《三維打印制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型》教學(xué)設(shè)計(jì)

《三維打印制作DNA分子結(jié)構(gòu)模型》教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)結(jié)合科學(xué)史，厘清DNA的結(jié)構(gòu)層次，描述其結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)，用球棍模型模擬，培養(yǎng)學(xué)生勇于批判質(zhì)疑、探索求真的科學(xué)精神和科學(xué)思維。用三維打印技術(shù)制作DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的模型，開拓科學(xué)前沿視野，感悟工匠精神。結(jié)合球棍模型模擬和三維打印制作，明白基因檢測技術(shù)的原理。提升學(xué)生對身邊“消費(fèi)級”基因檢測的認(rèn)知辨析能力，提升社會責(zé)任感。教學(xué)重點(diǎn)以“DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)”科學(xué)史為重要依托，并對其進(jìn)行論證和探索，結(jié)合三維打印技術(shù)，帶領(lǐng)學(xué)生制作DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的模型。教學(xué)難點(diǎn)厘清DNA的結(jié)構(gòu)層次，概述DNA結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，理解遺傳信息的本質(zhì)，理解基因檢測技術(shù)的原理，奠定信息觀的基礎(chǔ)。教學(xué)方法科學(xué)論證討論，球棍模型模擬制作，三維打印技術(shù)實(shí)操教學(xué)課時(shí)1課時(shí)教學(xué)過程一、課前準(zhǔn)備1.材料準(zhǔn)備：構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)的球棍模型；3D打印機(jī)。2.查閱文獻(xiàn)：查找并學(xué)習(xí)“知網(wǎng)”相關(guān)“DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)史類文獻(xiàn)，了解其知識背景，精選與本節(jié)課重點(diǎn)知識相關(guān)的科學(xué)史資料，整理制作PPT。3.課堂導(dǎo)入：教師論述并提問：基因檢測已經(jīng)飛入了尋常百姓家。通過基因測試服務(wù)可以對身體的多種特征和疾病，發(fā)生的概率進(jìn)行評估，并針對性地進(jìn)行預(yù)防。結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)原理和實(shí)例大致講述“基因”的概念，為本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)鋪墊理論背景。引出本節(jié)課用到的制作模型——“球棍模型”和3D打印，從而進(jìn)入課堂開展。（設(shè)計(jì)意圖：通過真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。）1.活動一：DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)與模型構(gòu)建活動環(huán)節(jié)教師活動設(shè)計(jì)意圖DNA的基本單位是什么？展示關(guān)于“核苷酸”的科學(xué)史資料，講解核苷酸的結(jié)構(gòu)組成，并用“球棍模型”進(jìn)行拼裝展示。（展示視頻）幫助學(xué)生樹立“科學(xué)論證使每一個(gè)結(jié)論都有證據(jù)支撐”的觀念，培養(yǎng)科學(xué)思維。DNA的基本單位脫氧核苷酸之間是如何相連的？展示資料2，教師講解磷酸二酯鍵的化學(xué)原理及脫氧核苷酸的兩種方向性，繼續(xù)拼裝脫氧核苷酸鏈的模型。學(xué)生經(jīng)歷對核心問題的探索、對主張的質(zhì)疑和修正，體會求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)精神。DNA中有幾條脫氧核苷酸鏈？展示資料3，并引導(dǎo)學(xué)生思考推理，繼續(xù)拼裝兩條脫氧核苷酸鏈的模型。（展示視頻）通過補(bǔ)充科學(xué)史資料，以具體數(shù)據(jù)論證雙鏈結(jié)構(gòu)的合理性，強(qiáng)化知識的獲得過程。兩條脫氧核苷酸鏈之間的連接方式又是如何？展示資料4、5、6，并引導(dǎo)學(xué)生思考推理，繼續(xù)拼裝兩條脫氧核苷酸鏈相互連接的平面結(jié)構(gòu)，并形成雙螺旋空間結(jié)構(gòu)。（展示視頻）加深學(xué)生對DNA結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和對科學(xué)探索精神的感悟，強(qiáng)化邏輯自洽在科學(xué)論證過程中的重要性。DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)總結(jié)教師根據(jù)拼裝的DNA分子結(jié)構(gòu)的模型，引導(dǎo)學(xué)生梳理該構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)層次，總結(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，理解認(rèn)清“遺傳信息”的本質(zhì)。明確基因測序技術(shù)背后的生物學(xué)意義。2.活動二：三維打印DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)模型2.13D打印過程教師用視頻和圖片的方式展示介紹3D打印機(jī)的原理，計(jì)算機(jī)建模、打印過程、后期加工過程等，讓學(xué)生能夠身臨其境地感受到技術(shù)的應(yīng)用過程，體驗(yàn)工匠精神，提升對科技前沿技術(shù)的興趣度。2.2“小小螺旋大奧秘”教師再次通過本節(jié)課中兩種構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)的模型，回扣課前問題（基因檢測的原理），引導(dǎo)學(xué)生通過觀察和總價(jià)歸納，明確DNA攜帶巨大的遺傳信息的本質(zhì)所在。通過論述DNA分子結(jié)構(gòu)的多樣性和特異性，回歸到本節(jié)課的落腳點(diǎn)上——基因檢測在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用價(jià)值的意義。3.課堂小結(jié)1.體驗(yàn)操作樂趣，三維打印建構(gòu)模型。2.重走科學(xué)歷史，弘揚(yáng)傳承科學(xué)精神。3.關(guān)注前沿發(fā)展，深析透辟社會熱點(diǎn)。教師總結(jié)：我們通過重走科學(xué)家們對DNA分子結(jié)構(gòu)的探究史，并通過“球棍模型”的模擬，一步步厘清了DNA分子的結(jié)構(gòu)層次，最后用3D打印機(jī)，將其親手制作了出來。在這個(gè)過程中，領(lǐng)略技術(shù)操作樂趣的同時(shí)，仿佛也在和偉大的科學(xué)家們再次進(jìn)行隔空對話，感受到他們身上求真務(wù)實(shí)的態(tài)度和鍥而不舍的科學(xué)精神代代相傳。通過建構(gòu)模型，讓我們對DNA的結(jié)構(gòu)