DNA分子的复制优秀教学设计内容

第二节 DNA的复制教学设计

----------------宿迁市宿豫实验高中 王万雨

【教学目标的确定】

《DNA的复制》是必修2《遗传和进化》第四章《遗传的分子基础》的一个重点内容，讲述了复制的概念、发生的时间、复制的过程、特点、所需要的条件以及复制的意义。本节课内容不仅与DNA的结构有密切关系，而且和酶、ATP、有丝分裂、减数分裂、生物的生殖等知识有内在联系，因此在教材中占据重要作用。对于DNA的复制过程，新教材改变了传统的以学科知识为中心的编排体系，而是以问题探究为主线，通过“积极思维”分析经典实验，让学生领悟科学探究的设计思路和方法，发展了学生的探究能力。通过本节课的学习，还可以使学生对结构和功能相互统一的唯物主义观点有了进一步认识。本节的探究实验是在学生已有一定的科学探究能力的基础上进行的，但是对根据证据做出合理判断的探究能力提出了更高要求。

因此确定本节课的教学目标以下：

1、知识目标：（1）概述DNA分子复制的时期、过程和条件。

（2）说明DNA分子复制的特点。

（3）阐明DNA分子复制的实质。

（4）概述DNA复制的生物学意义。

2、能力目标：（1）通过介绍Meselson、stehl的试验以及康贝格的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学探究能力。

（2）通过小组分析讨论实验结果，培养学生合作学习的能力。

（3）通过指导自学课文，培养学生识图能力和自学能力。

3、情感态度和价值观：（1）认同DNA双螺旋结构模型对研究DNA分子复制的指导意义。

（2）通过分组探究活动，培养学生的协作意识和科学态度。

【重点和难点的确立】

由于DNA半保留复制实验以及康贝格的实验是特定的实验室条件下进行的，学生无法亲自动手操作，对如何培养细菌、氯化铯密度梯度离心等技术缺少感性认识，学生自主探究的难度较大，加上本节探究活动比较多，对学生合作探究的能力要求高，所以探究DNA分子的复制过程及特点是这节课的重点、难点。

1、重点：探究DNA分子复制的条件、过程和特点。

2、难点：DNA分子的复制过程及半保留复制实验分析。

【教学设计思路】

1、积极倡导探究性学习：《新课程标准》力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，培养学生获取新知识的能力、分析问题和解决问题的能力。新教材把Meselson、stehl的实验编入“积极思维”活动中，以引导学生体验科学家探索的过程和科学知识形成的过程，领悟科学家是如何发现问题、寻找证据、在严密推理的基础上做出判断的。在分析实验的过程中，教师首先创设问题情境，让学生假设DNA的复制方式：是半保留复制、全保留复制还是分散型复制？然后层层设疑，逐步剖析经典实验。这过程中有科学方法的学习，还有推理判断能力的提升。

2、新课改倡导小组合作学习，发展学生的合作与交流能力：在探究活动中，每个小组的探究任务都不同，有的小组是探究半保留复制，有的探究全保留复制，还有的探究分散型复制。小组内成员相互学习、相互交流，发挥合作优势，而最后问题的结论还要靠三大组共同完成，否则一节课内完成这么多教学活动是非常紧张的。因此，这节课成败很大程度上依赖小组成员的学生的合作意识和合作技能。

3、活动的设计不应只是注重外在表现形式，更应注重内在品质：教师要根据生物学科特点与高中学生年龄特点，设计出能激发学生复杂的思维和高水平认知的活动。关于DNA复制的条件、边解旋边复制特

点，如果教师用多媒体课件直接演示，也很形象明了。但是这种看似先进的教学手段对学生的抽象思维能力并没有多少提升。教师可以大胆创新，增加新教材中没有的康贝格实验和大肠杆菌的DNA复制实验，引导学生分析得出DNA复制的条件、边解旋边复制特点，这对于发展学生的终身学习能力是大有好处的。

【教学手段】

电脑、视频展示台、用flash制作的DNA复制过程的三维动画、用PowerPoint制作的演示文稿

【教学模式】

——“小组合作探究学习模式”

【教学过程】

1、将“问题探讨”作为情境，引入新课：

（演示有丝分裂和减数分裂的过程图）提问：有丝分裂间期和减数第一次分裂之前的间期，有什么相同点？

学生回答：都进行DNA的复制和有关蛋白质的合成。

师：DNA复制的结果呢？

学生回答：每条染色体上出现两条姐妹染色单体，DNA数目加倍。

师：那么DNA究竟是如何完成复制的呢？今天，我们一道来探讨DNA复制的奥秘！

（板书课题）二、DNA的复制

2、层层设疑，逐步剖析经典实验：

（1）DNA的复制方式：

沃森和克里克在发表DNA分子双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“在提出碱基特异性配对的看法后，我们立即又提出了遗传物质进行复制的一种可能机理”。你能从DNA分子的双螺旋结构，设想出DNA的复制可能属于哪种方式？

先让学生分小组讨论、大胆设想，要是讲的不完全，教师用多媒体演示DNA复制可能的三种模式。（探究材料如下图）

学法指导：DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨哪个DNA是原来就存在的，还是新形成的呢？

学生分小组讨论、要是学生回答有困难，教师可以引导学生回忆光合作用中释放氧的来源是怎么发现的实验，通过类比初步找到研究的基本方法——同位素标记法。

（基于学生对如何培养细菌、氯化铯密度梯度离心等技术缺少感性认识）教师先用多媒体对1958年Meselson和Stahl所做的“半保留复制”实验背景知识进行必要讲解：在氮源为N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为N-DNA（对照组为轻带）。在氮源为N的培养基中生长的大肠杆菌，其DNA分子均为N-DNA（亲代为重带）。将亲代N大肠杆菌转移到N的培养基中，再连续繁殖两代，用密度梯度离心方法分离。

指导学生分三个大组讨论：第一组讨论“全保留复制模式”可能的实验结果，第二组讨论“半保留复制”可能的实验结果，第三组讨论“弥散型复制”可能的实验结果。并在讨论的基础上绘制在第一代、第二代和第三代中含15N的DNA分子个数及所占比例草图（事先分发给学生的练习纸）

实验的结果怎样呢？教师分步演示Meselson和Stahl用放射性同位素与梯度离心法所做的“半保留复制”实验结果，先播放子一代DNA的离心结果，让每个小组进行对比，看看本组的探究模式符不符合实验结果。引导学生讨论：子一代DNA离心后全部出现在中带，可以排除掉我们刚才假设的哪种复制模型？

小组间讨论交流，不足之处小组其他成员可以补充。

第一组学生代表利用视频展示台演示他们的探究结果：能排除掉全保留复制模型。因为在全保留复制模型中，母链DNA分开，分别复制形成两条子链DNA，此后两条母链DNA彼此结合，恢复原状，新合成的两条子链彼此互补结合形成一条新的双链DNA分子。全保留复制的第一代结果是出现两条带：亲代DNA在重带，子代DNA在轻带。这种结果与实验不符合，所以排除掉这种模型。

教师接着播放子二代DNA的离心结果，引导学生讨论：子二代DNA离心后一半出现在中带，一半在轻带，可以排除掉我们刚才假设的哪种复制模型？

第三组学生代表利用视频展示台演示他们的探究结果：能排除掉弥散型复制模型。在弥散复制模型中，亲151414151514

代双链被切成双链片段，而这些片段又可以作为新合成双链片段的模板，新、老双链片段又以某种方式聚集成“杂种链”。复制的第一代结果是出现一条带：中带。而第二代结果也只出现一条带，这条带介于轻带和中带之间。

那么只剩下一种可能性，就是半保留复制，果真如此吗？请第二组学生汇报探究结果。

第二组学生代表利用视频展示台演示他们的探究结果：半保留复制模型中，DNA并不是由原来的DNA分子产生一个全新的DNA分子，而是DNA分子的两条链分开，每一条链(母链)作为一个模板再配上一条子链，这样形成的2个DNA分子每个都有一条母链和一条子链。所以半保留复制的第一代结果是出现一条带：中带。而第二代结果会出现两条带，但中带占1/2，轻带占1/2。

师生总结、形成共识：DNA的复制方式是半保留复制。

能力迁移：将N标记的DNA放在N的环境中复制1次(G1)、2次(G2)，其DNA在试管中的位置如何？如果将复制1次后的DNA用解旋酶处理后再进行离心结果会如何？

分小组讨论，并在练习纸上绘出（课前分发给学生的练习纸，上面有3支试管及重、中、轻带的位置线），学生代表汇报。

（2）DNA的复制条件：

提供材料，积极思维：（课件演示美国生物化学家康贝格的实验）1956年美国生物化学家康贝格首次在试管中人工合成了DNA。他将从大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四种丰富的脱氧核苷酸和适量的Mg+的人工合成体系中，四种脱氧核苷酸并不能聚合成脱氧核糖核酸链——并没有发生DNA的合成。当加入了少量DNA做引子和ATP作为能源物质，经保温孵育后，测定其中DNA的含量。发现其中DNA的含量增加了，并且这些DNA的（A＋T）：（C＋G）的比值不是随意的，而与所加入的单链DNA引子相同。

引导学生层层深入，分析得出DNA复制的条件、特点。

①试管中事先放入的四种脱氧核苷酸的用处是什么？

②试管中加入DNA聚合酶起什么作用？

③试管中加入适量的ATP起什么作用？

④从实验结果看，合成出的新DNA分子的碱基序列与谁的碱基序列相同？

⑤康贝格在试管中放入的少量单链DNA在DNA复制的过程中起什么作用？

（3）DNA的复制过程特点：

提供材料，积极思维：下图是DNA复制的有关图示。A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制。D→F表示哺乳动物的DNA分子复制片段。图中黑点表示复制起点，“→”表示时间顺序。

①若A中含有48502个碱基对，而子链延伸速度是105个碱基对/min，则此DNA分子复制约需30s，而实际上只需约16s。根据A～C图分析，可能的原因是？

学生讨论回答：DNA复制是双向复制。

②哺乳动物的DNA分子展开可达2m之长，若按A～C的方式复制，至少18h，而实际上约6h左右，根据D～F图分析是因为？

学生讨论回答：DNA复制可以有多个复制点。

③A～F均有以下特点：延伸的子链紧跟着解旋酶。这说明DNA分子复制有什么特点？

学生讨论回答：DNA复制是边解旋边复制。

④C与A；F与D相同，为什么C、F能被如此准确地复制出来？

引导学生回忆DNA结构特点，理解结构与功能的适应关系：两条母链提供了精确的模板，碱基互补配对原则保证了复制准确无误的进行。

3、借助媒体手段，形成完整的感性认识。

教师利用多媒体演示DNA复制的动态变化过程。边演示边讲解：DNA复制过程大体分为三个阶段：（1）DNA双螺旋结构在DNA解旋酶作用下解旋成2个单链片段；（2）以解开的每一条单链片段(母链)为模板，遵1415

循碱基互补配对原则，与提供原料中的4种核苷酸各自互补配对，并在DNA聚合酶作用下连接成一段子链；（3）子链不断延伸并与对应母链盘绕成双螺旋结构，形成各含一条母链和一条子链的2个DNA分子。

教师引导学生分析子代DNA与亲代DNA的碱基序列的特征，探讨DNA自我复制的生物学意义。通过DNA复制，才使得亲代的遗传信息传递给子代，使亲代生物的性状可在子代得到表现，你能举出常见的一个事例来证明这个问题吗？

学生讨论：父母亲单眼皮，子女也是单眼皮等。

4、自主构建知识体系

阅读书本图4-9DNA分子复制示意图和P61——63页三小段文字，找出复制的概念、时间、条件、过程、结果、特点、意义，完成结构化知识图表。

概念：是指以亲代DNA分子为模板合成 的过程

时间： 条件： 、 、 、 过程： 、 、 结果：形成相同的 特点： 、 意义：保证了亲子代间 。 讨论：①DNA的复制是半保留复制，说明DNA每条母链都为模板，那么是否意味着原来两条链之间的氢键要打开？要是打开氢键，需要什么条件？

②设想：复制真的毫无差错吗？（为基因突变打下伏笔）教师提示：这并不意味着复制时毫无差错，否则，自然界便没有了变异，生物界就不会向前发展。

【教学反思】

新课改把提高每个高中生的生物科学素养作为《新课程标准》实施中的核心任务。因此教师不仅要关注学生学到了什么，更要关注学生学会怎样学习。如果教师以知识讲授为核心直接讲解DNA分子半保留复制的特点，学生虽然可以较快的掌握结论，但这种教学忽视了学生能力的发展，而且失去了自主探究的乐趣。因此，教师可以充分挖掘教材内容，把基础知识与经典实验有机结合在一起，建立起一个自然流畅、逻辑清晰的教学过程。通过设置问题情境，引导学生在探索中学习新知识，理解科学的本质和科学研究的方法。这样学生不仅能够自己得出结论：DNA的确具有半保留复制的特点，同时还能感受科学探究的魅力。