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摘 要：本教学设计以问题串贯为引，结构模型建构为导，学生在探索科学史中，完成了DNA分子结构模型的制作，掌握了DNA分子结构的主要特点。
关键词：“DNA分子的结构”；问题探究；模型构建
一、教材分析
“DNA分子的结构”是高中生物必修2《遗传和进化》中第三章第二节的内容。在成功探索出“DNA是主要遗传物质”的基础上，本节进一步阐述DNA作为遗傳物质的结构基础，为后面内容的学习奠定了基础。由于DNA结构是微观的，比较抽象，学生学习起来会感到难以理解。若能通过多媒体课件的展示、科学史的重现来实现模型的构建，则可以较好地突破“DNA分子结构的主要特点”这一重难点，达到良好的教学效果。
二、课例展示
教具准备：用四种颜色的卡纸剪裁成的脱氧核糖核苷酸模型（不同颜色模型的碱基形状不同，以便代表四种脱氧核糖核苷酸），订书钉（代表氢键和磷酸二酯键）、实验室采购的DNA三维立体模型。
课前准备：以四人小组为单位分发2个订书机和多个不同类型的脱氧核糖核苷酸模型。
1.课题导入
科学家在通过实验证明了DNA是生物体的主要遗传物质之后，又迫切得想知道DNA是如何储存遗传信息的？想要回答以上问题必须了解DNA的结构。教师展示中关村的DNA双螺旋建筑，说明DNA具有双螺旋结构这一重大发现离不来科学家克里克和沃森的贡献。今天让我们一起来重温他们的研究过程，构建DNA模型并探究DNA分子的结构。
【设计意图】利用结构决定功能这一科学思想以及直观的图片展示，激发学生学习兴趣，引导学生进入新课的学习。
2.DNA分子模型构建
模型构建1：脱氧核糖核苷酸
教师通过多媒体向学生展示【资料1】：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的单位是_____，且每个脱氧核苷酸是由_____、_____、_____构成的。
模型建构2：脱氧核苷酸链
教师展示【资料2】：DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链构成的。
提出问题：一个个脱氧核苷酸要连接成长链，怎么连呢？学生代表回答脱水缩合，教师点评，学生动手操作利用订书机将一个个脱氧核糖核酸模型连接起来，制作成脱氧核苷酸链，展示模型，教师评价，课件展示正确的连接方法。
模型建构3：DNA平面结构
教师展示【资料3】：沃森和克里克根据当时掌握的资料，推算出DNA呈螺旋结构，最初尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，最后确定DNA结构为双螺旋结构。
提出问题：DNA分子由几条脱氧核糖核苷酸链？（两条）；这两条脱氧核糖核苷酸链是随随便便结合在一起吗？有没有什么规律和要求呢？碱基排列在内侧还是外侧呢？（教师边实物展示两条脱氧核苷酸链模型的多种排列方式边提出上述问题，让学生通过直观的观察进行思考）
教师展示【资料4】：在最初建构模型中，碱基置于螺旋的外部。在威尔金斯为首的一批科学家的帮助下，他们否定了最初建立的模型。在失败面前，沃森和克里克没有气馁，他们又重新构建了一個将磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。
提出问题：DNA分子双链结构中碱基排列在内侧还是外侧？（内侧）；利用多媒体展示双链碱基的多种配对方式，继续提问：碱基之间又是如何配对的呢？是相同类型碱基进行配对呢？还是不同类型碱基进行配对？
教师展示【资料5】：沃森和克里克最初构建的模型，连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的，即A与A、T与T配对（教师PPT展示这种配对方式下的DNA平面模型）。但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律。
教师展示【资料6】：1952年，沃森和克里克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。
提出问题：怎样的模型才能在任何情况下都符合这样的科学事实？学生对资料5和资料6进行整合、分析，成功得获得了这一科学信息：腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对。
结合教材P49图3-11DNA分子的结构模式图进行DNA平面结构的建构（在学生建构过程中，教师注意捕捉细节，对一些生成性的问题进行及时处理和纠正），交流、分享和评价小组间的成果，最后教师点评，给予肯定和鼓励，让学生体会获得成功的喜悦，激发学生自主探究的主动性，增强学习信心。
模型建构4：DNA立体结构
（过渡）模型构建的正确与否关键要看是否与DNA原型一致。DNA原型是怎样的呢？教师通过展示DNA的X射线衍射图谱来揭开DNA神秘面纱。继续发问：科学家从图谱中推算出DNA应呈螺旋结构，应如何体现DNA的双螺旋结构呢？（教师指导学生在制作好的DNA双链平面模型基础上进行旋转即可完成DNA立体结构的建构）
教师通过展示、对比克里克和沃森将利用金属材料制作的模型与拍摄到的X射线衍射照片，发现两者完全符合，验证了模型构建的科学性。
组织学生对制作的模型进行小组内自评、组间他评后，继续引导学生观察不同组DNA模型的相同点和不同点，为DNA分子结构特点和特性的展开做好铺垫。
【设计意图】立足科学史，学生在构建模型的过程中，分享互动的乐趣，培养合作精神，深刻体会DNA两条链的排列方式，碱基互补配对原则，突破空间想象障碍，了解DNA双螺旋结构的基本内容。
3.DNA结构模型分析
通过DNA立体结构模型的直观呈现，借助于问题串：①DNA分子中，外侧由什么连接而成？内侧是什么？②条链之间碱基的连接有什么规律？③构成DNA的两条链有怎样的关系？引导学生思考并总结DNA分子的结构特点和特性。（学生边总结，教师边板书）
结构特点：①DNA分子是有两条链组成，盘旋成双螺旋结构；②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧；③碱基通过氢键连接成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。结构特性：稳定性、多样性、专一性
【设计意图】以构建好的DNA模型为依托，在关键词的引导下，学生自主分析模型、主动探究，自主归纳出DNA双螺旋结构的主要特点以及特性，达成本节的教学目标。
4.小结提升
利用“元素”“基本单位”“平面结构”“立体结构”等关键词进行概念图构建，进行点睛之笔。
三、教学反思
首先，学生在科学史的探讨，模型的合作探究，结果的展示等过程中，掌握了DNA分子的结构特点，锻炼了动手操作技能，培养了团结协作精神，领悟了科学就是在曲折中不断修正完善的一个过程。其次，采用问题教学法，激发学习兴趣，培养理性思维能力。
关键词：“DNA分子的结构”；问题探究；模型构建
一、教材分析
“DNA分子的结构”是高中生物必修2《遗传和进化》中第三章第二节的内容。在成功探索出“DNA是主要遗传物质”的基础上，本节进一步阐述DNA作为遗傳物质的结构基础，为后面内容的学习奠定了基础。由于DNA结构是微观的，比较抽象，学生学习起来会感到难以理解。若能通过多媒体课件的展示、科学史的重现来实现模型的构建，则可以较好地突破“DNA分子结构的主要特点”这一重难点，达到良好的教学效果。
二、课例展示
教具准备：用四种颜色的卡纸剪裁成的脱氧核糖核苷酸模型（不同颜色模型的碱基形状不同，以便代表四种脱氧核糖核苷酸），订书钉（代表氢键和磷酸二酯键）、实验室采购的DNA三维立体模型。
课前准备：以四人小组为单位分发2个订书机和多个不同类型的脱氧核糖核苷酸模型。
1.课题导入
科学家在通过实验证明了DNA是生物体的主要遗传物质之后，又迫切得想知道DNA是如何储存遗传信息的？想要回答以上问题必须了解DNA的结构。教师展示中关村的DNA双螺旋建筑，说明DNA具有双螺旋结构这一重大发现离不来科学家克里克和沃森的贡献。今天让我们一起来重温他们的研究过程，构建DNA模型并探究DNA分子的结构。
【设计意图】利用结构决定功能这一科学思想以及直观的图片展示，激发学生学习兴趣，引导学生进入新课的学习。
2.DNA分子模型构建
模型构建1：脱氧核糖核苷酸
教师通过多媒体向学生展示【资料1】：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的单位是_____，且每个脱氧核苷酸是由_____、_____、_____构成的。
模型建构2：脱氧核苷酸链
教师展示【资料2】：DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链构成的。
提出问题：一个个脱氧核苷酸要连接成长链，怎么连呢？学生代表回答脱水缩合，教师点评，学生动手操作利用订书机将一个个脱氧核糖核酸模型连接起来，制作成脱氧核苷酸链，展示模型，教师评价，课件展示正确的连接方法。
模型建构3：DNA平面结构
教师展示【资料3】：沃森和克里克根据当时掌握的资料，推算出DNA呈螺旋结构，最初尝试了很多种不同的双螺旋和三螺旋结构模型，最后确定DNA结构为双螺旋结构。
提出问题：DNA分子由几条脱氧核糖核苷酸链？（两条）；这两条脱氧核糖核苷酸链是随随便便结合在一起吗？有没有什么规律和要求呢？碱基排列在内侧还是外侧呢？（教师边实物展示两条脱氧核苷酸链模型的多种排列方式边提出上述问题，让学生通过直观的观察进行思考）
教师展示【资料4】：在最初建构模型中，碱基置于螺旋的外部。在威尔金斯为首的一批科学家的帮助下，他们否定了最初建立的模型。在失败面前，沃森和克里克没有气馁，他们又重新构建了一個将磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋。
提出问题：DNA分子双链结构中碱基排列在内侧还是外侧？（内侧）；利用多媒体展示双链碱基的多种配对方式，继续提问：碱基之间又是如何配对的呢？是相同类型碱基进行配对呢？还是不同类型碱基进行配对？
教师展示【资料5】：沃森和克里克最初构建的模型，连接双链结构的碱基之间是以相同碱基进行配对的，即A与A、T与T配对（教师PPT展示这种配对方式下的DNA平面模型）。但是，有化学家指出这种配对方式违反了化学规律。
教师展示【资料6】：1952年，沃森和克里克从奥地利生物化学家查哥夫那里得到了一个重要的信息：腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量，鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量。
提出问题：怎样的模型才能在任何情况下都符合这样的科学事实？学生对资料5和资料6进行整合、分析，成功得获得了这一科学信息：腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对。
结合教材P49图3-11DNA分子的结构模式图进行DNA平面结构的建构（在学生建构过程中，教师注意捕捉细节，对一些生成性的问题进行及时处理和纠正），交流、分享和评价小组间的成果，最后教师点评，给予肯定和鼓励，让学生体会获得成功的喜悦，激发学生自主探究的主动性，增强学习信心。
模型建构4：DNA立体结构
（过渡）模型构建的正确与否关键要看是否与DNA原型一致。DNA原型是怎样的呢？教师通过展示DNA的X射线衍射图谱来揭开DNA神秘面纱。继续发问：科学家从图谱中推算出DNA应呈螺旋结构，应如何体现DNA的双螺旋结构呢？（教师指导学生在制作好的DNA双链平面模型基础上进行旋转即可完成DNA立体结构的建构）
教师通过展示、对比克里克和沃森将利用金属材料制作的模型与拍摄到的X射线衍射照片，发现两者完全符合，验证了模型构建的科学性。
组织学生对制作的模型进行小组内自评、组间他评后，继续引导学生观察不同组DNA模型的相同点和不同点，为DNA分子结构特点和特性的展开做好铺垫。
【设计意图】立足科学史，学生在构建模型的过程中，分享互动的乐趣，培养合作精神，深刻体会DNA两条链的排列方式，碱基互补配对原则，突破空间想象障碍，了解DNA双螺旋结构的基本内容。
3.DNA结构模型分析
通过DNA立体结构模型的直观呈现，借助于问题串：①DNA分子中，外侧由什么连接而成？内侧是什么？②条链之间碱基的连接有什么规律？③构成DNA的两条链有怎样的关系？引导学生思考并总结DNA分子的结构特点和特性。（学生边总结，教师边板书）
结构特点：①DNA分子是有两条链组成，盘旋成双螺旋结构；②脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧；③碱基通过氢键连接成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。结构特性：稳定性、多样性、专一性
【设计意图】以构建好的DNA模型为依托，在关键词的引导下，学生自主分析模型、主动探究，自主归纳出DNA双螺旋结构的主要特点以及特性，达成本节的教学目标。
4.小结提升
利用“元素”“基本单位”“平面结构”“立体结构”等关键词进行概念图构建，进行点睛之笔。
三、教学反思
首先，学生在科学史的探讨，模型的合作探究，结果的展示等过程中，掌握了DNA分子的结构特点，锻炼了动手操作技能，培养了团结协作精神，领悟了科学就是在曲折中不断修正完善的一个过程。其次，采用问题教学法，激发学习兴趣，培养理性思维能力。