模型建構(gòu)在《DNA分子結(jié)構(gòu)》教學(xué)中的運(yùn)用

田玉輝

【教學(xué)目標(biāo)】

1. 知識(shí)目標(biāo)：概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

2. 能力目標(biāo)：嘗試制作DNA模型，結(jié)合資料分析DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

3. 情感目標(biāo)：體驗(yàn)建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的艱辛與曲折，體驗(yàn)科學(xué)家的奉獻(xiàn)精神，形成勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。

【教學(xué)重點(diǎn)】 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

【教學(xué)難點(diǎn)】 制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型

【課前準(zhǔn)備】 制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)件（磷酸、脫氧核糖、四種含氮堿基）若干，多媒體課件。

【教學(xué)過程】

一、導(dǎo)入

我們學(xué)習(xí)了DNA是主要的遺傳物質(zhì)，明確了DNA在傳宗接代﹑生命延續(xù)中的重要作用，這與它的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，這節(jié)課就讓我們共同探討DNA的分子結(jié)構(gòu)。

二、講授新課

師：請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)問題一﹑二閱讀課本P67第二﹑三自然段的內(nèi)容（屏幕展示問題一﹑二）。

問題一：構(gòu)成DNA分子的基本單位是什么？

問題二：一分子脫氧核苷酸由哪幾部分構(gòu)成？

（生：閱讀）

師：讓學(xué)生集體回答問題一，提問問題二。

生：一分子脫氧核苷酸由一分子磷酸，一分子脫氧核糖和一分子含氮的堿基構(gòu)成。

師：在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，屏幕展示磷酸，脫氧核糖和含氮堿基的結(jié)構(gòu)式，在學(xué)生觀察結(jié)構(gòu)式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹脫氧核糖及四種含氮的堿基（對(duì)脫氧核糖主要介紹1﹑2﹑3﹑4﹑5五個(gè)碳原子所在位置及連接基團(tuán)，其中1﹑3﹑5三個(gè)碳原子的位置連接的3個(gè)—OH可分別以一定的化學(xué)鍵與其他的基團(tuán)相連接；對(duì)四種含氮的堿基主要介紹包含兩種單環(huán)化合物胞嘧啶﹑胸腺嘧啶和兩種雙環(huán)化合物鳥嘌呤﹑腺嘌呤的區(qū)別及簡(jiǎn)寫符號(hào)）。

問題三：這三部分是如何構(gòu)成脫氧核苷酸的呢？

師：屏幕展示問題三和磷酸，脫氧核糖﹑含氮堿基的結(jié)構(gòu)式，為方便研究，我們分別用簡(jiǎn)單的圖形來代表，P代表磷酸， 代表脫氧核糖， 代表含氮的堿基，屏幕展示代表符號(hào)。

師：請(qǐng)同學(xué)們兩人一組，利用所給的材料嘗試三者的連接。

生：兩人一組構(gòu)建脫氧核苷酸模型。

師：巡回觀察，再讓同學(xué)們展示建構(gòu)方案和結(jié)果。（可能有多種結(jié)果）

師：哪一種正確呢？請(qǐng)看屏幕（動(dòng)畫演示磷酸與脫氧核糖的第五個(gè)碳原子相連；含氮堿基與第一個(gè)碳原子相連）。

（生：觀察動(dòng)畫并回答。）

師：同你的連接一樣嗎？若不一樣請(qǐng)加以修正。

（生：交流，修正。）

師：屏幕演示正確的建構(gòu)結(jié)果。

師：通過你的連接，你發(fā)現(xiàn)脫氧核苷酸共有幾種？

生：四種，分別是腺嘌呤脫氧核苷酸，鳥嘌呤脫氧核苷酸，胸腺嘧啶脫氧核苷酸和胞嘧啶脫氧核苷酸。

師：屏幕展示四種脫氧核苷酸，然后提示很多個(gè)脫氧核苷酸以一定的方式連接成高分子化合物，這讓我們聯(lián)想到生物體內(nèi)的另一種高分子化合物蛋白質(zhì)，它是如何構(gòu)成的？

生：由基本單位氨基酸通過脫水縮合形成多肽鏈，多肽鏈通過一定的空間結(jié)構(gòu)形成蛋白質(zhì)。

師：事實(shí)上，脫氧核苷酸也是通過一定的方式構(gòu)成脫氧核苷酸鏈的，進(jìn)而形成完整的DNA這一高分子化合物的？那脫氧核苷酸是如何構(gòu)成脫氧核苷酸鏈的（問題四）？屏幕展示問題四。

生：各小組嘗試構(gòu)建脫氧核苷酸鏈。

生：展示構(gòu)建方案與結(jié)果。

師：到底是如何連接的呢？請(qǐng)看屏幕。（動(dòng)畫演示脫氧核苷酸之間的連接位置）

生：在觀察的基礎(chǔ)上，回答：上一個(gè)脫氧核苷酸的脫氧核糖的第三個(gè)碳原子與下一個(gè)脫氧核苷酸的磷酸脫去一分子水，通過磷酸二酯鍵相連。

師：在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，動(dòng)畫演示很多個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵形成脫氧核苷酸鏈。

師：同你的連接一樣嗎？若不一樣請(qǐng)加以修正。

（生：交流，修正。）

師：細(xì)胞內(nèi)的DNA都是單鏈嗎？請(qǐng)看屏幕。（展示資料一，幾種生物的DNA堿基組成表，并交代表的看法，同時(shí)思考討論，表中5種生物的堿基組成及比例有何規(guī)律？）

生：A=T，C=G。

師：同學(xué)們的回答正符合科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，請(qǐng)看屏幕[展示資料2，查可夫研究結(jié)果（A=T，C=G），并思考討論：如果DNA是一條單鏈，是否具有上述規(guī)律？這種可能性大嗎？如果是雙鏈，是否更符合這種規(guī)律？請(qǐng)嘗試構(gòu)建DNA雙鏈。]

生：小組構(gòu)建DNA雙鏈。

生：展示構(gòu)建方案和結(jié)果。

師：到底是如何構(gòu)建的呢？請(qǐng)看屏幕。（演示DNA雙鏈平面結(jié)構(gòu)圖）

生：在觀察的基礎(chǔ)上，修正自己的構(gòu)建結(jié)果，再展示，學(xué)生在再展示的基礎(chǔ)上，回答修正的依據(jù)是什么？直到正確為止，并總結(jié)DNA平面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

師：屏幕展示DNA平面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1. 兩條長(zhǎng)鏈按反方向平行方式排列；

2. 外例：脫氧核糖和磷酸交替連接；

3. 內(nèi)例：兩條鏈上的堿基通過氫鍵形成堿基對(duì)，且堿基對(duì)有一定的規(guī)律。（A—T，C—G配對(duì)）

師：為什么A—T，G—C配對(duì)呢？

生：有兩個(gè)原因：1.氫鍵數(shù)目不一樣，A與T之間有兩個(gè)氫鍵，G與C之間有3個(gè)氫鍵，2.嘌呤是雙環(huán)化合物，嘧啶是單環(huán)化合物，要保證兩鏈平行，必是A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。

師：這正是堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，該配對(duì)原則正符合查可夫的研究結(jié)果，那細(xì)胞內(nèi)的DNA應(yīng)該是單鏈？還是雙鏈？

生：雙鏈。

師：既然細(xì)胞內(nèi)的DNA是雙鏈，那么，它的空間結(jié)構(gòu)也是平面的嗎？請(qǐng)看屏幕（展示資料3：1951年英國(guó)科學(xué)家威爾金斯和富蘭克林的DNA的X射線衍射圖譜。資料4：1953年沃森和克里克根據(jù)DNA X射線衍射圖譜及DNA分子不同堿基之間的數(shù)量關(guān)系的分析，提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)屏幕展示DNA的雙螺旋模型。）

生：觀察DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，在觀察的基礎(chǔ)各小組結(jié)合課本內(nèi)容，總結(jié)雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（DNA分子是向右盤旋的雙螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋直徑約2nm，螺距約為3.4nm，每個(gè)螺距內(nèi)有10對(duì)堿基對(duì)，兩個(gè)相鄰堿基對(duì)平面的垂直距離約為0.34nm。）

三﹑總結(jié)：

師：通過本節(jié)課，你學(xué)到了哪些？請(qǐng)談?wù)勈斋@。

（生：回答）（略）