问题导入

DNA的功能是什么？

是什么决定了DNA的功能？

DNA的结构是怎样的呢？

1962年，沃森、克里克和威尔金斯荣获诺贝尔生理学或医学奖，他们的主要贡献是构建了DNA的结构模型。

创设问题情境：让我们一起回到20世纪，根据一步步线索，来探明DNA的结构。

学生根据课件内容，结合问题情境、思考、想象、回答。

通过描述科学史上的经典故事，引出本节课的主题，拉近学生与科学的距离，激发学生求知欲。

根据已学知识，梳理脱氧核苷酸的结构

教师提问：20世纪30年代，科学家就已经认识到：组成DNA的基本单位是什么？由哪些部分组成？

建构模型1：

利用发放给各个小组的小组件构建1个脱氧核苷酸的结构模型。并请两名学生上讲台构建1个脱氧核苷酸结构模型。

复习脱氧核苷酸的结构，组成脱氧核苷酸的碱基种类，以及脱氧核苷酸的种类。

根据必修一所学知识，学生能够快速准确地回答出这些问题，并且正确地拼出1个脱氧核苷酸的结构模型。也能准确回忆起有关脱氧核苷酸的知识。

通过模型建构提起学生兴趣，回顾已学知识，为后续整条链的构建打下基础。

了解脱氧核苷酸单链的形态和结构

问题1：4种脱氧核苷酸是如何连接成1条脱氧核苷酸链的？

教师展示两个脱氧核苷酸之间是如何进行脱水缩合连接在一起的，然后根据图像连接一条含有4种脱氧核苷酸的脱氧核苷酸单链。

建构模型2：构建1条脱氧核苷酸链，要求：含有4种脱氧核苷酸。

学生根据脱氧核苷酸之间脱水缩合的方式，模拟构建1条脱氧核苷酸链。

从简到难，降低学习的难度。动手操作，增加学生的参与感。

了解DNA是由两条链组成的双螺旋结构

问题2：DNA由几条脱氧核苷酸链组成？

资料1：

沃森和克里克曾尝试了多种不同的模型：单螺旋结构模型、双螺旋结构模型、三螺旋结构模型。

威尔金斯和富兰克林（女）用X射线照射DNA，他们获得了清晰的衍射照片——这对于建构DNA的结构具有重要的意义。

1953年2月的一天，沃森（Watson）在伦敦的威尔金斯那里看到了富兰克林（Franklin）拍摄的DNA   X射线衍射图，结合其它数据，最终发现，DNA是由两条脱氧核苷酸链组成的。

根据科学史资料，学生感悟科学家们对于科学研究的不易，也感受到每一个科学发现都是来自于很多科学家的共同努力。

同时，学生理解DNA是由两条链组成的双螺旋结构。

促成学生合作意识，同时掌握DNA是由两条链组成的。

了解DNA的两条单链是如何连接的

问题3：碱基与脱氧核糖、磷酸在双螺旋中如何分布？

资料2：

碱基具有疏水性，磷酸和脱氧核糖具有亲水性，而DNA外部为溶液环境。

学生得出结论：碱基排列在DNA内侧，磷酸和脱氧核糖交替链接排在外侧。

根据资料进行分析，学生能够获得分析资料得方法。

问题4：内侧的碱基如何配对？

你能做出哪些合理假设？

资料3：

1950年，奥地利生物化学家查哥夫研究了DNA的碱基含量进行分析。

（表格展示不同生物、同种生物不同组织中DNA碱基的含量）

资料4：

各种碱基的结构式。

（提示学生：结构式看不懂？其实沃森也看不懂，他当年也是拿着本有机化学教材现学现用的。）

嘌呤是双环化合物，长度较长；嘧啶是单环化合物，长度较短。但DNA具有稳定的直径，两条链之间的距离恒定在2 nm。

展示两两配对时，碱基之间形成的键，并且告知学生是氢键。

将这样的碱基两两配对的原则称为碱基互补配对原则。

通过氢键连接的配对的碱基，称为一个碱基对。

学生可以得出结论：①A的含量总是等于T的含量，G的含量总是等于C的含量。②同种生物体细胞中DNA的各种碱基含量是相同的，不同种生物碱基含量是不同的。

学生认识嘌呤和嘧啶的结构式，发现嘌呤是双环、嘧啶是单环。但DNA的直径又恒定，学生可以得出结论嘧啶与嘌呤两两配对。

学生知道了两两配对时只有A与T配对、C与G配对才能形成稳定的结构，并且A和T之间是两个氢键，G和C之间是三个氢键。

学生学习到这种原则和碱基对的概念。

学生提出假说，并能根据已有的知识和资料得出正确结论。

问题5：两条脱氧核苷酸链是同向还是反向的？

资料5：

富兰克林给DNA拍了好多张X射线衍射图谱，她发现DNA在翻转180°后图谱看起来还是一样的。

学生根据富兰克林的发现，可以得出结论：DNA的两条链是反向平行的。

学生能够通过已有的资料进行探究，提高学生的能力。

DNA结构模型的构建

模型建构3：

小组合作构建一个DNA平面结构模型。

要求：含有4种不同的碱基对。

讲解DNA两条链的方向：DNA的一条单链具有两个末端，一端是游离的磷酸基团，这一端叫作5’-端，另一端有一个羟基（—OH），称作3’-端。一条单链是从5’-端到3’-端，另一条单链是从3’-端到5’-端。

学生动手操作，对刚刚已经拼好的一条链进行互补配对，形成一条DNA双链。

学生学习DNA的方向，认识5’-端和3’-端，更加深入理解DNA是由两条反向平行的链组成。

学生通过刚刚学习的知识，用构建物理模型的方式检验结果。

对DNA结构的进一步理解

问题6：DNA结构中的哪个结构是稳定不变的？哪个结构是千变万化的？

学生运用刚刚所学的知识，理解脱氧核糖和磷酸是稳定不变的，碱基对的排列顺序是千变万化的，所以遗传信息蕴藏在碱基对的排列顺序中。

灵活运用已学知识，培养学生科学思维。

DNA的特性以及实际应用

教师给出以下三句话，学生进行总结。①碱基对的排列顺序不同。②每个DNA中碱基对的特定排列顺序。③规则的双螺旋结构。

DNA特性的实际应用

DNA指纹技术在案件侦破工作中有重要的用途。刑侦人员将从案发现场收集到的血液、头发等样品中提取的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比较，就有可能为案件的侦破提供证据。

你能从右边的DNA指纹图中判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？

你还能说出DNA鉴定技术在其他方面的应用吗？

学生总结出DNA的特性：①多样性，②特异性，③稳定性。

学生根据一个小小的案例理解DNA的一大特性：特异性。

回答：1号，吻合度最高。

亲子鉴定、死者遗骸的鉴定等。

根据提示，学生进行归纳总结，并且进行运用，提高学生学习的能力。

总结DNA双螺旋结构的主要特点

教师给出填空：

（1）DNA是由___条单链组成的，按________的方式盘旋成______结构。

（2）_____________交替连接，排列在__侧，构成基本骨架；____排列在内侧。

（3）两条链上的碱基通过_____连接成______，且__和__配对，__和__配对，遵循_______________。

学生利用今日课堂上所学的知识进行填空，再次温习DNA双螺旋结构的特点。

以填空的形式总结DNA双螺旋结构的特点，学生能够抓住重点。

DNA的空间结构

从平面结构到空间结构，形成正确的DNA双螺旋结构。

1953年沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型。被誉为20世纪最伟大的发现。生命科学研究从此进入分子生物学领域。

学生初步认识DNA的双螺旋结构，避免以为平面结构就是双螺旋结构，形成正确的生命观念。

从平面结构到空间结构，能够更加准确地认识到DNA的结构。

拓展延伸

通过DNA结构发现过程的学习，你有什么启发？

1953年4月，英国Nature杂志刊登了沃森和克里克的大约1000字的文章《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》。

在文章的最后有一句名言：“我们还注意到我们所提出的特殊配对模式，提供了一种遗传物质可能的复制机制。”

学生回答本节课的启发。并对DNA复制的方式提起兴趣。

学生提出本节课学习的启发，并且对DNA复制的方式进行铺垫。

问题导入：

1. DNA作为遗传物质，可能具有什么性质？

2. 你了解DNA鉴定技术？

思考，结合实际回答相关问题。

从DNA功能引入教学，猜测DNA的特性。

一、DNA结构的探索过程

1. DNA的化学组成：分子组成、基本单位

2. 构建、完善DNA结构模型。

单链→双链

（1）DNA分子碱基的分布

（2）碱基的配对方式

（3）DNA两条链的方向性 

3. 回顾DNA分子的发现历史。

4. 总结DNA分子结构特点。

     展示背景：当时对DNA 的认识：DNA是由6种小分子组成。

展示磷酸、脱氧核糖和4种碱基的结构式；引导学生构建脱氧核苷酸的结构模型。

点评模型，明确磷酸与脱氧核糖的5号碳原子相连接，含N碱基与1号碳原子相连接。

进一步提出问题，脱氧核苷酸之间如何连接？→形成磷酸酯键。引导学生构建一条DNA单链；

追问“DNA是否只是这样的结构呢？”科学家是如何发现DNA 的双螺旋结构？播放视频，富兰克林等人运用X射线衍射技术为沃森和克里克发现DNA双螺旋结构提供了重要线索。

 展示图片资料1：1952年，富兰克林根据清晰的衍射图计算了DNA分子的平均直径，以及两个核苷酸之间的距离发现，DNA分子内部的直径是一样的， 并得出DNA是呈双螺旋的结构。

根据以上信息，利用手中材料构建DNA的双链结构模型。

探究1：碱基分布在DNA分子的内部还是外部？ 提供资料：细胞中的DNA处于液体环境，其中碱基具有疏水性，磷酸和脱氧核糖具有亲水性。→引导学生修正模型。

探究2：碱基是如何配对的？

点评学生模型中常见示例：同种碱基相互配对，引导学生根据碱基的结构特点分析这样的模型是否合理？违背了什么事实？推测可能是怎样的配对方式？        展示资料3：查哥夫对不同生物DNA的定量检测结果；该结果为碱基虎扑配对方式提供重要证据。

进一步追问：修改后的模型是否正确？如何验证？→探究3：两条脱氧核苷酸链是同向的还是反向的？          展示资料4：通过DNA翻转后的衍射图，知DNA的两条链方向应该是反向平行的。                   →点评学生模型，指出DNA两条链的方向性；短片介绍该项诺贝尔奖，以及DNA结构模型发现对人类生命科学的重大意义。  

问题1：DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？

问题2：DNA的外侧是由哪些物质组成的？碱基位于DNA的什么部位呢？

问题3：DNA中的碱基是如何配对的？它们是如何连接的？

回顾“核酸”内容，思考构成DNA的几种物质。

【构建模型】  观察结构式，关注结构中碳原子的编号；构建单个脱氧核苷酸；

小组合作，将构建的4个脱氧核苷酸链接成一条链状。 

根据已有知识能知道DNA是双螺旋结构；观看视频，初步感受DNA双螺旋结构的含义，感受科学家对DNA探索所用到的方法和思想。

猜测学生构建的双链模型有多种；两条链完全平行，磷酸在外侧，碱基内测；碱基外侧，磷酸和脱氧核糖内侧……等等。

     展示、交流评价，根据已有资料修正模型：碱基应该位于内测，磷酸和脱氧核糖位于外侧。

观察自己的模型，根据教师的引导，从DNA分子直径恒定和碱基的结构式角度，思考可能的配对方式，尝试修改模型：嘌呤和碱基配对；根据查哥夫实验数据，进一步确认：A-T、C-G配对。  

学生思考构建的模型是否正确取决于有无违背事实。将构建的模型与DNA衍射图比较分析；完善模型→DNA的两条链反向平行构成双螺旋。回顾DNA模型构建的历史，了解DNA模型构建中具有重大贡献的科学家，感受科学发现过程以及科学家的探索精神。

参照构建的DNA模型得出结论：（1）DNA分子是由两条链组成的，并按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且是：A和T配对，G和C配对。（碱基互补配对原则）

由旧知导入新知，创设学生熟悉的情境，当时对DNA的认识，正是学生们此时对DNA的了解程度，为后续一步步构建DNA结构作铺垫。

由小分子→脱氧核苷酸→一条DNA长链。通过学生的构建过程，帮助学生建立理解DNA分子的结构的层次性。

培养学生基于事实构建模型的能力，

引导学生分析过程，体会科学史中包含的科学方法、科学思想和科学精神。

培养学生的动手制作能力，引导想科学家一样，根据获取的事实资料不断修正模型，感受科学探究过程的曲折性。

培养学生给予事实发现问题和解决问题的能力，引导学生体会生命科学的本质，及其对人类生活的重大意义。

归纳总结，形成完整的知识体系：建构概念“DNA分子的结构”

二、DNA的分子结构特性

结合具体生活中DNA鉴定技术的应用，引导学生观察的结构模型，思考以下问题：

（1）DNA只有四种核苷酸，为何能储存大量的遗传信息？

（2）DNA指纹技术的应用是利用DNA的什么特性？

（3）DNA是如何保持结构的稳定的？引导学生从该角度理解生物遗传物质主要以DNA为主。

迁移应用：DNA相关计算

思考讨论和归纳“DNA分子结构的特性，及回答问题：稳定性、特异性、多样性

（1）遗传信息储存在碱基的排列顺序中→多样性

（2）每个DNA模型中碱基排列顺序是特定的 ，不同生物中DNA的排列顺序是不同的→特异性

（3）外侧的基本骨架，氢键及其维持的双链螺旋结构，一定程度上保证了DNA结构的稳定性，从而保证遗传的相对稳定，有利于生物的生存和繁殖。

联系实际和模型，体会：由DNA结构决定其特性，DNA的特性决定所具有的功能，作为生物的主要遗传物质，能携带和储存遗传信息；帮助学生形成结构与功能相适应的生命观念。

拓展延伸

1.DNA指纹技术的应用

2.辨别保健品功能真伪：保健品市场上曾出现了核酸保健品，指出人体可通过补充外源核酸达到延年益寿，促进细胞生长的效果。这种说法是否科学？

 思考、感受生命科学技术研究的意义和应用，回答相关问题。

培样学生迁移应用的能力和批判性思维。

板书设计

重点突出：DNA双螺旋结构；脱氧核苷酸；多样性、特异性。

课堂总结、提升。