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《三维打印制作DNA分子结构模型》教学设计

教学目标

结合科学史，厘清DNA的结构层次，描述其结构主要特点，用球棍模型模拟，培养学生勇于批判质疑、探索求真的科学精神和科学思维。

用三维打印技术制作DNA双螺旋分子结构的模型，开拓科学前沿视野，感悟工匠精神。

结合球棍模型模拟和三维打印制作，明白基因检测技术的原理。提升学生对身边“消费级”基因检测的认知辨析能力，提升社会责任感。

教学重点

以“DNA双螺旋分子结构的发现”科学史为重要依托，并对其进行论证和探索，结合三维打印技术，带领学生制作DNA双螺旋分子结构的模型。

教学难点

厘清DNA的结构层次，概述DNA结构的主要特点，理解遗传信息的本质，理解基因检测技术的原理，奠定信息观的基础。

教学方法

科学论证讨论，球棍模型模拟制作，三维打印技术实操

教学课时

1课时

教学过程

一、课前准备

1.材料准备：构建DNA分子结构的球棍模型；3D打印机。

2.查阅文献：查找并学习“知网”相关“DNA分子结构发现”的科学史类文献，了解其知识背景，精选与本节课重点知识相关的科学史资料，整理制作PPT。

3.课堂导入：

教师论述并提问：基因检测已经飞入了寻常百姓家。通过基因测试服务可以对身体的多种特征和疾病，发生的概率进行评估，并针对性地进行预防。结合转基因技术原理和实例大致讲述“基因”的概念，为本节课的教学目标铺垫理论背景。引出本节课用到的制作模型——“球棍模型”和3D打印，从而进入课堂开展。

（设计意图：通过真实情境的创设，激发学生的学习兴趣。）

1.活动一：DNA双螺旋分子结构的发现与模型构建

活动环节

教师活动

设计意图

DNA的基本单位是什么？

展示关于“核苷酸”的科学史资料，讲解核苷酸的结构组成，并用“球棍模型”进行拼装展示。（展示视频）

帮助学生树立“科学论证使每一个结论都有证据支撑”的观念，培养科学思维。

DNA的基本单位脱氧核苷酸之间是如何相连的？

展示资料2，教师讲解磷酸二酯键的化学原理及脱氧核苷酸的两种方向性，继续拼装脱氧核苷酸链的模型。

学生经历对核心问题的探索、对主张的质疑和修正，体会求实创新的科学精神。

DNA中有几条脱氧核苷酸链？

展示资料3，并引导学生思考推理，继续拼装两条脱氧核苷酸链的模型。（展示视频）

通过补充科学史资料，以具体数据论证双链结构的合理性，强化知识的获得过程。

两条脱氧核苷酸链之间的连接方式又是如何？

展示资料4、5、6，并引导学生思考推理，继续拼装两条脱氧核苷酸链相互连接的平面结构，并形成双螺旋空间结构。（展示视频）

加深学生对DNA结构的认识和对科学探索精神的感悟，强化逻辑自洽在科学论证过程中的重要性。

DNA结构特点总结

教师根据拼装的DNA分子结构的模型，引导学生梳理该构建模型结构层次，总结DNA分子结构的特点，理解认清“遗传信息”的本质。

明确基因测序技术背后的生物学意义。

2.活动二：三维打印DNA双螺旋分子结构模型

2.13D打印过程

教师用视频和图片的方式展示介绍3D打印机的原理，计算机建模、打印过程、后期加工过程等，让学生能够身临其境地感受到技术的应用过程，体验工匠精神，提升对科技前沿技术的兴趣度。

2.2“小小螺旋大奥秘”

教师再次通过本节课中两种构建DNA分子结构的模型，回扣课前问题（基因检测的原理），引导学生通过观察和总价归纳，明确DNA携带巨大的遗传信息的本质所在。通过论述DNA分子结构的多样性和特异性，回归到本节课的落脚点上——基因检测在医学上的应用价值的意义。

3.课堂小结

1.体验操作乐趣，三维打印建构模型。

2.重走科学历史，弘扬传承科学精神。

3.关注前沿发展，深析透辟社会热点。

教师总结：我们通过重走科学家们对DNA分子结构的探究史，并通过“球棍模型”的模拟，一步步厘清了DNA分子的结构层次，最后用3D打印机，将其亲手制作了出来。在这个过程中，领略技术操作乐趣的同时，仿佛也在和伟大的科学家们再次进行隔空对话，感受到他们身上求真务实的态度和锲而不舍的科学精神代代相传。通过建构模型，让我们对DNA的结构特点有了更加清晰深刻的认知，明白了基因检测技术背后的原理所在，更能够让我们站在时代科学知识前沿的同时，对身边的社会现象有更加清晰明确的认知辨析能力，从而提升我们的社会责任感。