模型建構(gòu)在DNA分子結(jié)構(gòu)》教學中的運用

田玉輝

【教學目標】

1. 知識目標：概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點

2. 能力目標：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

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

【教學重點】 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)及特點

【教學難點】 制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型

【課前準備】 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

【教學過程】

一、導(dǎo)入

我們學習了DNA是主要的遺傳物質(zhì)，明確了DNA在傳種接代生命延續(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：請同學們依據(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，在學生觀察結(jié)構(gòu)式特點的基礎(chǔ)上，介紹脫氧核糖及四種含氮的堿基（對脫氧核糖主要介紹12345五個碳原子所在位置及連接基團，其中135三個碳原子的位置連接的3個—OH可分別以一定的化學鍵與其它的基團相連接；對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)別及簡寫符號）。

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。

師：請同學們兩人一組，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？請看屏幕。（動畫演示磷酸與脫氧核糖的第五個碳原子相連；含氮堿基與第一個碳原子相連）

生：觀察動畫并回答。

師：同你的連接一樣嗎？若不一樣請加以修正。

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，盡而形成完整的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？請看屏幕。（動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：上一個脫氧核苷酸的脫氧核糖的第三個碳原子與下一個脫氧（下轉(zhuǎn)60頁）（上接58頁）核苷酸的磷酸脫去一分子水，通過磷酸二脂鍵相連。

師：在學生回答的基礎(chǔ)上，動畫演示很多個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？若不一樣請加以修正。

（生：交流，修正）

師：細胞內(nèi)的DNA都是單鏈嗎？請看屏幕。（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：同學門的回答正符合科學家的研究發(fā)現(xiàn)，請看屏幕[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。

師：屏幕展示DNA平面結(jié)構(gòu)特點：

1. 兩條長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，且堿基對有一定的規(guī)律（A—T，C—G配對）。

師：為什么A—T，G—C配對呢？

生：有兩個原因：1. 氫鍵數(shù)目不一樣，A與T之間有兩個氫鍵，G與C之間有3個氫鍵，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，G與C配對。

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

生：雙鏈。

師：既然細胞內(nèi)的DNA是雙鏈，那么，它的空間結(jié)構(gòu)也是平面的嗎？請看屏幕。（展示資料3：1951年英國科學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。（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，每個螺距內(nèi)有10對堿基對，兩個相鄰堿基對平面的垂直距離約為0.34nm。）

三總結(jié)

師：通過本節(jié)課，你學到了哪些？請談?wù)勈斋@。

（生：回答）（略）