《DNA的分子結構和特點》教學設計

何志

創新整合點

課前使用了希沃多媒體交互白板工具EasiNote制作教學課件，將構建DNA分子模型所需的關鍵信息呈現在課件中。課中使用了SeewoLink軟件移動展臺，呈現學生所遇到的問題，并用批注、放大鏡、拖拽等功能進行實時探討，實現移動授課，突破了DNA分子模型建構的重點。最后，運用EasiNote軟件中的“思維軸”功能將學生的學習成果串聯呈現，鞏固理解，培養學生使用“模型法”進行科學研究的意識。

教材分析

本課內容包括DNA的分子組成、DNA雙螺旋結構模型的要點、制作DNA雙螺旋結構模型三部分，其內容闡述了基因的本質，屬于“遺傳的分子基礎”部分的核心內容。

學情分析

為了分析學生的知識基礎、初始能力和學習態度，我們選取3個平行班的優、中、學困生各5人（共45人），在課前借助QQ聊天工具進行師生交流，他們有許多來自身心發育、生活體驗和社會感受的生物學問題急需解決。因此，學生的學習動機是積極的，學習興趣是濃厚的。

教學目標

知識與技能目標：說出DNA分子的結構層次，闡明DNA雙螺旋結構模型的基本要點，對DNA分子結構的穩定性、種類的多樣性和物種的特異性做出科學解釋。

過程與方法目標：利用提供的材料和信息，參與制作DNA分子雙螺旋結構模型，習得模型建構的基本方法；利用模型的形象化和直觀性，加深對DNA雙螺旋結構模型基本要點的理解和認識。

情感態度與價值觀目標：體驗“模型法”在生物學研究中的作用；認同科學的發展離不開科學家們的堅持不懈的努力，感悟科學研究中蘊含的科學思想和科學態度；領悟DNA分子雙螺旋結構模型的重要價值。

教學過程

1.新聞信息，設疑導入

在教學的起始，教師向學生介紹上海公安部門在國內創立的第一個“法庭科學DNA數據庫”，僅在2013年就利用該數據庫偵破各類案件1500多起，其準確率為100%。那么，DNA刑偵鑒定為什么如此神奇呢？這個問題的謎底在于DNA分子的結構與功能。由此導入“DAN的分子結構和特點”的教學。

2.史料交流，初識DNA

課前布置小組作業，搜集有關DNA分子結構研究的資料，將其發現過程中的重要人物和事件制成PPT課件，用于課堂上小組交流。請學生代表用講故事的形式，介紹鮑林、威爾金斯、富蘭克林、沃森和克里克等科學家在DNA研究歷程上做出的重要貢獻。

3.制作模型，解析結構

（1）探索DNA化學組分

借助投影呈現科賽爾的研究結果圖，引導學生識圖說出DNA的組成元素、基本組成物質和基本結構單位。由于學生曾經在“細胞的分子組成”一章中初步學習了核酸的結構與功能，所以不難回憶起上述知識。但是，他們難以闡明磷酸、脫氧核糖和含氮堿基是怎樣構成單體（單核苷酸）的，因而在制作DNA分子結構模型時，學生對三種基本組成物質之間的連接關系感到茫然。

為了化解上述難點，教師先用電子白板呈現脫氧核苷酸分子式，利用電子白板課件標注其五個碳原子的位置并編號。然后，結合圖1依次闡明磷酸基團與脫氧核糖之間，以及脫氧核糖與含氮堿基的連接位置。最后，讓學生依據含氮堿基的種類與名稱的不同，分別表述4種脫氧核苷酸的名稱，從而為制作DNA雙螺旋結構模型打下必要的知識基礎。

（2）初識DNA雙螺旋結構模型

在實施過程中，將學生的操作活動依次分為點、線、面、體四個基本步驟。

第一步，每組的2名學生參照脫氧核苷酸的結構式，利用實驗臺上的三種不同形狀的紙片各15張（如圖2），將構建的4種脫氧核苷酸粘貼在一張白紙上，用鉛筆畫出化學鍵，并寫出中文名稱。學生活動時，教師巡視并展示學生活動的進度及成品。與此同時，針對發現的問題及時向學生提出質疑。最后，借助投影展示同學們制作的4種脫氧核苷酸模型。

第二步，由點連線，引導學生構建脫氧核苷酸單鏈。教學時，先向學生介紹富蘭克林的研究成果，然后，啟發學生根據上述資料提供的信息，參照大屏上顯示的兩個相鄰的脫氧核苷酸排列狀況，在相應位置上用短線連接，進而向學生闡明磷酸二酯鍵的概念內涵。最后，督促小組成員合作構建由6個脫氧核苷酸聚合而成的核苷酸單鏈，并粘貼在一張白紙上。

第三步，由線到面，引導學生構建DNA雙鏈的平面模型。學生活動的順序是讓前后座位的兩組合拼為一組，將他們粘貼的兩條多核苷酸單鏈，并列擺放在同一張白紙上，兩條DNA單鏈呈平行狀。教師巡視中發現學生擺放的兩條單鏈有三種平行方式（如圖3），究竟哪種平行排列方式符合客觀事實呢？請學生識別課本中呈示的DNA分子的平面結構圖，初次識圖引導學生明確3個問題：①確認DNA雙鏈平行排列的方式，②判斷兩條鏈呈反向平行關系，③明確由磷酸-脫氧核糖交互排列而成的主鏈排列在外側，含氮堿基則位于內側。這樣既為進一步探索DNA雙螺旋結構做好鋪墊，也為學生繼續制作DNA分子結構模型掃清障礙。

學生在繼續制作模型的過程中會提出疑問，兩條DNA長鏈上的脫氧核糖與磷酸和排列在內側的含氮堿基之間存在著怎樣的關系？這涉及到堿基對的構成方式。因此，教師先向學生介紹著名生物化學家查戈夫研究DNA化學組分獲得的實驗數據，以及多納休研究含氮堿基之間通過氫鍵連接的方式。

學生一旦明確DNA分子結構中4種含氮堿基的數量關系為A=T，C=G及AT之間通過2個氫鍵相連，CG之間通過3個氫鍵相連，他們就能夠迅速地寫出兩條主鏈上對應堿基的符號，并畫出對應堿基之間的氫鍵數目，從而完成堿基互補配對的建模步驟。

第四步，由面到體，引導學生歸納DNA雙螺旋結構模型的要點。為了進一步探索DNA雙螺旋結構的特點，教師組織學生閱讀課文，邊識圖邊思考如何解釋“規則地盤繞成雙螺旋結構”的命題。最后，師生共同以表格形式概括DNA雙螺旋結構（物理）模型的基本要點。

4.模型分析，理解特性

結構是功能的基礎，功能是結構的運動形式。學生初識DNA分子結構以后，應鼓勵他們運用DNA雙螺旋結構模型的要點，對其穩定性、多樣性和特異性做出嘗試性解釋。

教學時，教師首先引導學生先從主鏈構成方式、排列位置及其動態特征入手，理解DNA主鏈的牢固性對其結構穩定具有重要作用。然后，利用學生已有的化學知識，說明堿基對之間的大量氫鍵維系著DNA空間構象，堿基對平面之間的范德華力對空間構象具有加固作用。接著，幫助學生理解蛋白質分子的多樣性和特異性，并引導學生以蛋白質為參照，用概念同化的方式嘗試解釋DNA的多樣性和特異性。最后，用典型例證幫助學生加深理解DNA多樣性和特異性的原因。

教學反思

1.學情分析是活力課堂的根本

提高課堂教學的效益和質量是教育追求的永恒主題，而只有真切地了解學情，“以學定教”才能夠保證這不是一句空話。本節課采用訪談的方法展開學情調查，準確地了解了學生現有的知識水平、興趣點和疑問點。教師從學生感興趣的DNA鑒定出發引入課題，使其對整節課充滿期待。另外，針對學生學習動力和興趣不高的學習內容，采取小組活動的形式，自主構建DNA的模型。學生動手動腦，不僅避免了瞌睡、走神的現象，而且提高了學習興趣，活力課堂不再是神話。

2.“模型構建”為活力課堂增光

模型構建是自然科學常用的一種研究方法。本節課的教學設計遵循學生認識事物的一般規律，教師引導學生從“基本單位—單鏈結構—平面結構—空間結構”進行建構，培養他們在尊重事實、遵循邏輯的基礎上進行科學探究，進而不斷地激發了學生的學習興趣，引導他們積極主動地完成了預期的學習目標。

設想總是好的，實施中卻有各種問題出現，而正是有了這些問題，教師和學生解決問題的思想認識才會上一個臺階。

問題1：含氮堿基均為藍色紙片，怎么能構建4種脫氧核苷酸？（學生經過思考立刻知道可以自己標上相應字母來代替）

問題2：某學習小組的半成品出現的問題是將磷酸基團與脫氧核糖上的氧原子連接，這是教師沒有料想到的。（通過移動展臺展示后，立刻有學生指出問題，并修改。雖然這個問題看似低級，可正是由于這種錯誤的經歷，學生才會有更深刻的理解）

問題3：前后兩組學生合作構建雙鏈DNA平面模型時出現了三種不同的結果，有學生悄悄詢問教師，哪種是正解的？（教師沒有直接回答，只是呈現科學研究的材料，并引導學生分析得出正確的結論。這里沒有生硬的灌輸，只是靜靜地呈現資料讓他們的腦袋發動起來去探尋正確的結論）

整個課堂真的是令人意外，教師課前甚至擔心學生會擺不出所需要的正確模型，可意外的是所設想的三種擺模型的情況均出現，更有了思維碰撞。并且一改傳統課堂中的瞌睡、走神、無趣的情形，學生們用心在做、在體驗、在經歷，在展示自己的成果。因此，要煥發課堂的生命力需要教師去轉變，課堂中巧妙地設計思想的碰撞才能讓學生變得有活力。

3.信息技術為活力課堂添彩

課前運用希沃多媒體交互白板工具EasiNote制作教學課件，將構建DNA分子模型所需的關鍵信息呈現在課件中，不僅使冰冷的科學史資料煥發出新的活力，而且呈現了科學研究過程中物理、化學、數學研究的重大突破。這使學生深刻地感受到了科學探索的艱辛，體會到了科學家嚴謹的科學態度和持之以恒的科學精神。

課上，教師運用SeewoLink軟件的移動展臺實時展示了學生的研究成果，并在不打擾他們研究學習的同時呈現其所遇到的問題，如磷酸基團與脫氧核糖的位置、脫氧核苷酸之間的連接、脫氧核苷酸鏈之間連接的方式等。同時，教師使用批注、放大鏡、拖拽等功能引發實時探討，在互動中解決教學難點，突破DNA分子的模型建構的重點。最后，教師使用EasiNote軟件中的小工具“思維軸”將學生學習活動過程中的研究成果串聯呈現，梳理研究過程，強化理解模型建構法，從而培養學生積極使用科學研究方法的意識。