制作DNA双螺旋结构模型的教学设计

制作DNA双螺旋结构模型的教学设计

一、教学背景分析

【教材分析】

本实验既可加深学生对“DNA结构”的感性认识和理解，也可以培养学生的动手能力。 教材首先介绍了该实验的“实验原理”。从制作DNA模型前应该考虑的问题、制作过程做了详细阐述。 教材接着说明了制作的“目的要求”。要求通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结理解和认识。

教材第三部分清楚地列出了该实验所需要的“材料用具”。特别应明白用什么代表磷酸、什么代表糖、什么代表含氮碱基。以及用什么对它们进行连接。

教材第四部分更为详细地介绍该实验的“方法步骤”。 从制作“基本单位→脱氧核苷酸长链→DNA结构→DNA的空间结构”这一步骤详细地作了说明。 因此，我们从如下几方面对该实验做本质性的准备：

1．知识结构的联系：要明确DNA的化学元素是C、H、O、N、P，由它们组成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，再由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子的含氮碱基组成基本单位一—脱氧核苷酸；再由脱通过聚合作用形成DNA分子。

2．掌握该实验的知识点：对理解和掌握“DNA分子的功能（复制和表达)”、“遗传和变异”以及“基因工程”打下了较好的理论基础。 3．实验操作的关键：该实验成败的关键是连接。 【学情分析】

学生在学习了相关的遗传物质的结构和功能之后，对DNA有了初步的了解，但是对于双螺旋结构的巧妙之处还是不能很好的掌握和理解，因此通过这个实验，怎样引导才能使学生对DNA知识有更深的理解是本课的关键所在。

二、教学目标

【知识目标】

（1）．初步学会制作DNA双螺旋结构模型，掌握制作技术。 （2）．进一步理解和掌握DNA分子的结构。 （3）．理解碱基互补配对原则。

【能力目标】

（1）．通过引导学生进行动手操作，并进行实验观察，培养学生投身科学实验的参与精神； （2）．通过组织学生活动，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；

【情感态度与价值观目标】

（1）．培养学生科学探究的精神和严谨的科学态度；

（2）．培养学生用微观和宏观的不同角度来看待生物中的一些现象。

三、教学重难点

1、加深学生对碱基互补配对原则的理解 2、理解DNA的多样性和特异性

3、掌握制作“DNA双螺旋结构模型”的技术。

实施方案：①对每小组进行关键步骤指导； ②对连接方式进行讲解；板书说明制作的程序和重要环节；④诱导学生理解各步骤的连接及原理。

为了加深学生对知识的理解和应用，在学生动手操作的过程中，不能让他们按照模型里的说明书进行组装和操作，而是应该由教师给出一定的要求，让学生按照教师的相应的要求进行操作。比如组装的顺序可以设计如下：脱氧核糖核苷酸→脱氧核糖核苷酸链→双螺旋结构。另外，不同的小组分别组装不同碱基对排列顺序的DNA模型。

四、实验实施准备

【教师准备】

硬塑方框2个(长约10cm)，细铁丝2根(长约0.5 m)，球形塑料片(代表磷酸)若干，双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)若干，4种不同颜色的长方形塑料片(代表4种不同碱基)若干，粗铁丝2根(长约10 cm)，订书钉。 【学生准备】

1.预习实验“制作DNA双螺旋结构模型”，了解DNA结构的相关信息。 2.进行分组。

3.以组为单位展开交流学习，总结DNA双螺旋结构的组成、特点等知识。

通过课前准备，学生进一步提高学习兴趣，再次激发实验探究的热情；较大程度上节省了课堂时间；为探究实验的成功打基础。

五、教学方法

【教法】 分析评价法、直观演示法

2

【学法】 自主学习法、合作交流法

六、教学媒体

黑板、多媒体计算机

七、课时安排

由于该实验内容较为简单，无需提前进行预实验，故时长为一课时（40min）

八、教学过程

程序及时间安排 提出提出问题：什么是生物主要的遗传物质?科学家通思考 激发学生学习的兴趣及探究热情，主动思考 回顾基础知识 问题过什么实验得以证明? 2．这种物质具有什么样的结构?引入是谁发现的?具有什么划时代意义？ 课题 想要解决以上的问题，同学们先完成课件上的【基幻灯片出示。 【基础知识】 _____________、_____________、____________构成，题 这几种物质之间的连接方式可用图表示如下： 答案：脱氧核苷酸 一分子含氮碱基 一分子脱氧核糖 一分子磷酸 2．在DNA分子中，每个脱氧核苷酸之间是在_____________部位连接成长链。 答案：脱氧核糖和磷酸 3．DNA分子两条长链的方向是__________________________，它们之间的碱基按____________即A（_____________）一定与______（________）配对；______ （_______）一定与__________（___________）配对并靠___________键相连接。DNA分子的立体构型是_________________________。

3

教师行为 预设学生 活动 设计意图 5min 础知识】。 1．组成DNA的基本单位是____________，它是由思考、回答问 答案：反向平行 碱基互补配对原则 腺嘌呤 T（胸腺嘧啶） G（鸟嘌呤） C（胞嘧啶） 氢 规则的双螺旋结构 实验20min 现在我们大家共同来进行试验一个课题“制作DNA1.实验原理 首先请同学说出本实验的原理。 教师对学生的回答做出表扬并完善答案：（1）DNA双螺旋结构组成成分含有磷酸、碱基、核苷酸；（2）DNA双螺旋结构以4种碱基，按碱基互补配对的原则（3）碱基与磷酸基团之间以3,5磷酸二酯键进行连接；而碱基与碱基之间以氢键进行连接。 2.引导学生进行探究实验的思考 （1）自主设计。让学生设计模型的样式，并根据学生的设计进行点评。 让学生小组讨论，形成小组的实验方案，设计出实验图。学生回答问题，然后由兴趣小组成员展示实验图，并解释此设计的构思。 （3）实施实验。注意事项：按照实验方案分工合作， 教师实验进行引导建议，实验过程中注意安全。 学生们相互之间进行点评打分：打分的原则如下： 思考、讨论 1．科学性：要能够体现DNA的分子结构特点。包括DNA对模分子各个组件的比例是否科学，能否体现型制出碱墓配对的情况，能否灵活转动成双螺旋，以及每个螺旋中的碱基数目是否正确作进等等。 行点2．艺术性：要美观大方。 评打3．创造性：要能够突破老师或课本上提供的材料和制分 作方法。 10min 4．实用性：便于拆卸，便于保存，能够反复使用。 5．超前性：利用该模型还可以作为DNA分子复制的适宜模型。 课堂训练：如下图所示，下列制作的DNA双螺旋模型中，连接正确的是（ ） 认同生物学知识在实践，并培养其在多方面综合考虑问题的习惯。 学生回答 探究思维 探究 双螺旋模型”。 （2）提出问题。本实验进行中需要注意哪些问题？ 讨论、思考 激发学生的 4

结束 min 讨论①：作为遗传物质，应该储存有大量的遗传信息。DNA分子只含有4种脱氧核苷酸，它是怎样储存足够量的遗传信息的? 讨论②：作为遗传物质，应该能够精确地复制自己。设想一下，DNA分子是如何复制自己的? DNA双螺旋结构 思考 引起学生思考，激发兴趣 板书一、 DNA双螺旋结构模型的设计与讨论 设计 二、 DNA双螺旋结构模型的制作

九、教学设计反思

本实验课，经过以上这样的教学设计之后，我觉得可以达到以下几个目的：Ⅰ、可以排除学生简单的按照模型说明书上的图示进行模仿，使他们能动手动脑相结合，符合新课程对教学行为的要求，教师真正起到了主导的作用，也真正体现出了学生的主体性；Ⅱ、经过几个小组组装出的不同的DNA的比较。Ⅲ、通过教师给出具体的要求，比如一条脱氧核糖核苷酸链上的碱基排列顺序，这样不仅可以加深学生对DNA多样性的理解，对于今后解决“某DNA含有100个碱基，这样的DNA可以有多少种？”会有更多的体会。同时，通过讲练结合，使知识落实的更加到位。因此，这节实验课经过这样的教学设计之后，更加符合新形势下新课改的要求，也更能体现新课标的精神。

十、本实验近十年参考文献

1. 向义和.“ DNA双螺旋结构是怎样发现的”.《物理与工程》2005年02期 2.吴圣潘.制作DNA双螺旋结构模型实验材料的筛选.《生物学教学》2009年第05期

十一、近十年相关考题

5

（2012山东）5.假设一个双链均被32P标记的噬菌体DNA由5000个碱基对组成，其中腺嘌呤占全部碱基的20%。用这个噬菌体侵染只含31P的大肠杆菌，共释放出100个子代噬菌体。下列叙述正确的是

A.该过程至少需要3×105个鸟嘌呤脱氧核苷酸 B.噬菌体增殖需要细菌提供模板、原料和酶等 C.含32P与只含31P的子代噬菌体的比例为1：49 D.该DNA发生突变，其控制的性状即发生改变 【答案】C

（2012四川）2.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新置入大肠杆菌的细胞内，通过发酵就能大量生产人生长激素。下列叙述正确的是（ ） A．发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初级代谢产物 B．大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 C．大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤与尿嘧啶含量相等 D．生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶 【答案】B。

（2012江苏）2.人类对遗传物质本质的探索经历了漫长的过程，下列有关叙述正确的是（ ） A. 孟德尔发现遗传因子并证实了其传递规律和化学本质

B. 噬菌体侵染细菌实验比肺炎双球菌体外转化实验更具说服力“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品

C. 沃森和克里克提出在 DNA 双螺旋结构中嘧啶数不等于嘌呤数 D. 烟草花叶病毒感染烟草实验说明所有病毒的遗传物质是 RNA 【答案】B

（2012福建）5.双脱氧核苷酸常用于DNA测序，其结构与脱氧核苷酸相似，能参与DNA 的合成，且遵循碱基互补配对原则。DNA 合成时，在DNA 聚合酶作用下，若连接上的是双脱氧核苷酸，子链延伸终止；若连接上的是脱氧核苷酸，子链延伸继续。在人工合成体系中，有适量的GTACATACATC的单链模板.胸腺嘧啶双脱氧核苷酸和4种脱氧核苷酸，则以该单链为模板合成出的不同长度的子链最多有（ ） A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 【答案】D

（2011上海）27．某双链DNA分子含有400个碱基，其中一条链上A：T：G：C＝1：2：3：4。下列表述错误的是

6

A．该DNA分子的一个碱基改变，不一定会引起子代性状的改变 B．该DNA分子连续复制两次，需要游离的腺嘌呤脱氧核苷酸120个 C．该DNA分子中4种碱基的比例为A：T：G：C＝3：3：7：7 D．该DNA分子中的碱基排列方式共有4200种

（2010上海）4．细胞内某一DNA片段中有30％的碱基为A，则该片段中 A．G的含量为30％ B．U的含量为30％ C．嘌呤含量为50％ D．嘧啶含量为40％

（2010江苏）1.下列关于核酸的叙述中，正确的是 A.DNA和RNA中的五碳糖相同 B.组成DNA与ATP的元素种类不同 C. T2噬苗体的遗传信息贮存在RNA中 D.双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数 【答案】D

（2009广东）24. 有关DNA分子结构的叙述，正确的是 A. DNA分子由4种脱氧核苷酸组成

B. DNA单链上相邻碱基以氢键连接“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）

C. 碱基与磷酸基相连接

D. 磷酸与脱氧核糖交替连接构成DNA链的基本骨架

（2008上海）26．某个DNA片段由500对碱基组成，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA片段复制2次，共需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸分子个数为 A．330 B．660 C．990 D．1320 答案：C

（2007山东）7.DNA分子经过诱变，某位点上的一个正常碱基（高为P）变成了尿嘧啶，该DNA连续复制两次，得到的4个子代DNA分子相应位点上的碱基对分别为U-A、A-T、G-C、C-G，推测“P”可能是

A．胸腺嘧啶 B．腺嘌呤 C．胸腺嘧啶或腺嘌呤 D．胞嘧啶 【答案】D

（2007上海）24.已知某DNA分子含有1 000个碱基对，其中一条链上A∶G∶T∶C=1∶2∶

7

3∶4。该DNA分子连续复制2次，共需要鸟嘌呤脱氧核苷酸分子数是 A.600个

8

B.900个 C.1200个 D.1800个

【答案】D。

附：

DNA双螺旋结构模型的实验设计

生命科学学院 2011级生物技术 201111001086 张媛梦

一、 实验原理

依据沃森和克里克提出的DNA分子双螺旋结构。其主要特点如下：（1）每个DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则的双螺旋结构。脱氧核苷酸长链的两端是不同的，一端是脱氧核糖上羟基，另一端是磷酸基，而DNA分子两条长链的同一端，一个是磷酸基，另一个则是羟基，因而两条长链的方向是相反的。(2)DNA分子的外侧是脱氧核糖和磷酸交替连结构成的基本骨架，内侧是碱基对。(3)DNA分子两条链上的内侧碱基按照碱基互补配对原则(A配T，G配C)两两配对，通过氢键互相连结。

二、 实验材料

硬塑方框2个(长约10 cm或视两个通过氢键连接的脱氧核苷酸模型宽度而定，方框也可用其他硬质材料代替)，细铁丝两根(长约0.5 m或视制作的长链长度而定)，圆形塑料片(代表磷酸)若干、双层五边形塑料片(代表脱氧核糖)若干、4种不同颜色的长方形塑料片(代表四种不同碱基)若干，这些塑料材料也可用其他材料如硬纸板、泡沫板、卡纸等代替。粗铁丝两根（长约10 cm或视两个通过氢键连接的脱氧核苷酸模型宽度而定）、订书器、订书钉。

三、实验方法与步骤

(1)预习DNA分子结构

DNA分子的基本组成单位是脱氧核苷酸。一分子脱氧核苷酸由一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸基组成。脱氧核糖上的羟基与含氮碱基结合生成脱氧核苷，脱氧核苷另一位置上羟基与磷酸酯化生成脱氧核苷酸，它们的连接部位如图6—4—1所示。 在DNA分子中，脱氧核苷酸分子之间通过磷酸与脱氧核糖之间的氢键相互连接而成长链，链的方向是从磷酸基到脱氧核糖，但两条链走向相反，两条链内侧的碱基通过氢键配对连接，这样方向相反的两条平行长链盘旋而成的规则双螺旋结构，这就是DNA分子的立体构型。

(2)制作DNA模型 ①先做支架

取一个硬塑方框，在硬塑方框一侧的两端各拴上一条长约0.5 m或视制作的长链长度而定的细铁丝。

②制作脱氧核苷酸模型

9

将一个圆形塑料片(代表磷酸)和一个长方形塑料片(4种不同颜色的长方形塑料片分别代表4种不同的碱基)，分别用钉书钉连接在一个剪好的五边形塑料片上(代表脱氧核糖)，用同样的方法制作出一个个含有不同碱基的脱氧核苷酸模。 ③制作多核苷酸长链模型

将若干个制成的脱氧核苷酸模型，按照一定的碱基顺序(可自行设定)依次穿在长细铁丝上。

④制作DNA平面结构模型。按同样方法制作好DNA的另一条脱氧核苷酸链(注意碱基的顺序与第一条链上碱基顺序互补配对，但方向相反)。用钉书针将两条链之间的互补碱基连接好。

⑤制作DNA的空间结构模型。将穿好脱氧核苷酸长链的两条细铁丝的末端分别拴到另一个硬塑方框一侧的两端，并在所制模型的背侧用两根较粗的铁丝加固。双手分别提起硬塑方框，拉直双链，向右旋转一下，即可得到一个DNA分子的双螺旋空间结构模型。

四、注意事项

①制作磷酸、脱氧核糖和含氮碱基的模型材料时，须注意各分子的大小比例。 ②磷酸、脱氧核糖、碱基三者之间的连接部位要正确。 ③整个制作过程中，各种模型零件间的连接必须牢固。

④制作DNA的两条长链时，必须注意每条链上的碱基总数要一致，碱基对间应是互补配对的，两条链的方向是相反的。

⑤由平面结构右旋成立体结构时，若未成规则的双螺旋，则应矫正。

10