DNA分子的复制优秀教学设计

《DNA的复制》教学设计

尤

洁

一、教材分析

教材分析“DNA的复制”是苏教版生物教材第四章第二节的内容，也是本章的重点和难点之一，主要内容是在学生已学的DNA结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的过程。学生在学习本节课之前，已经学习过“DNA的结构”，教师应该充分调动学生已有的知识基础进行理解，而DNA的复制过程是一个微观而复杂的内容，学生不易理解，教师可结合直观形象的示意图或视频动画来辅助教学，帮助学生进行学习和掌握。这节内容也是学生科学方法和探究能力培养的一个很好的载体，为此笔者对这节课的教学设计做了大胆的尝试，用科学研究的主线贯穿整节课的教学，采用探究学习的方式，引导学生对该过程进行演绎推理，帮助学生理解的同时，培养学生科学探究的一般方法和逻辑思维。并且依托学生动手实践活动构建模型来体会DNA复制的过程，让学生最大限度地成为学习的主体，以此来落实新课程“以生为本”的教学理念。

二、教学目标

知识目标：①概述DNA分子的复制过程、条件和特点。

②说出DNA复制的生物学意义。

能力目标：①通过探究

DNA 分子的复制方式，形成对假说-演绎法的再认识。②

通过小组合作动手模拟

DNA复制的过程，增强合作意识和交流沟通能力。

情感目标：通过探究DNA 的复制方式和复制条件，培养探究意识和科学态度，体会科学实验的严谨性，提高学习兴趣，关注生物科学的新进展。

三、教学重点和难点

1、重点：DNA分子复制的条件、过程和特点。

2、难点：对半保留复制的推理与验证。

四、教学策略

1、设置问题情境，引人课题

导入课题：教师：（出示两张照片）这两个可爱的宝贝，哪个是小沈阳的孩子？你判断的理由是什么？学生回答。那为什么孩子和父母会长得这么像呢？学生回答。因为子代继承了亲代部分的遗传物质DNA。也就是说DNA可以从亲代传递给子代。那我手中的这个就是DNA的结构。(出示DNA的双螺旋结构模型)。

进行DNA结构的复习。

提问：①

DNA的单位是什么？②两条脱氧核苷酸链的碱基之间通过什么键连接成碱基对？③碱基配对遵循什么原则？④既然DNA是遗传物质，那么遗传信息储存在哪里？提示：我们的遗传信息是不同的，是DNA分子的哪里不同？

学生回答，帮助学生复习相关内容，为后面的DNA复制做好知识铺垫。

DNA要从亲代传递给子代，就必须要先复制一份。引入主题：DNA复制。让学生回忆前面所学的内容：

1、真核细胞中，DNA分布在哪里？2、什么时候完成DNA的复制？

引导学生说出DNA复制的场所和时间。

2、对DNA复制方式的演绎推理

引导学生用假说—演绎法（提出问题→形成假说→演绎推理→验证推理→得出结论）探究DNA复制方式。

通过学生阅读课本，了解1953年，沃森和克里克的推测是DNA的半保留复制。引导学生思考：还有其他的复制方式吗？学生思考。引入生活中的复印机复印材料，引入全保留复制。

用示意图表示复制的2种最可能的方式（全保留复制、半保留复制）。当然还有可能有其他的方式，这都是猜测。那我们如何来验证？只有通过实验来检验。那如何设计实验？通过设计一系列问题串引导学生设计出实验。

这2种复制方式的区别是子代DNA中的两条链是不同的。这就是我们的设计思路。

问题1：DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA的两条链呢？

启发学生采用同位素标记的方法。

同位素示踪法：同位素不影响化学反应，只是便于和正常的物质区分，更容易观察。

继续引导学生探究：

问题2：如果亲代DNA用15N标记，原料用含14N的脱氧核苷酸。那如果是半保留复制，亲代的DNA分子复制后得到的第l代DNA和第2代DNA的组成是怎么样的? 教师带领学生用图示表示。半保留复制后，子一代的每个DNA全为15N/14N-DNA；第2代的DNA中有一半是14N/14N-DNA，另一半为15N/14N-DNA。

但我们是看不出DNA分子的，产生的DNA分子通常是混杂在一起的。

问题3：我们怎样把不同标记的DNA分子在宏观上区分出来呢？有什么技术或方法呢? 引导学生：我们发现，现在出现了3种DNA，它们的分子量是不同的。

启发学生采用密度梯度离心。

问题4：如果是半保留复制，推测亲代，DNA分子复制后得到的第一代和第二代DNA离心后的位置是怎样的？学生回答：亲代DNA在离心管下部，复制后第一代DNA在离心管中部，复制后第二代DNA在离心管上部和中部。

接下来，介绍1958年米西尔森和斯塔尔两位科学家利用大肠杆菌设计的一个非常精巧的实验。细菌大约每20 min 分裂一次，产生子代。将细菌培养在含14 N的培养基中，经破碎细胞提取DNA，放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理作为对照组。将两条链都含有15 N的细菌，培养在含14 N的培养基中，分别在0 min、20 min、40 min 取样，经破碎细胞提取DNA，分别放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理作为亲代、子一代、子二代。对比实验结果。展示实验过程。指出实验结果完全符合半保留复制方式的预期。最终得出结论：DNA的复制方式是半保留复制。

教师可对学生的推理活动作一个简单的总结，整个过程其实就是一种演绎推理的思维方法。提问：这种科学研究的方法是什么方法？

学生回答：假说演绎法。教师总结：孟德尔的两大定律的发现，摩尔根发现基因在染色体上，都是用了假说演绎法。

教师：在DNA复制方式的探究过程中，科学家经过了艰辛的探索，成功从来不是一蹴而就的。

3、对DNA复制的初步探究

引导学生讨论并分析科恩伯格的实验，了解DNA复制的一般条件。

由

1956 年科恩伯格的实验引入，在

DNA人工合成系统中，加入4 种脱氧核苷酸，没有DNA 复制。实

验一：将从大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有足量的四种脱氧核苷酸的试管中，培养在适宜温度的条件下。一段时间后，测定其中的

DNA 含量。实验二：在上述试管中加入少量DNA 片段和ATP，培养在适宜的温度条件下。一段时间后，测定其中的DNA含量。

根据实验一没有DNA产生，实验二DNA 含量加倍。学生分析得出实验条件：模板—DNA，原料—四种脱氧核苷酸，能量—ATP，催化剂——酶。

通过对科恩伯格的介绍，学生已经大致知道DNA复制的条件。在此基础上，教师引导学生通过自主阅读的方式探究DNA复制的过程。

自主阅读课本P54 第2段文字，思考复制过程有哪3个步骤？

然后请请学生排序，初步了解。接着教师在黑板上利用模具模拟DNA 复制的过程。教师解读和演示第一步，请学生解读和演示第二步、第三步。注意利用原料，利用两种酶，模板等。在这一过程中，学生可能会出现错误，请其他学生指出纠正，不完善的地方教师补充。这一过程是重点，教师强调DNA复制时，两条链都作为模板，DNA聚合酶是将单个的脱氨核苷酸连接到对应的DNA子链上等等。请学生思考解决以下问题：（1）两条母链的碱基顺序是否相同？（不相同）（2）

两条子链的碱基顺序是否相同？（不相同）（3）新合成的子代DNA 碱基排列顺序和亲代DNA是否相同？有何意义?（相同，DNA 分子通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性）（4）子代DNA形成后，亲代DNA还存在吗？（不存在）（5）每个子代DNA都保留了亲代的一条链，只有一条链是新合成的。（半保留复制））（6）DNA复制时，会C和A配对吗？学生回答：不可能。引导变异的出现，进一步引导DNA 分子为什么能准确复制？（DNA 分子双

螺旋结构提供精确的模板，碱基互补配对原则保证复制准确进行）。通过以上过程，引导学生推出DNA复制的重要特点：半保留复制。

教师再利用直观形象的动画，让学生总结出刚才演示中没有体现的DNA复制的特点：边解旋边复制。

教师给出探究任务：让学生尝试用模具模拟DNA复制过程。

要求：（1）模拟DNA复制的动态过程；（2）制作出相应的子代DNA（平面结构）。建议：每四人为一小组，注意组员间的分工合作。（学生动手实践）教师对学生的成果进行点评。

教师提供拓展探究资料：女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子达36000μm，DNA 复制速度约为

4 μm/min，请计算出复制所需的时间？实际复制过程仅需40 min 左右即可完成。（DNA 复制可多起点进行）让学生明白DNA复制是很复杂的，还有其他的特点。

教师播放视频：追寻一只可爱的小脚丫出发，去探索DNA更多的奥秘吧！

课后请学生查阅相关资料，了解DNA在体外的复制技术（PCR技术）以及相关应用（犯罪分子DNA 的体外扩增等），培养学生搜集信息和处理信息的能力，同时让学生体会生物学在社会活动中的作用与地位，增强学生学科学、爱科学的信心。