2022年安徽省普通高中新課程新教材優(yōu)質(zhì)課評選團(tuán)體比賽生物學(xué)學(xué)科教學(xué)設(shè)計第2節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)教材分析本節(jié)是2019年人教版高中生物學(xué)必修二《遺傳與進(jìn)化》第3單元“基因的本質(zhì)”第2節(jié)內(nèi)容，第1節(jié)通過實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)后，本節(jié)依據(jù)DNA的功能，提出探討DNA的結(jié)構(gòu)并闡明DNA分子的結(jié)構(gòu)特點，為后面介紹DNA的復(fù)制、DNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成等內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。學(xué)情分析經(jīng)過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道脫氧核糖核苷酸的基本結(jié)構(gòu)以及磷酸、脫氧核糖、堿基的基本概念，對DNA有一定了解。但是，學(xué)生磷酸二酯鍵掌握的程度并不好，對“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的精美”、“基因與DNA是什么關(guān)系”并不清楚。本節(jié)課構(gòu)建DNA的物理模型，通過學(xué)生親歷證實或證偽，完成模型的制作，學(xué)生對DNA結(jié)構(gòu)有更深層次的理解，為后面遺傳和變異等內(nèi)容的學(xué)習(xí)夯實知識基礎(chǔ)。素養(yǎng)目標(biāo)目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4通過尋找科學(xué)史實驗資料，學(xué)生經(jīng)歷證實或者證偽的過程，明確科學(xué)家在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的過程中是必須基于證據(jù)的。倡導(dǎo)提出假說、驗證假說，最終得到結(jié)論的科學(xué)方法。通過結(jié)合科學(xué)史資料與自行設(shè)計驗證小實驗，學(xué)生學(xué)會將難以理解的結(jié)論或語言，用簡易的實驗演示出來。提升學(xué)生將思維轉(zhuǎn)化為可視結(jié)果的能力。通過體會沃森和克里克在構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，需要應(yīng)用到數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科知識，學(xué)生體會學(xué)科融合的重要性；同時體會交流互助對真理發(fā)現(xiàn)的作用。認(rèn)同質(zhì)疑、批判或支持等思維對生物學(xué)科發(fā)展的促進(jìn)作用；體會基于證據(jù)的證實、或證偽對科學(xué)發(fā)展的重要作用。學(xué)生認(rèn)同我國科學(xué)家首次合成牛胰島素的重要性，提升學(xué)生的社會責(zé)任感與勇于擔(dān)當(dāng)?shù)木瘛?.教學(xué)思路DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)探索的成功，誕生了一門新的學(xué)科分子生物學(xué)，使得人們對生命世界的研究從細(xì)胞層面走向分子層面。一般教學(xué)中通常采用圖片、模型，或者視頻來展現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)，在一定程度上使DNA結(jié)構(gòu)直觀化。但缺點在于學(xué)生參與度低，不能真正理解DNA的結(jié)構(gòu)到底怎樣構(gòu)建出來的?又是基于什么證據(jù)必須這樣構(gòu)建?本設(shè)計將科學(xué)史資料和模型搭建結(jié)合起來，沿著沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的歷程，基于科學(xué)家的思路，證實或證偽，探索DNA結(jié)構(gòu)之迷。一些小實驗可以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)學(xué)生自主探究DNA結(jié)構(gòu)相關(guān)知識。師生邊探索邊總結(jié)DNA雙螺旋主要特點，實現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與功能探究的統(tǒng)一。最后將整節(jié)課上升到對學(xué)生思維訓(xùn)練的高度，要基于證據(jù)進(jìn)行推理，最后進(jìn)行驗證，設(shè)計思路如下圖：導(dǎo)入新課DNA具備什么樣的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入新課DNA具備什么樣的結(jié)構(gòu)，才能使它承擔(dān)傳遞遺傳物質(zhì)的功能？承接第一課時，激發(fā)學(xué)生興趣回顧科學(xué)史閱讀科學(xué)史，提取與DNA結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息訓(xùn)練獲取與處理信息，基于證據(jù)進(jìn)行推理的能力建構(gòu)DNA分子結(jié)構(gòu)模型結(jié)合問題串，利用教師提供的材料建構(gòu)模型，并在小組內(nèi)討論修正親身體驗合作探究，提高團(tuán)隊協(xié)作能力展示評價歸納總結(jié)對比分析不同組的DNA分子模型，總結(jié)DNA分子的特點并思考本節(jié)課有哪些所得。高效使用模型，提升高階思維，學(xué)以致用復(fù)習(xí)脫氧核苷酸相關(guān)知識，由單個脫氧核苷酸構(gòu)建DNA分子一條鏈生命觀念DNA在細(xì)胞內(nèi)始終穩(wěn)定處于一個水環(huán)境中，DNA分子中有兩條核苷酸鏈，并且磷酸和脫氧核糖在外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)科學(xué)思維AT配對，之間兩條氫鍵，GC配對，之間三條氫鍵?？茖W(xué)探究在生物體內(nèi)DNA分子自發(fā)形成有一定鍵角的雙螺旋結(jié)構(gòu)，是立體的，只有這樣的結(jié)構(gòu)才能使DNA分子穩(wěn)定存在知識線素養(yǎng)線社會責(zé)任復(fù)習(xí)脫氧核苷酸相關(guān)知識，由單個脫氧核苷酸構(gòu)建DNA分子一條鏈生命觀念DNA在細(xì)胞內(nèi)始終穩(wěn)定處于一個水環(huán)境中，DNA分子中有兩條核苷酸鏈，并且磷酸和脫氧核糖在外側(cè)，堿基在內(nèi)側(cè)科學(xué)思維AT配對，之間兩條氫鍵，GC配對，之間三條氫鍵?？茖W(xué)探究在生物體內(nèi)DNA分子自發(fā)形成有一定鍵角的雙螺旋結(jié)構(gòu)，是立體的，只有這樣的結(jié)構(gòu)才能使DNA分子穩(wěn)定存在知識線素養(yǎng)線社會責(zé)任基于課程的設(shè)計，設(shè)計如下教學(xué)流程圖：舊知回顧提出問題舊知回顧提出問題DNA具備什么樣的結(jié)構(gòu)，才能使它承擔(dān)傳遞遺傳物質(zhì)的功能？交流研討DNA的結(jié)構(gòu)追溯歷史獲取新知1.如何通過資料肯定或者否定DNA的三鏈假說？2.如何確定DNA分子中確實存在兩條核苷酸鏈？閱讀科學(xué)史提取與DNA結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息；教師演示衍射實驗1.堿基是如何配對的？2.兩條鏈之間如何建立聯(lián)系？找出依據(jù)完善模型1.構(gòu)建DNA分子的平面模型2.構(gòu)建DNA分子的立體模型科學(xué)探究模型建構(gòu)展示評價總結(jié)提升1.DNA分子有什么樣的結(jié)構(gòu)特點？2.通過DNA分子結(jié)構(gòu)的探究，對你有什么啟示？小組之間交流評價DNA分子模型情境線問題線活動線環(huán)節(jié)格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯證明DNA是遺傳物質(zhì)沃森、克里克的DNA三鏈模型，富蘭克林根據(jù)DNA分子的電子密度圖的計算結(jié)果據(jù)查哥夫、多納休等人實驗的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行探討我國科學(xué)家人工合成牛胰島素素養(yǎng)線生命觀念科學(xué)思維科學(xué)探究社會責(zé)任教學(xué)過程導(dǎo)入新課【教師活動】展示格里菲斯、艾弗里、赫爾希和蔡斯照片，學(xué)生回憶上節(jié)課所學(xué)，說出結(jié)論：DNA就是遺傳物質(zhì)。教師提出問題，DNA具有什么樣的結(jié)構(gòu)，才能使它行使這么重要的功能？沃森、克里克進(jìn)行了哪些實驗？又具備怎樣的品質(zhì)，才能使他們獲得成功？【學(xué)生活動】回憶本單元第一節(jié)課知識，了解本節(jié)課學(xué)習(xí)的目的，初步意識到結(jié)構(gòu)應(yīng)該與功能相適應(yīng)?？茖W(xué)家的研究經(jīng)歷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。【設(shè)計意圖】直接導(dǎo)入，回憶舊知識，引入新課題。同時，介紹兩位科學(xué)家的卓越成就，激發(fā)學(xué)生對DNA結(jié)構(gòu)的探索欲。溫故知新【教師活動】組織學(xué)生回顧核苷酸的相關(guān)知識，同時提出問題？磷酸二酯鍵在哪里？與學(xué)生一起構(gòu)建DNA分子的一條核苷酸鏈。讓學(xué)生基于已知提出新的探究問題。學(xué)生有可能會想探究各種問題，但是最后教師加以引導(dǎo)，回歸到與本節(jié)內(nèi)容最相關(guān)的問題中：如DNA分子中有幾條核苷酸鏈？DNA的基本單位之一：腺嘌呤脫氧核糖核苷酸【學(xué)生活動】獨立思考，根據(jù)已知，思考能夠探究的問題。DNA分子由一條鏈？兩條鏈？還是3條核苷酸鏈組成？DNA分子中核苷酸鏈間是如何建立聯(lián)系？【設(shè)計意圖】鼓勵學(xué)生獨立思考并提出可探究的問題，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。探究新知【教師活動】教師對學(xué)生提出的問題進(jìn)行歸納：DNA分子到底是由3條核苷酸鏈還是2條核苷酸鏈組成？DNA分子核苷酸鏈之間怎樣建立聯(lián)系？然后展示沃森、克里克的三鏈模型，同時展示鮑林的三鏈假說及其三鏈模型俯視圖，提供資料，學(xué)生獨立思考后回答問題；增加激光筆照射彈簧實驗，在黑暗的環(huán)境中，學(xué)生可以清晰地看到照射后會呈現(xiàn)出“X”。資料1：富蘭克林和威爾金斯參觀了沃森、克里克三鏈模型，指出模型的含水量與實際測得的含水量不符合，使得DNA分子不能穩(wěn)定存在。資料2：堿基疏水，脫氧核糖和磷酸基團(tuán)親水，DNA在細(xì)胞內(nèi)始終處于一個水環(huán)境中。資料3：富蘭克林拍攝的著名的“51號”一張高質(zhì)量的DNA晶體衍射圖譜；沃森、克里克分析該圖譜消失的衍設(shè)條帶?！?1號”照片橫線為消失的衍射帶激光照射彈簧出現(xiàn)“X”【生成問題】如何通過資料肯定或者否定DNA的三鏈假說？如何確定DNA分子中確實存在兩條核苷酸鏈？【學(xué)生活動】在思考分析以上資料之后，進(jìn)行結(jié)論：DNA假說違背化學(xué)規(guī)律，不能穩(wěn)定存在，所以三鏈假說被否定。觀看圖片及教師在黑暗環(huán)境中的激光筆照射彈簧實驗，明確DNA分子中確實存在螺旋結(jié)構(gòu)，且結(jié)合沃森、克里克對“51”號衍射圖譜的分析，DNA確實由兩條鏈組成?！驹O(shè)計意圖】富蘭克林DNA晶體衍射圖譜的分析需要高等數(shù)學(xué)和物理知識，所以教師帶領(lǐng)同學(xué)們一起分析，并實驗演示，讓學(xué)生體會學(xué)科融合的重要性。同時，領(lǐng)悟敏銳的洞察力在科學(xué)探究中的重要性。任務(wù)驅(qū)動任務(wù)驅(qū)動任務(wù)驅(qū)動任務(wù)一：構(gòu)建DNA分子的平面模型活動1：初步構(gòu)建DNA分子的平面模型【教師活動】提供資料，讓學(xué)生基于材料初步構(gòu)建DNA分子平面模型，并如實填寫教-學(xué)-評自測量表。資料4：富蘭克林根據(jù)DNA分子的電子密度圖指出，DNA分子固定直徑為2nm,直徑1.8nm處有強(qiáng)烈的散射，說明此處可能含有較多的水分子。資料5：富蘭克林和高斯林發(fā)現(xiàn)，DNA晶體上下顛倒后，衍射圖譜看起來一樣的。學(xué)生可結(jié)合鉛筆演示資料5的實驗【生成問題】含氮堿基、脫氧核糖、磷酸基團(tuán)等在DNA分子中的位置是怎樣的？DNA分子中兩條核苷酸鏈的方向如何？【學(xué)生活動】根據(jù)資料，尋找證據(jù)，用磁力卡片制成的單個的脫氧核苷酸構(gòu)建DNA分子的平面模型?！驹O(shè)計意圖】學(xué)生動腦的同時動手，在構(gòu)建模型的過程中發(fā)展學(xué)生基于證據(jù)，建構(gòu)物理模型的科學(xué)思維。活動2：完善或修正DNA分子的平面模型 【教師活動】提供資料，啟迪學(xué)生資料6：如下所示四種含氮堿基的分子結(jié)構(gòu)圖。研究發(fā)現(xiàn)，DNA分子中堿基對的長度固定為0.68nm。嘌呤、嘧啶分子結(jié)構(gòu)資料7：再次回顧資料6，結(jié)合水的分子結(jié)構(gòu)，推斷堿基之間可能的聯(lián)系？水分子結(jié)構(gòu)示意圖含氮堿基結(jié)構(gòu)示意圖【生成問題】堿基之間如何配對？兩條鏈之間如何建立聯(lián)系？【學(xué)生活動】根據(jù)資料，自主構(gòu)建DNA分子平面模型，并且能夠說出構(gòu)建的依據(jù)。能夠依據(jù)資料作出如下結(jié)論：1. DNA分子是磷酸和脫氧核糖在外側(cè)，含氮堿基在內(nèi)側(cè)的雙螺旋結(jié)構(gòu)。2. 兩條脫氧核苷酸鏈的方向相反，呈反向平行。3. 堿基之間互補配對的方式是A和T配對，G和C配對。4.堿基之間存在氫鍵，這也是兩條核苷酸鏈建立連接的方式。A和T之間2個氫鍵，G和C之間3個氫鍵?！驹O(shè)計意圖】學(xué)生繼續(xù)加強(qiáng)基于證據(jù)構(gòu)建模型的科學(xué)思維，并且明確在科學(xué)家構(gòu)建模型的過程中，也需要基于證據(jù)，并且需要對證據(jù)證實或者證偽。在不斷修正的過程中，發(fā)現(xiàn)真理。任務(wù)二：構(gòu)建DNA分子的立體模型，并思考所得活動1思考DNA分子的在細(xì)胞中存在的形態(tài)【教師活動】展示模型，啟迪學(xué)生思考在生物體內(nèi)DNA分子的存在形態(tài)？平面模型立體模型【生成問題】DNA分子在生物體內(nèi)是以何種狀態(tài)存在？是什么樣的力使它呈現(xiàn)這種狀態(tài)？【學(xué)生活動】思考是不是外力作用下，DNA分子在細(xì)胞中呈現(xiàn)獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)。在明確DNA分子中氫鍵有方向，會形成鍵角后，能夠否定外力作用，明確堿基之間的堆積力和氫鍵等分子間作用力使其呈穩(wěn)定狀態(tài)?！驹O(shè)計意圖】基于事實，學(xué)生能夠理解DNA分子以獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地存在于生物體內(nèi)，進(jìn)一步明確物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀念?；顒?思考本節(jié)課的學(xué)習(xí)給予同學(xué)們的啟示?【教師活動】帶著學(xué)生總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點；給學(xué)生時間完成教-學(xué)-評自測量表，體會本節(jié)課自己對知識的掌握情況，做到自己心中有數(shù)；啟迪學(xué)生思考學(xué)習(xí)本節(jié)課的啟示?！緦W(xué)生活動】思考后能夠得出下列啟示：學(xué)科融合、技術(shù)進(jìn)步都會促進(jìn)科學(xué)中新的發(fā)現(xiàn)；基于證據(jù)的證實或者證偽，是科學(xué)進(jìn)步不可或缺的步驟。質(zhì)疑、批判、認(rèn)同的科學(xué)精神在真理發(fā)現(xiàn)的過程中的重要性?！驹O(shè)計意圖】由知識的講授提升至思維的發(fā)展，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生在本節(jié)課的獲得感；有意識地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的意識。6.板書設(shè)計DNA的結(jié)構(gòu)特點1.兩條核苷酸，鏈堿基在內(nèi)側(cè)，五碳糖和磷酸在外測2.呈雙螺旋結(jié)構(gòu)3.兩條鏈反向平行4.A和T配對之間有2個氫鍵G和C配對之間有3個氫鍵教學(xué)評一體化測量表課題課時達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)：1能夠概述DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點2能夠獲取信息，基于證據(jù)、事實進(jìn)行推理達(dá)成評價：優(yōu)秀（）良好（）及格（）任務(wù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)活動嵌入評價任務(wù)一：初步構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型1、理解DNA分子的單體是四種脫氧核苷酸，核苷酸之間以磷酸二酯鍵相連，形成一條單鏈。2、能夠從眾多復(fù)雜的科學(xué)史資料中，尋找到最有利的證據(jù)，模擬DNA分子結(jié)構(gòu)模型的建立歷程，初步構(gòu)建出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。任務(wù)二：完善DNA分子結(jié)構(gòu)模型3、根據(jù)科學(xué)史資料，尋找證據(jù)支持DNA分子結(jié)構(gòu)中，堿基的位置？堿基間的對應(yīng)關(guān)系？堿基之間的化學(xué)鍵？1個DNA分子中兩條DNA單鏈?zhǔn)峭蚱叫?？還是反向平行？4、能夠闡述DNA分子的結(jié)構(gòu)特點，并同小組內(nèi)學(xué)生互檢。本節(jié)課素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)1、知道DNA是主要的遺傳物質(zhì)后，愿意嘗試探究DNA分子與其功能相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征，具備一定的科學(xué)探究精神。2、了解DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，是通過分析DNA晶體的衍射圖譜，最終確立的。能夠獲取信息，基于證據(jù)、事實進(jìn)行推理；認(rèn)同質(zhì)疑精神、批判性思維在科學(xué)求真過程中的重要作用。3、能夠體會生物學(xué)中的任何一項進(jìn)展，都?xì)v經(jīng)曲折，感激科學(xué)家的奉獻(xiàn)精神。贊同多學(xué)科交流、融合，促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步的觀點。能夠理解4分（）基本理解2分（）完全不理解0分（）能找到并認(rèn)同對應(yīng)的證據(jù)4分（）找不全面對應(yīng)的證據(jù)2分（）完全找不到對應(yīng)證據(jù)0分（）能夠基于證據(jù)構(gòu)建模型，清晰表達(dá)4分（）找不全證據(jù)，不能較好表達(dá)2分（）不愿意找尋證據(jù)及表達(dá)0分（）能夠詳細(xì)概述DNA結(jié)構(gòu)特點4分（）概述不全DNA結(jié)構(gòu)特點2分（）完全不能夠理解DNA結(jié)構(gòu)特點0分（）發(fā)展評價非常愿意探究4分（）做探究的意愿不夠強(qiáng)烈2分（）不愿意去探究0分（）找到資料，完成模型構(gòu)建4分（）找不全資料，未完