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人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第2节 DNA分子的结构第2课时教案设计
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这是一份人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第2节 DNA分子的结构第2课时教案设计，共5页。教案主要包含了实验原理，目的要求，制作过程等内容，欢迎下载使用。
●教学过程
［课前准备］
教师准备制作DNA双螺旋结构模型的实验材料；学生预习模型建构的原理及方法。
［情境创设］
已经知道DNA是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么，DNA为什么能起遗传作用呢？它有哪些结构特点能使其表现出这样的作用？
［师生互动］
1953年，沃森和克里克提出了著名的DNA双螺旋结构模型，为合理地解释遗传物质的各种功能奠定了基础。为了理解DNA的结构，先来学习DNA的化学组成。
（1）DNA的化学组成
问：组成DNA的基本单位是什么？这样的共识在双螺旋结构建立以前有的还是建立之后才有的？
答：组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，它由一个脱氧核糖、一个磷酸和一个含氮碱基组成。这样的共识在1950年前后就有了，所以是在双螺旋结构建立之前就有的。
问：每个基本单位由哪三部分组成？
答:每个脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成。
问：组成DNA的碱基有哪几种？脱氧核苷酸呢？DNA的每一条链是如何组成的？
答：组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）；有四种脱氧核苷酸：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA的每一条链由四种不同的脱氧核苷酸聚合而成多脱氧核苷酸链。
观察模型，分析问题：
问：DNA分子是这几种脱氧核苷酸连接在一起就可以了吗？
答：不可以。DNA分子具有特定的空间结构。
问：是由几条链构成的？
答：由两条链构成。且这两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
问：每条链的连接有什么特点？
答：脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
问：两条链之间的连接方式是怎样的？
答：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。
问：如果知道一条链上碱基的排列顺序，能不能判断出整条DNA的碱基顺序？
答：DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了。同样也就是知道整条DNA的碱基顺序。
学生动手：
为巩固DNA立体结构的有关知识，加深对DNA分子结构特点的理解，此时应让学生做模型建构。
一、实验原理
DNA分子具有特殊空间结构——规则的双螺旋结构。这一结构的主要特点是：
1.DNA分子由两条反向平行的脱氧核酸长链盘旋而成，每条长链是由脱氧核糖与磷酸交替连接形成，排列在外侧，构成基本骨架；
2.DNA分子两条链上碱基以氢键连接成对，碱基对位于螺旋结构内侧，每螺距有10对碱基。
二、目的要求
1.通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识；培养学生团结合作的精神。
2.通过集体创作DNA分子模型，能使学生体会到成功的喜悦，培养学生克服困难的勇气。
三、制作过程
1.材料准备（教师组织学生课前完成）
每小组准备硬塑方框2个（长约10 cm），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。
熟悉制作DNA分子模型用的各种零件所代表的物质。其中：
球形塑料片——代表磷酸；
双层五边形塑料片——代表脱氧核糖；
4种不同颜色的长方形塑料片——代表4种不同碱基。
2.具体制作过程
教师板书制作模型顺序：
制作脱氧核苷酸模型→制作多核苷酸长链模型→制作DNA分子平面结构模型→制作DNA分子的立体结构（双螺旋结构）。
指导学生制作：
从基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过订书针连接成“基本单位——脱氧核苷酸”模型，然后把脱氧核苷酸模型按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条DNA链，同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式用订书针连成两条链，将连好的两条链固定在硬塑方框上，最后旋转。
3.实验效果检查与评定
由每小组选一个代表介绍本小组的作品并说明DNA分子结构特点：
（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链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；碱基排列在内侧。
（3）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。并且碱基配对有一定规律：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。
老师与其他同学给予评价。
参考评选条件：
1.科学性 能够体现DNA分子结构的特点。包括DNA分子各个组件的比例是否科学，能否体现出碱基配对的情况，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等等。
2.艺术性 要美观大方。
3.实用性 便于拆卸，便于保存，能够反复使用。
4.超前性 利用该模型还可以作为DNA分子复制的适宜模型。
［教师精讲］
（1）DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的；（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧；（3）碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对， A与T之间以双键相连，C与G之间以三键相连。这些连接特点使得DNA在结构上具有以下的特点：（1）稳定性（从两个角度看它的相对稳定性：①DNA都是由磷酸连接着脱氧核糖；②碱基互补配对）；多样性（DNA分子的多样性由DNA上的碱基对的排列顺序及DNA本身的空间结构所决定）；特异性（对所有的DNA分子来说表现为多样性，但对每一种DNA分子来说，有其特定的脱氧核苷酸排列顺序，从而显示出单个的独特性）。
［评价反馈］
1.某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18％，那么鸟嘌呤的分子数占
A.9％B.18％C.32%D.36％
解析：腺嘌呤占18%，那么胸腺嘧啶也占18%，鸟嘌呤和胞嘧啶共占有100%－2×18%=64%，且两者含量相等，所以各占32%。
答案：C
2.根据碱基互补配对原则，在A≠G时，双链DNA分子中，下列四个式子中正确的是
A.≠1B. =1C.=1D. =1
解析：DNA中，A=T，G=C，所以A+G=T+C。
答案：B
3.分析一个DNA分子时，其一条链上=0.4，那么它的另一条链和整个DNA分子中的比例分别是
A.0.4和0.6B.2.5和0.4C.0.6和1.0D.2.5和1.0
解析：一条链上A的个数等于对应链上的T的个数，一条链上G的个数等于对应链上C的个数，所以一条链＝0.4时，对应链上的关系为该链的比值的倒数，即2.5。整条链上A+C=T+G，所以它的比值为1。
答案：D
4.下列不是DNA结构特征的是
A. DNA双链极性反向平行
B.碱基按嘌呤与嘧啶，嘧啶与嘌呤互补配对
C. DNA分子排列中，两条长链上的脱氧核糖与磷酸排列千变万化
D. DNA螺旋沿中心轴旋移
解析：DNA两条链上脱氧核糖与磷酸的排列是交替排列、固定不变的。
答案：C
5.若DNA分子中一条链的碱基物质的量比为A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的物质的量比为
A.5︰4B.4︰3C.3︰2D.5︰2
解析：一条链的A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则对应链上嘌呤数为C+T=4，对应链上嘧啶数为A+G=3，所以比值为4︰3。
答案：B
6.关于DNA的描述错误的是
A.两条链是平行排列的
B.DNA双链的互补碱基对之间以氢键相连
C.每一个DNA分子由一条多核苷酸链缠绕形成
D.两条链的碱基以严格的互补关系配对
解析：每一个DNA分子是由两条链按双螺旋方式盘旋而成的，而不是一条链缠绕而成。
答案：C
［课堂小结］
这节课在学习DNA结构的基础上来制作它的模型。
从知识结构角度来说，一要加深对DNA分子化学组成的理解，二要掌握DNA分子结构的立体构型及特点。
从实验过程角度来说，一要理解各组成物质如何形成脱氧核苷酸长链；二要理解掌握碱基互补配对原则如何进行；三要掌握一种常见的科学研究方法——模型建构法。
［布置作业］
P51一、基础题1；二、拓展题。
［课后拓展］
查资料找答案：
1.碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？
这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。
2.为什么只能是A—T，G—C，不能是A—C，G—T呢？
这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的物质的量比例均为1∶1。
●板书设计
2.DNA分子的结构
（1）化学组成
（2）基本单位
①两链反向平行盘旋
（3）双螺旋结构 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架
③碱基排列在内侧，两条链上碱基通过氢键相连
4.碱基互补配对原则
●习题详解
一、练习（课本P51）
（一）基础题
1.（1）胞嘧啶 （2）腺嘌呤 （3）鸟嘌呤 （4）胸腺嘧啶 （5）脱氧核糖 （6）磷酸 （7）胸腺嘧啶脱氧核苷酸 （8）碱基对 （9）氢键 （10）一条脱氧核苷酸链的片段
2.解析：该DNA共有碱基8 000个，腺嘌呤的个数为（ 8 000－2 200×2）/2=1 800。
答案： C
3.解析：碱基和磷酸是分别和脱氧核糖连接的，它们两者之间没有直接相连。碱基和磷酸是分别和脱氧核糖的C－1和C－5上的羟基连接的。
答案：B
（二）拓展题
因为A=T，G=C，所以A+G=A+C=T+C=T+G
所以（A+G）/（A+G+C+T）=（T+C）/（ A+G+C+T）=50%
也可以写成 （A+G）/（T+C）=（T+G）/（A+C）=（T+C）/（A+C）=……=1
规律概括为：在DNA双链中，任意两个不互补的碱基之和恒等 ，并为碱基总数的50%。
二、模型建构（课本P50）
讨论1.提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是4种脱氧核苷酸的排列顺序却是千变万化的，对应的两条链构成了碱基对的千变万化的排列顺序，这使得DNA储存了大量的遗传信息。
2.（1）靠DNA分子碱基对之间的氢键维系两条链的相连。
●教学过程
［课前准备］
教师准备制作DNA双螺旋结构模型的实验材料；学生预习模型建构的原理及方法。
［情境创设］
已经知道DNA是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在子代表现出来。那么，DNA为什么能起遗传作用呢？它有哪些结构特点能使其表现出这样的作用？
［师生互动］
1953年，沃森和克里克提出了著名的DNA双螺旋结构模型，为合理地解释遗传物质的各种功能奠定了基础。为了理解DNA的结构，先来学习DNA的化学组成。
（1）DNA的化学组成
问：组成DNA的基本单位是什么？这样的共识在双螺旋结构建立以前有的还是建立之后才有的？
答：组成DNA的基本单位是脱氧核苷酸，它由一个脱氧核糖、一个磷酸和一个含氮碱基组成。这样的共识在1950年前后就有了，所以是在双螺旋结构建立之前就有的。
问：每个基本单位由哪三部分组成？
答:每个脱氧核苷酸由一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基和一分子磷酸组成。
问：组成DNA的碱基有哪几种？脱氧核苷酸呢？DNA的每一条链是如何组成的？
答：组成DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）；有四种脱氧核苷酸：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA的每一条链由四种不同的脱氧核苷酸聚合而成多脱氧核苷酸链。
观察模型，分析问题：
问：DNA分子是这几种脱氧核苷酸连接在一起就可以了吗？
答：不可以。DNA分子具有特定的空间结构。
问：是由几条链构成的？
答：由两条链构成。且这两条长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
问：每条链的连接有什么特点？
答：脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在DNA分子的外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。
问：两条链之间的连接方式是怎样的？
答：两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，且碱基配对有一定的规律：A—T、G—C（A一定与T配对，G一定与C配对）。
问：如果知道一条链上碱基的排列顺序，能不能判断出整条DNA的碱基顺序？
答：DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链上的碱基排列顺序也就确定了。同样也就是知道整条DNA的碱基顺序。
学生动手：
为巩固DNA立体结构的有关知识，加深对DNA分子结构特点的理解，此时应让学生做模型建构。
一、实验原理
DNA分子具有特殊空间结构——规则的双螺旋结构。这一结构的主要特点是：
1.DNA分子由两条反向平行的脱氧核酸长链盘旋而成，每条长链是由脱氧核糖与磷酸交替连接形成，排列在外侧，构成基本骨架；
2.DNA分子两条链上碱基以氢键连接成对，碱基对位于螺旋结构内侧，每螺距有10对碱基。
二、目的要求
1.通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结构特点的理解和认识；培养学生团结合作的精神。
2.通过集体创作DNA分子模型，能使学生体会到成功的喜悦，培养学生克服困难的勇气。
三、制作过程
1.材料准备（教师组织学生课前完成）
每小组准备硬塑方框2个（长约10 cm），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。
熟悉制作DNA分子模型用的各种零件所代表的物质。其中：
球形塑料片——代表磷酸；
双层五边形塑料片——代表脱氧核糖；
4种不同颜色的长方形塑料片——代表4种不同碱基。
2.具体制作过程
教师板书制作模型顺序：
制作脱氧核苷酸模型→制作多核苷酸长链模型→制作DNA分子平面结构模型→制作DNA分子的立体结构（双螺旋结构）。
指导学生制作：
从基本组成物质磷酸、脱氧核糖、含氮碱基的代表物开始，通过订书针连接成“基本单位——脱氧核苷酸”模型，然后把脱氧核苷酸模型按一定的碱基顺序依次穿在铁丝上构成一条DNA链，同样方法制作另一条，再按碱基互补配对方式用订书针连成两条链，将连好的两条链固定在硬塑方框上，最后旋转。
3.实验效果检查与评定
由每小组选一个代表介绍本小组的作品并说明DNA分子结构特点：
（1）DNA分子是由两条链组成的，这两条链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；碱基排列在内侧。
（3）DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。并且碱基配对有一定规律：A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。
老师与其他同学给予评价。
参考评选条件：
1.科学性 能够体现DNA分子结构的特点。包括DNA分子各个组件的比例是否科学，能否体现出碱基配对的情况，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等等。
2.艺术性 要美观大方。
3.实用性 便于拆卸，便于保存，能够反复使用。
4.超前性 利用该模型还可以作为DNA分子复制的适宜模型。
［教师精讲］
（1）DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的；（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧；（3）碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键连接起来，形成碱基对， A与T之间以双键相连，C与G之间以三键相连。这些连接特点使得DNA在结构上具有以下的特点：（1）稳定性（从两个角度看它的相对稳定性：①DNA都是由磷酸连接着脱氧核糖；②碱基互补配对）；多样性（DNA分子的多样性由DNA上的碱基对的排列顺序及DNA本身的空间结构所决定）；特异性（对所有的DNA分子来说表现为多样性，但对每一种DNA分子来说，有其特定的脱氧核苷酸排列顺序，从而显示出单个的独特性）。
［评价反馈］
1.某生物细胞DNA分子的碱基中，腺嘌呤的分子数占18％，那么鸟嘌呤的分子数占
A.9％B.18％C.32%D.36％
解析：腺嘌呤占18%，那么胸腺嘧啶也占18%，鸟嘌呤和胞嘧啶共占有100%－2×18%=64%，且两者含量相等，所以各占32%。
答案：C
2.根据碱基互补配对原则，在A≠G时，双链DNA分子中，下列四个式子中正确的是
A.≠1B. =1C.=1D. =1
解析：DNA中，A=T，G=C，所以A+G=T+C。
答案：B
3.分析一个DNA分子时，其一条链上=0.4，那么它的另一条链和整个DNA分子中的比例分别是
A.0.4和0.6B.2.5和0.4C.0.6和1.0D.2.5和1.0
解析：一条链上A的个数等于对应链上的T的个数，一条链上G的个数等于对应链上C的个数，所以一条链＝0.4时，对应链上的关系为该链的比值的倒数，即2.5。整条链上A+C=T+G，所以它的比值为1。
答案：D
4.下列不是DNA结构特征的是
A. DNA双链极性反向平行
B.碱基按嘌呤与嘧啶，嘧啶与嘌呤互补配对
C. DNA分子排列中，两条长链上的脱氧核糖与磷酸排列千变万化
D. DNA螺旋沿中心轴旋移
解析：DNA两条链上脱氧核糖与磷酸的排列是交替排列、固定不变的。
答案：C
5.若DNA分子中一条链的碱基物质的量比为A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则其互补链中嘌呤碱基与嘧啶碱基的物质的量比为
A.5︰4B.4︰3C.3︰2D.5︰2
解析：一条链的A︰C︰G︰T＝1︰1.5︰2︰2.5，则对应链上嘌呤数为C+T=4，对应链上嘧啶数为A+G=3，所以比值为4︰3。
答案：B
6.关于DNA的描述错误的是
A.两条链是平行排列的
B.DNA双链的互补碱基对之间以氢键相连
C.每一个DNA分子由一条多核苷酸链缠绕形成
D.两条链的碱基以严格的互补关系配对
解析：每一个DNA分子是由两条链按双螺旋方式盘旋而成的，而不是一条链缠绕而成。
答案：C
［课堂小结］
这节课在学习DNA结构的基础上来制作它的模型。
从知识结构角度来说，一要加深对DNA分子化学组成的理解，二要掌握DNA分子结构的立体构型及特点。
从实验过程角度来说，一要理解各组成物质如何形成脱氧核苷酸长链；二要理解掌握碱基互补配对原则如何进行；三要掌握一种常见的科学研究方法——模型建构法。
［布置作业］
P51一、基础题1；二、拓展题。
［课后拓展］
查资料找答案：
1.碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？
这是由于嘌呤碱是双环化合物（画出双环），占有空间大；嘧啶碱是单环化合物（画出单环），占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的，只有双环化合物和单环化合物配对才合适。
2.为什么只能是A—T，G—C，不能是A—C，G—T呢？
这是由于A与T通过两个氢键相连，G与C通过三个氢键相连，这样使DNA的结构更加稳定，所以，A与T或G与C的物质的量比例均为1∶1。
●板书设计
2.DNA分子的结构
（1）化学组成
（2）基本单位
①两链反向平行盘旋
（3）双螺旋结构 ②脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架
③碱基排列在内侧，两条链上碱基通过氢键相连
4.碱基互补配对原则
●习题详解
一、练习（课本P51）
（一）基础题
1.（1）胞嘧啶 （2）腺嘌呤 （3）鸟嘌呤 （4）胸腺嘧啶 （5）脱氧核糖 （6）磷酸 （7）胸腺嘧啶脱氧核苷酸 （8）碱基对 （9）氢键 （10）一条脱氧核苷酸链的片段
2.解析：该DNA共有碱基8 000个，腺嘌呤的个数为（ 8 000－2 200×2）/2=1 800。
答案： C
3.解析：碱基和磷酸是分别和脱氧核糖连接的，它们两者之间没有直接相连。碱基和磷酸是分别和脱氧核糖的C－1和C－5上的羟基连接的。
答案：B
（二）拓展题
因为A=T，G=C，所以A+G=A+C=T+C=T+G
所以（A+G）/（A+G+C+T）=（T+C）/（ A+G+C+T）=50%
也可以写成 （A+G）/（T+C）=（T+G）/（A+C）=（T+C）/（A+C）=……=1
规律概括为：在DNA双链中，任意两个不互补的碱基之和恒等 ，并为碱基总数的50%。
二、模型建构（课本P50）
讨论1.提示：DNA虽然只含有4种脱氧核苷酸，但是4种脱氧核苷酸的排列顺序却是千变万化的，对应的两条链构成了碱基对的千变万化的排列顺序，这使得DNA储存了大量的遗传信息。
2.（1）靠DNA分子碱基对之间的氢键维系两条链的相连。
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