第2節 dna分子的結構
●從容說課
本節內容首先是以講故事的形式介紹dna分子的雙螺旋結構模型的建立過程。故事首先出場的是英國倫敦皇家學院的晶體衍射專家維爾金斯和年輕的女科學家弗蘭克林。他們拍攝出來非常清晰的dna分子的x射線衍射**，為分析dna結構提供了重要的依據和證據。
這些證據的展示，就是要學生總結這兩位科學家所應用的多種研究方法，明白乙個道理：科學研究不但要有深厚的專業知識，還要有廣博的知識面。對於沃森和克里克來說，兩人的組合就是乙個**搭檔。
物理學家克里克是畢業於倫敦大學，他曾參加過用x射線研究血紅蛋白的分子結構，在研究x射線衍射**方面有很高的造詣。沃森是年輕有為的分子生物學家，他對生物學中的大分子非常熟悉。兩人的合作就是乙個強強聯手。
在借鑑了許多科學家研究成果的基礎上，沃森和克里克建立了很多種雙螺旋和三螺旋模型，但很快就知道是錯誤的。奧地利生物化學家查哥夫的研究成果再一次給了他們成功的啟示。查哥夫發現：
（1）在dna樣本中，a的數目總是和t的數目相等，c的數目總是和g的數目相等。即：（a＋g）∶（t＋c）=1。
（2）（a＋t）∶（c＋g）的值具有物種特異性。沃森和克里克吸收了美國生物化學家查哥夫的研究成果，經過深入的思考，終於建立了dna的雙螺旋結構模型，並把這個模型用金屬材料製成之後與拍攝的x射線衍射**比較，發現二者完全相符。這個成果的**歷史，蘊含著科學思想和科學精神，讓學生從中吸取營養，對培養他們科學研究方法的掌握及與人合作的能力大有好處。
dna分子的結構部分是本節知識的重點和難點，學習這部分要利用現成的模型教具，讓學生有乙個直觀的印象，然後分步解剖這些結構的組成，就形成了從空間結構→平面結構→單鏈結構→基本單位的教學順序，這樣使學生對dna的認識層層細化，培養學生對事物的認知能力。
為了更形象地說明dna是如何由四種基本組成單位構成，以及鹼基、磷酸分別與脫氧核醣的相連，讓學生動手來製作dna模型，讓學生在動手中對前面的知識得以鞏固和提高。同時掌握一種重要的科學方法——模型建構。
●三維目標
1.知識與技能
（1）理解dna分子的結構特點。
（2）製作dna分子雙螺旋結構模型。
2.過程與方法
（1）培養觀察能力、分析理解能力：通過觀察dna結構模型及製作dna雙螺旋結構模型來提高觀察能力、分析和理解能力。
（2）通過分析dna結構模型的建立過程，培養學生發現問題、解決問題、應用最新研究成果以及與人合作的能力。
3.情感態度與價值觀
通過dna的結構和複製的學習，探索生物界豐富多彩的奧秘，從而激發學生學科學、用科學、愛科學的求知慾。
●教學重點
1.理解dna分子的結構特點；
2.製作dna分子雙螺旋結構模型。
●教學難點
理解dna分子的結構特點。
●教具準備
dna雙螺旋結構模型。
●課時安排
本節內容需安排兩個課時進行教學：
第1課時 dna雙螺旋結構模型的構建
第2課時 dna的結構及模型的製作
第1課時
●教學過程
［課前準備］
學生收集沃森、克里克、威爾金斯的簡介；收集有關dna研究過程的資料。
［情境創設］
有同學去過北京中關村高科技園嗎？那裡有個獨特形狀的雕塑，那是以何為藍本製作的呢？（展示雕塑圖）那是乙個dna雕塑。
dna結構模型的創立是許多科學家智慧型的結晶。它的結構創立過程就是乙個科學方法和科學精神的完美結合過程。
［師生互動］
dna作為遺傳物質已經不容置疑，但是它怎樣決定生物的性狀，要回答這些問題，必須要弄清dna的結構。
在dna結構的研究過程中，沃森和克里克的研究成果，讓世人終於認清了這個生命現象決定者的真面目——dna雙螺旋結構。
請1～2位同學根據自己找的資料來介紹一下這兩位科學家的重要成果。如不全面可補充，主要介紹的內容應包括：2023年4月25日，英國的《自然》雜誌刊登了美國的沃森（和英國的克里克（在英國劍橋大學合作的成果，dna雙螺旋結構的分子模型，這一成就後來被譽為20世紀以來生物學方面最偉大的發現，也被認為是分子生物學誕生的標誌。
2023年，沃森、克里克和維爾金斯（倫敦皇家學院）三人共同獲得了諾貝爾生物醫學獎。
問：這一成果為何在當時引起了極大的關注？
答：它第一次揭示了生命本質的決定者的真面目——雙螺旋結構，使人們對遺傳物質的認識水平步入了分子水平。
問：它的研究是不是一帆風順的？
答：不是。
介紹研究過程：dna雙螺旋結構模型的建立過程中，威爾金斯和弗蘭克林這兩位科學家卻比沃森和克里克研究得還要早。2023年，威爾金斯在dna結構的研究中，採用了ｘ射線衍射法，得到了一張非常清楚的dna的ｘ射線衍射圖譜。
問：沃森和克里克從dna的衍射圖譜中受到了什麼啟示？
答：從這個圖譜中，這兩位科學家和其他科學家一起分析有關資料得出結論：dna是螺旋的。
問：從方法上有何變化？
答：開闢了一種新的研究dna的方法，就是從研究組成為主，轉為研究結構為主。
問：是不是從此一切問題迎刃而解了呢？
答：沒有。做了不同的螺旋模型，但結果很快被否定了。
介紹查哥夫的研究成果
2023年，查哥夫（在已進行多年的對各種dna樣品的組分研究中發現，dna中四種核苷酸的量並不一定是相等的。但是，在各種dna中嘌呤的量和嘧啶的量總相等，而且腺嘌呤的量和胸嘧啶的量相等；鳥嘌呤的量和胞嘧啶的量相等。沃森在開始研究鹼基之間連線的方式時，先將同樣的鹼基成對地安排在兩條鏈上。
例如，使腺嘌呤和腺嘌呤配對，胸腺嘧啶和胸腺嘧啶配對等。他認為這樣還可以說明dna的模板作用。這個模型被晶體學家j·多諾休（donohue）否定。
多諾休根據他對類似的小分子化合物所作的晶體衍射研究，主張鹼基是以酮式結構存在的，而不是沃森在建立模型時所用的烯醇式。於是沃森只好繼續尋找各種配對的可能性。就在這時，沃森發現腺嘌呤和胸腺嘧啶，以及鳥嘌呤和胞嘧啶各自成對後，兩類鹼基對具有相似的形狀，而且發現這樣的配對恰恰可以解釋查哥夫測定的dna鹼基比例的資料。
問：通過吸取查哥夫的成果，兩位科學家做出了模型，是不是就能說明模型是正確的？
答：不能。只能從化學成分上說明正確。
問：如何證明這個模型的正確性？
答：做出的模型與x射線衍射**相比較，完全相符。不但從成分上證明正確，還從結構上證明模型的正確性。
問：從沃森和克里克建立dna模型的過程中，你覺得他們和其他科學家是一種什麼關係？
答：相互配合。沃森和克里克的合作本身就意味著不同學科之間的交叉和結合。
問：從他們的研究歷程看對你有何啟示？
答：研究的過程就是不斷糾正自己的錯誤的過程，取對方之長，補自己之短的過程。
問：從這個研究過程你能不能得出科學研究的一般過程？
答：發現問題（dna的結構是怎樣的？）→解決問題（提出自己的模型）→驗證（可以的模型不正確）→吸取最新知識，再解決問題（提出雙螺旋模型）→驗證（和x射線衍射圖比較）→結論（dna是雙螺旋結構）。
［教師精講］
dna雙螺旋結構模型的闡明是生物學發展過程中乙個具有歷史意義的里程碑，它的出現標誌著分子生物學這門新學科的誕生。2023年，頒發諾貝爾生理學或醫學獎時，同時授予沃森、克里克和維爾金斯。因弗蘭克林已於2023年逝世而未被授予，但弗蘭克林功不可沒。
［評價反饋］
1.組成dna分子的基本單位是每個基本單位由三部分組成。
答案：脫氧核苷酸一分子脫氧核醣一分子含氮鹼基一分子磷酸
2.組成dna的鹼基有種，分別是脫氧核苷酸有_________種,分別是
答案：4 a（腺嘌呤）、g（鳥嘌呤）、c（胞嘧啶）、t（胸腺嘧啶） 4 腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸
［課堂小結］
dna結構模型的建立過程，實際上就是科學家密切合作的過程。沃森和克里克吸取了許多科學家當時最新的科研成果，所以可以說它是科學家精誠合作**自然奧秘的典範。同時在這個過程中，可以看出科學家在研究中應用了多種研究方法，它應用了化學方法、物理方法以及生物學方法，這也反映出現代科學的發展方向——多學科交叉，相互作用，共同發展。
［布置作業］
根據提供的資料，從下列五個方面選取乙個作為主題，來介紹遺傳物質研究的過程及成果。（1）dna是遺傳物質的實驗研究；（2）dna雙螺旋結構的發現及模型的製作；（3）基因結構及基因表達調控；（4）基因工程技術；（5）應用。
可以以兩人或三人為乙個小組進行資料組織，再以班級大組為單位，把五方面的內容組成乙個整體，整理出最後的報告。
［課後拓展］
推薦書籍，供學生閱讀。
《雙螺旋——發現dna結構的故事》劉望夷等譯。
此書是沃森寫的一本作者自己親身經歷的重大事件印象記。書中不僅有科學知識，亦有科學工作方法。此書最早分期在《大西洋月刊》上發表，後出單行本。
2023年出版的英文新版本中，作者又加進了一些新內容。另外，在附錄中收進了四篇文章，即沃森和克里克的兩篇原始**，以及斯坦特寫的介紹dna雙螺旋與分子生物學的崛起和《雙螺旋》一書作者及出版概況的兩篇文章。
可到上閱讀。
●板書設計
第2節 dna分子的結構
結構模型構建過程中的主要事件
2023年，威爾金斯展示出了dna的衍射圖譜
2023年，查哥夫研究發現在dna中a=t、g=c
2023年，克里克和沃森的**《核酸的分子結構——脫氧核糖核酸的乙個結構模型》發表
2023年，沃森、克里克和威爾金斯獲得諾貝爾獎
●習題詳解
一、問題**（課本p47）
解析：當代社會高科技中生物學領域的發展最為迅速，而生物學的發展又以遺傳物質dna的結構模型建立之後最為迅速，所以把dna的結構作為高科技的標誌反映出了高科技發展的主要特徵。
二、本節聚焦（課本p47）
1.首先，沃森和克里克提出的雙螺旋結構是建立在對其他科學研究成果的利用上。當時科學界已經發現的證據有：
（1）dna分子是以4種脫氧核苷酸為單位連線而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有a、t、c、g四種鹼基。（2）英因科學家威爾金斯提供的dna的x射線衍射圖譜。（3）奧地利科學家查哥夫提供的重要資訊：
腺嘌呤（a）的量總是等於胸腺嘧啶（t）的量；鳥嘌呤（g）的量總是等於胞嘧啶（c）的量。
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