié)合沃森、克里克對“51”號衍射圖譜的分析，DNA確實由兩條鏈組成。

【設計意圖】富蘭克林DNA晶體衍射圖譜的分析需要高等數(shù)學和物理知識，所以教師帶

領同學們一起分析，并實驗演示，讓學生體會學科融合的重要性。同時，領悟敏銳的洞察力在

科學探究中的重要性。

任務一：構(gòu)建DNA分子的平面模型

活動1：初步構(gòu)建DNA分子的平面模型

【教師活動】提供資料，讓學生基于材料初步構(gòu)建DNA分子平面模型，并如實填寫教-學

-評自測量表。

任資料4：富蘭克林根據(jù)DNA分子的電子密度圖指出，DNA分子固定直徑為2nm,直徑1.8nm

處有強烈的散射，說明此處可能含有較多的水分子。

務

資料5：富蘭克林和高斯林發(fā)現(xiàn)，DNA晶體上下顛倒后，衍射圖譜看起來一樣的。

驅(qū)

動

II學生可結(jié)合鉛筆演示資料5的實驗

【生成問題】含氮堿基、脫氧核糖、磷酸基團等在DNA分子中的位置是怎樣的？DNA分

子中兩條核甘酸鏈的方向如何?

【學生活動】根據(jù)資料，尋找證據(jù)，用磁力卡片制成的單個的脫氧核甘酸構(gòu)建DNA分子

的平面模型。

【設計意圖】學生動腦的同時動手，在構(gòu)建模型的過程中發(fā)展學生基于證據(jù)，建構(gòu)物理模

型的科學思維。

活動2：完善或修正DNA分子的平面模型

【教師活動】提供資料，啟迪學生

資料6：如下所示四種含氮堿基的分子結(jié)構(gòu)圖。研究發(fā)現(xiàn)，DNA分子中堿基對的長度固定

為0.68nmo

任

務

驅(qū)

動喋吟、喀咤分子結(jié)構(gòu)

資料7：再次回顧資料6,結(jié)合水的分子結(jié)構(gòu)，推斷堿基之間可能的聯(lián)系？

水分子結(jié)構(gòu)示意圖含氮堿基結(jié)構(gòu)示意圖

【生成問題】堿基之間如何配對？兩條鏈之間如何建立聯(lián)系？

【學生活動】根據(jù)資料，自主構(gòu)建DNA分子平面模型，并且能夠說出構(gòu)建的依據(jù)。能夠

依據(jù)資料作出如下結(jié)論：

1.DNA分子是磷酸和脫氧核糖在外側(cè)，含氮堿基在內(nèi)側(cè)的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

2.兩條脫氧核甘酸鏈的方向相反，呈反向平行。

3.堿基之間互補配對的方式是A和T配對，G和C配對。

4.堿基之間存在氫鍵，這也是兩條核甘酸鏈建立連接的方式。A和T之間2個氫鍵，G

和C之間3個氫鍵。

【設計意圖】學生繼續(xù)加強基于證據(jù)構(gòu)建模型的科學思維，并且明確在科學家構(gòu)建模型的

過程中，也需要基于證據(jù)，并且需要對證據(jù)證實或者證偽。在不斷修正的過程中，發(fā)現(xiàn)真理。

任務二：構(gòu)建DNA分子的立體模型，并思考所得

活動1思考DNA分子的在細胞中存在的形態(tài)

【教師活動】展示模型，啟迪學生思考在生物體內(nèi)DNA分子的存在形態(tài)？

任

務

驅(qū)

動

平面模型立體模型

【生成問題】DNA分子在生物體內(nèi)是以何種狀態(tài)存在？是什么樣的力使它呈現(xiàn)這種狀

態(tài)？

【學生活動】思考是不是外力作用下，DNA分子在細胞中呈現(xiàn)獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)。在明

確DNA分子中氫鍵有方向，會形成鍵角后，能夠否定外力作用，明確堿基之間的堆積力和氫

鍵等分子間作用力使其呈穩(wěn)定狀態(tài)。

【設計意圖】基于事實，學生能夠理解DNA分子以獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地存在于生物

體內(nèi)，進一步明確物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀念。

活動2思考本節(jié)課的學習給予同學們的啟示?

【教師活動】帶著學生總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點；給學生時間完成教-學-評自測量表，體

會本節(jié)課自己對知識的掌握情況，做到自己心中有數(shù)；啟迪學生思考學習本節(jié)課的啟示。

【學生活動】思考后能夠得出下列啟示：學科融合、技術進步都會促進科學中新的發(fā)現(xiàn)；

基于證據(jù)的證實或者證偽，是科學進步不可或缺的步驟。質(zhì)疑、批判、認同的科學精神在真理

發(fā)現(xiàn)的過程中的重要性。

【設計意圖】由知識的講授提升至思維的發(fā)展，進一步加強學生在本節(jié)課的獲得感；有意

識地發(fā)展學生的科學思維和科學探究的意識。

6.板書設計

,用/A的箍構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)特點

1.兩條核昔酸，鏈堿基在內(nèi)側(cè),

.脫

如五碳糖和磷酸在外測

扎

冢

根2.呈雙螺旋結(jié)構(gòu)

極

下

苕3.兩條鏈反向平行

般

酸4

建

銀7

4.A和T配對之間有2個氫鍵

G和C配對之間有3個氫鍵

7.教學評一體化測量表

課題課時

達成學習目標：達成評價：優(yōu)秀（）

1能夠概述DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點良好（）

2能夠獲取信息，基于證據(jù)、事實進行推理及格（）

任務驅(qū)動的學習活動嵌入評價

任務一：初步構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型

能夠理解4分（）

1、理解DNA分子的單體是四種脫氧核甘酸，核甘酸之間以基本理解2分（）

磷酸二酯鍵相連，形成一條單鏈。完全不理解0分（）

能找到并認同對應的證據(jù)4分（）

2、能夠從眾多復雜的科學史資料中，尋找到最有利的證據(jù)，找不全面對應的證據(jù)2分（）

模擬DNA分子結(jié)構(gòu)模型的建立歷程，初步構(gòu)建出DNA分子完全找不到對應證據(jù)0分（）

的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

任務二：完善DNA分子結(jié)構(gòu)模型

能夠基于證據(jù)構(gòu)建模型，清晰表達4分（）

3、根據(jù)科學史資料，尋找證據(jù)支持DNA分子結(jié)構(gòu)中，堿基找不全證據(jù)，不能較好表達2分（）

的位置？堿基間的對應關系？堿基之間的化學鍵？1個DNA不愿意找尋證據(jù)及表達0分（）

分子中兩條DNA單鏈是同向平行？還是反向平行？

能夠詳細概述DNA結(jié)構(gòu)特點4分（）

4、能夠闡述DNA分子的結(jié)構(gòu)特點，并同小組內(nèi)學生互檢。概述不全DNA結(jié)構(gòu)特點2分（）

完全不能夠理解DNA結(jié)構(gòu)特點0分（）

本節(jié)課素養(yǎng)發(fā)展目標發(fā)展評價

1、知道DNA是主要的遺傳物質(zhì)后，愿意嘗試探究DNA分非常愿意探究4分（）

子與其功能相適應的結(jié)構(gòu)特征，具備一定的科學探究精神。做探究的意愿不夠強烈2分（）

2、了解DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，是通過分析DNA晶不愿意去探究0分（）

體的衍射圖譜，最終確立的。能夠獲取信息，基于證據(jù)、事

實進行推理；認同質(zhì)疑精神、批判性思維在科學求真過程中找到資料，完成模型構(gòu)建4分（）

的重要作用。找不全資料，未完成構(gòu)建2分（）

找不到資料，不愿意構(gòu)建0分（）

3、能夠體會生物學中的任何一項進展，都歷經(jīng)曲折，感激科

學家的奉獻精神。贊同多學科交流、融合，促進科學進步的

觀點。