模型建构在《DNA分子结构》教学中的运用

田玉辉

【教学目标】

1. 知识目标：概述DNA分子结构的主要特点。

2. 能力目标：尝试制作DNA模型，结合资料分析DNA双螺旋结构的特点。

3. 情感目标：体验建立DNA双螺旋结构模型的艰辛与曲折，体验科学家的奉献精神，形成勇于创新的科学态度。

【教学重点】 DNA双螺旋结构及特点

【教学难点】 制作DNA平面结构模型

【课前准备】 制作DNA分子结构模型的构件（磷酸、脱氧核糖、四种含氮碱基）若干，多媒体课件。

【教学过程】

一、导入

我们学习了DNA是主要的遗传物质，明确了DNA在传宗接代﹑生命延续中的重要作用，这与它的结构和功能密切相关，这节课就让我们共同探讨DNA的分子结构。

二、讲授新课

师：请同学们依据问题一﹑二阅读课本P67第二﹑三自然段的内容（屏幕展示问题一﹑二）。

问题一：构成DNA分子的基本单位是什么？

问题二：一分子脱氧核苷酸由哪几部分构成？

（生：阅读）

师：让学生集体回答问题一，提问问题二。

生：一分子脱氧核苷酸由一分子磷酸，一分子脱氧核糖和一分子含氮的碱基构成。

师：在学生回答的基础上，屏幕展示磷酸，脱氧核糖和含氮碱基的结构式，在学生观察结构式特点的基础上，介绍脱氧核糖及四种含氮的碱基（对脱氧核糖主要介绍1﹑2﹑3﹑4﹑5五个碳原子所在位置及连接基团，其中1﹑3﹑5三个碳原子的位置连接的3个—OH可分别以一定的化学键与其他的基团相连接；对四种含氮的碱基主要介绍包含两种单环化合物胞嘧啶﹑胸腺嘧啶和两种双环化合物鸟嘌呤﹑腺嘌呤的区别及简写符号）。

问题三：这三部分是如何构成脱氧核苷酸的呢？

师：屏幕展示问题三和磷酸，脱氧核糖﹑含氮碱基的结构式，为方便研究，我们分别用简单的图形来代表，P代表磷酸， 代表脱氧核糖， 代表含氮的碱基，屏幕展示代表符号。

师：请同学们两人一组，利用所给的材料尝试三者的连接。

生：两人一组构建脱氧核苷酸模型。

师：巡回观察，再让同学们展示建构方案和结果。（可能有多种结果）

师：哪一种正确呢？请看屏幕（动画演示磷酸与脱氧核糖的第五个碳原子相连；含氮碱基与第一个碳原子相连）。

（生：观察动画并回答。）

师：同你的连接一样吗？若不一样请加以修正。

（生：交流，修正。）

师：屏幕演示正确的建构结果。

师：通过你的连接，你发现脱氧核苷酸共有几种？

生：四种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸，鸟嘌呤脱氧核苷酸，胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸。

师：屏幕展示四种脱氧核苷酸，然后提示很多个脱氧核苷酸以一定的方式连接成高分子化合物，这让我们联想到生物体内的另一种高分子化合物蛋白质，它是如何构成的？

生：由基本单位氨基酸通过脱水缩合形成多肽链，多肽链通过一定的空间结构形成蛋白质。

师：事实上，脱氧核苷酸也是通过一定的方式构成脱氧核苷酸链的，进而形成完整的DNA这一高分子化合物的？那脱氧核苷酸是如何构成脱氧核苷酸链的（问题四）？屏幕展示问题四。

生：各小组尝试构建脱氧核苷酸链。

生：展示构建方案与结果。

师：到底是如何连接的呢？请看屏幕。（动画演示脱氧核苷酸之间的连接位置）

生：在观察的基础上，回答：上一个脱氧核苷酸的脱氧核糖的第三个碳原子与下一个脱氧核苷酸的磷酸脱去一分子水，通过磷酸二酯键相连。

师：在学生回答的基础上，动画演示很多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键形成脱氧核苷酸链。

师：同你的连接一样吗？若不一样请加以修正。

（生：交流，修正。）

师：细胞内的DNA都是单链吗？请看屏幕。（展示资料一，几种生物的DNA碱基组成表，并交代表的看法，同时思考讨论，表中5种生物的碱基组成及比例有何规律？）

生：A=T，C=G。

师：同学们的回答正符合科学家的研究发现，请看屏幕[展示资料2，查可夫研究结果（A=T，C=G），并思考讨论：如果DNA是一条单链，是否具有上述规律？这种可能性大吗？如果是双链，是否更符合这种规律？请尝试构建DNA双链。]

生：小组构建DNA双链。

生：展示构建方案和结果。

师：到底是如何构建的呢？请看屏幕。（演示DNA双链平面结构图）

生：在观察的基础上，修正自己的构建结果，再展示，学生在再展示的基础上，回答修正的依据是什么？直到正确为止，并总结DNA平面结构的特点。

师：屏幕展示DNA平面结构特点：

1. 两条长链按反方向平行方式排列；

2. 外例：脱氧核糖和磷酸交替连接；

3. 内例：两条链上的碱基通过氢键形成碱基对，且碱基对有一定的规律。（A—T，C—G配对）

师：为什么A—T，G—C配对呢？

生：有两个原因：1.氢键数目不一样，A与T之间有两个氢键，G与C之间有3个氢键，2.嘌呤是双环化合物，嘧啶是单环化合物，要保证两链平行，必是A与T配对，G与C配对。

师：这正是碱基互补配对原则，该配对原则正符合查可夫的研究结果，那细胞内的DNA应该是单链？还是双链？

生：双链。

师：既然细胞内的DNA是双链，那么，它的空间结构也是平面的吗？请看屏幕（展示资料3：1951年英国科学家威尔金斯和富兰克林的DNA的X射线衍射图谱。资料4：1953年沃森和克里克根据DNA X射线衍射图谱及DNA分子不同碱基之间的数量关系的分析，提出了DNA分子的双螺旋结构模型，同时屏幕展示DNA的双螺旋模型。）

生：观察DNA双螺旋结构模型，在观察的基础各小组结合课本内容，总结双螺旋结构特点（DNA分子是向右盘旋的双螺旋结构，螺旋直径约2nm，螺距约为3.4nm，每个螺距内有10对碱基对，两个相邻碱基对平面的垂直距离约为0.34nm。）

三﹑总结：

师：通过本节课，你学到了哪些？请谈谈收获。

（生：回答）（略）