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)化為學生合作探究、動手制作模型、學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)是科學史上的經(jīng)典，科學家在探索DNA結(jié)構(gòu)中的許多思路和方法都是中學生物學教學中進行探究性教學的理想素材，更重要的是通過對DNA結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，可以使學生對DNA的結(jié)構(gòu)有比較深入的理解。

2.教學目標

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，讓學生體會科學家合作交流、創(chuàng)新思維的過程。

3.教學過程

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)習和預(yù)習后，讓學生闡述對這些知識的理解，其他學生完善，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，學生會靈活運用堿基互補配對原則。

讓每組學生展示自己制作模型的DNA序列，學生得出結(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獎。DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)涉及哪些學科的知識和方法？這對你理解生物科學的發(fā)展有什么啟示？沃森和克里克默契配合，作為科學家合作研究的典范，在科學界傳為佳話。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.教學反思

本節(jié)課教學中，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。通過學生展示對拓展提升題的理解，檢驗對所學知識的靈活運用。本節(jié)課的整體教學過程可培養(yǎng)學生的合作探究能力，學進去、講出來的能力，以及科學的邏輯思維能力。

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：化學工業(yè)出版社，2009.

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