模型建構在《DNA分子結構》教學中的運用

田玉輝

【教學目標】

1. 知識目標：概述DNA分子結構的主要特點。

2. 能力目標：嘗試制作DNA模型，結合資料分析DNA雙螺旋結構的特點。

3. 情感目標：體驗建立DNA雙螺旋結構模型的艱辛與曲折，體驗科學家的奉獻精神，形成勇于創新的科學態度。

【教學重點】 DNA雙螺旋結構及特點

【教學難點】 制作DNA平面結構模型

【課前準備】 制作DNA分子結構模型的構件（磷酸、脫氧核糖、四種含氮堿基）若干，多媒體課件。

【教學過程】

一、導入

我們學習了DNA是主要的遺傳物質，明確了DNA在傳宗接代﹑生命延續中的重要作用，這與它的結構和功能密切相關，這節課就讓我們共同探討DNA的分子結構。

二、講授新課

師：請同學們依據問題一﹑二閱讀課本P67第二﹑三自然段的內容（屏幕展示問題一﹑二）。

問題一：構成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成。

師：在學生回答的基礎上，屏幕展示磷酸，脫氧核糖和含氮堿基的結構式，在學生觀察結構式特點的基礎上，介紹脫氧核糖及四種含氮的堿基（對脫氧核糖主要介紹1﹑2﹑3﹑4﹑5五個碳原子所在位置及連接基團，其中1﹑3﹑5三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他的基團相連接；對四種含氮的堿基主要介紹包含兩種單環化合物胞嘧啶﹑胸腺嘧啶和兩種雙環化合物鳥嘌呤﹑腺嘌呤的區別及簡寫符號）。

問題三：這三部分是如何構成脫氧核苷酸的呢？

師：屏幕展示問題三和磷酸，脫氧核糖﹑含氮堿基的結構式，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：兩人一組構建脫氧核苷酸模型。

師：巡回觀察，再讓同學們展示建構方案和結果。（可能有多種結果）

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結果。

師：通過你的連接，你發現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，這讓我們聯想到生物體內的另一種高分子化合物蛋白質，它是如何構成的？

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構形成蛋白質。

師：事實上，脫氧核苷酸也是通過一定的方式構成脫氧核苷酸鏈的，進而形成完整的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：各小組嘗試構建脫氧核苷酸鏈。

生：展示構建方案與結果。

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核苷酸的磷酸脫去一分子水，通過磷酸二酯鍵相連。

師：在學生回答的基礎上，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律？）

生：A=T，C=G。

師：同學們的回答正符合科學家的研究發現，請看屏幕[展示資料2，查可夫研究結果（A=T，C=G），并思考討論：如果DNA是一條單鏈，是否具有上述規律？這種可能性大嗎？如果是雙鏈，是否更符合這種規律？請嘗試構建DNA雙鏈。]

生：小組構建DNA雙鏈。

生：展示構建方案和結果。

師：到底是如何構建的呢？請看屏幕。（演示DNA雙鏈平面結構圖）

生：在觀察的基礎上，修正自己的構建結果，再展示，學生在再展示的基礎上，回答修正的依據是什么？直到正確為止，并總結DNA平面結構的特點。

師：屏幕展示DNA平面結構特點：

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.嘌呤是雙環化合物，嘧啶是單環化合物，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果，那細胞內的DNA應該是單鏈？還是雙鏈？

生：雙鏈。

師：既然細胞內的DNA是雙鏈，那么，它的空間結構也是平面的嗎？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DNA X射線衍射圖譜及DNA分子不同堿基之間的數量關系的分析，提出了DNA分子的雙螺旋結構模型，同時屏幕展示DNA的雙螺旋模型。）

生：觀察DNA雙螺旋結構模型，在觀察的基礎各小組結合課本內容，總結雙螺旋結構特點（DNA分子是向右盤旋的雙螺旋結構，螺旋直徑約2nm，螺距約為3.4nm，每個螺距內有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：

師：通過本節課，你學到了哪些？請談談收獲。

（生：回答）（略）