DNA 的復(fù)制教學(xué)設(shè)計(jì)

1、DNA 的復(fù)制教學(xué)設(shè)計(jì)1 教材分析和設(shè)計(jì)思路“DNA 的復(fù)制”是人教版高中生物學(xué)教材遺傳與進(jìn)化第 3 章第 3 節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容包括對 DNA 分子復(fù)制的推測、DNA 半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)（選學(xué)）和 DNA 分子復(fù)制的過程 3 部分內(nèi)容。DNA 分子復(fù)制的推測，旨在使學(xué)生了解沃森和克里克在制作DNA 模型 后，推測了 DNA 分子的自我復(fù)制的機(jī)制這一事實(shí)，更重 要的是使學(xué)生理解結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)在聯(lián)系。DNA 半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)很好地揭示生物學(xué)研究必須源于實(shí)證，并體現(xiàn)了假說演繹法的科學(xué)研究方法， 但由于證明 DNA 半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)的難度較大，教材將這部分內(nèi)容安排為選學(xué)。按就近發(fā)展區(qū)原則，可增加

2、一個(gè)密度梯度離心的模擬實(shí)驗(yàn)作為鋪墊，再引出半保留復(fù)制和全保留復(fù)制方式，然后引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，演繹推理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終理解 DNA 半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。DNA 分子的復(fù)制過程是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)，學(xué)生已經(jīng)了解了復(fù)制方式，為促使學(xué)生 “ 做中學(xué) ”，在“做”中理解知識，組織學(xué)生利用卡紙制作的 DNA 分子模型和游離的脫氧核苷酸模擬 DNA 分子 的復(fù)制過程。讓學(xué)生在模型構(gòu)建的活動(dòng) 中發(fā)現(xiàn)問題，師生合作解決問題。2 教學(xué)目標(biāo)基于課程標(biāo)準(zhǔn)并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求， 制訂了如下教 學(xué)目標(biāo):（ 1） 通過 DNA分子的半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和 DNA 分子復(fù)制的時(shí)間、過程、特點(diǎn)、條件的學(xué)習(xí)和掌 握，形成結(jié)構(gòu)

3、與功能統(tǒng) 一的觀點(diǎn)。（ 2 ） 通過密度梯度離心模擬實(shí)驗(yàn)降低實(shí)驗(yàn)難度， 引導(dǎo)學(xué)生演繹實(shí)驗(yàn)結(jié)果，體會(huì)假說演繹法的科學(xué)研 究方法及生物學(xué)的實(shí)證特征。通過用模型模擬 DNA分子的復(fù)制過程的活動(dòng)，學(xué)會(huì)模型構(gòu)建的科學(xué)研究方法，并在活動(dòng)中培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。（3 ） 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)與癌癥原因的分析相聯(lián)系，關(guān)注科學(xué)發(fā) 展并形成健康的生命觀。3 教學(xué)過程3. 1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課 提問:癌癥是困擾人類健康的一個(gè)難題，罹患癌癥的原因到底是什么呢? 出示新聞報(bào)道資料: 美國科學(xué)家利用數(shù)學(xué)模型對 32 種癌癥進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:約 66% 的致癌突變要?dú)w咎于 DNA 復(fù)制時(shí)隨機(jī)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，DNA 復(fù)

4、制錯(cuò)誤可謂是 “罪魁禍?zhǔn)住保敲?DNA是怎樣復(fù)制的呢? 引出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。設(shè)計(jì)意圖: 利用最新科技成果導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成關(guān)注科學(xué)發(fā)展 的習(xí)慣。3.2 對 DNA 分子復(fù)制的推測 沃森和克里克在發(fā)表 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后提出了 DNA 的自我復(fù)制的假說。出示該模型圖并讓學(xué)生依圖解釋沃森和克里克提出的半保留復(fù)制假說。設(shè)計(jì)意圖: 了解科學(xué) 發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生圖文信息轉(zhuǎn)化能力。3. 3 DNA 半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù) 從假說到模擬實(shí) 驗(yàn)，再到實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證來讓學(xué)生逐漸理解半保留復(fù)制的驗(yàn)證過程。3. 3. 1 DNA復(fù)制的假說 出示科學(xué)家提出的 DNA 全保留和半保留復(fù)制的兩種假說圖解，提示學(xué)

5、生全保留復(fù)制是指母鏈 DNA 分開，分別復(fù)制形成兩條子鏈 DNA ，此后兩條母鏈 DNA 彼此結(jié)合，恢復(fù)原狀，新合成的兩條子鏈彼此互補(bǔ)結(jié)合形成一條新的雙鏈 DNA 分 子。提出問題：“怎樣證明 DNA 復(fù)制方式是半保留復(fù) 制還是全保留復(fù)制 呢?”3. 3. 2密度梯度模擬實(shí)驗(yàn)教師拿出依次裝有四氯化碳、水、大豆油的燒杯，再將圖 1 中左側(cè)所示的穿插有不同數(shù)目鋼釘?shù)娜N泡沫條結(jié)構(gòu) a 、b 、c 放入燒杯， 可出現(xiàn)圖 1 右側(cè)所示結(jié)果。讓學(xué)生觀察并思考為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象? 學(xué)生觀察后很容易發(fā)現(xiàn)穿有鋼釘數(shù)目少的 a 在最上層，鋼釘數(shù)目最多的 c 在最下層，鋼釘數(shù)目居中的位于中間層。再引導(dǎo)學(xué)生明白鋼

6、釘數(shù)目多少可代表分子量大小。然后教師提示: 四氯化碳、水、大豆油的密度依次降低，即燒杯中的液體從上到下密 度依次增大，即形成了密度梯度。如果 a 、b 、c 代表1 1 2分子量大小不等的 DNA 分子，從該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可說明：分子量較小的DNA 分子可漂浮在密度較低的液體中，分 子量較大的 DNA 分子可 漂浮在密度較大的液體中。3.3.3 密度梯度離心實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證教師提出問題: “如果親代 DNA 的兩條鏈均為 N 15 的重鏈，將含這種 DNA 分子的大腸桿菌放在僅含 N 14的培養(yǎng)基上，讓其繁殖 2 代。按照半保留復(fù)制假說和全保留復(fù)制假說，分別寫出其子代 DNA分子的組成及含量。”學(xué)生分組討論

7、預(yù)測結(jié)果，教師巡回指導(dǎo)。（按全保留復(fù)制，則 F 的的 DNA 分子為 N 15 N 15 占1/2, N14N 14占 1/2, F 的 DNA2為 N 15N 15占 1/4, N14N 14占 3/4；按半保留復(fù)制，則 F 的 DNA 分子全為 N 15N 14，F(xiàn) 的 DNA為N 14N 15占 1/2, N14N 14占 1/2。）然后教師以多媒體出示: 已知將氯化銫溶液離心， 溶液中的銫離子會(huì)向離心管底部運(yùn)動(dòng)，隨著銫離子濃度增大，底部密度也增大，即形成了密度梯度溶液。提出 問題：“如果將上述大腸桿菌親代、子一代和子二代 DNA提取出來，在氯化銫溶液中離心，則會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果?”請學(xué)生

8、圖解該結(jié)果，教師點(diǎn)評。最后指出科學(xué)家 Meselson和 Stahl 就做了上述實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與半保留復(fù)制一致，故 DNA 分 子復(fù)制方式為半保留復(fù)制。設(shè)計(jì)意圖: 通過密度梯度離心模擬實(shí)驗(yàn)降低實(shí)驗(yàn)難度，引導(dǎo)學(xué)生演繹實(shí)驗(yàn)結(jié)果，體會(huì)假說演繹法的科學(xué)研究方法及生物學(xué)的實(shí)證特征。 3.4 DNA 分子的復(fù)制通過模型構(gòu)建和資料分析來 學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容。3.4.1利用模型構(gòu)建的方法學(xué)習(xí) DNA 復(fù)制過程動(dòng)手活動(dòng)：各小組利用上節(jié)課所制作的 DNA 分子模型和脫氧核苷酸卡紙模型等模擬 DNA 的半保留復(fù)制的 過程。教師巡回指導(dǎo)。學(xué)生在模擬活動(dòng)過程中都懂得首先由解旋酶利用能量將 DNA 分子兩條鏈解旋開，形成模板

9、，然后按照堿基互補(bǔ)配對原則將相應(yīng)的核苷酸連接上去，再形成磷酸二酯鍵合成子鏈。但是也暴露了兩個(gè)問題：DNA 分子的兩條鏈?zhǔn)欠裥枰耆珠_成單鏈才能開始復(fù)制？ 子鏈合成方向是從 5端到 3 端，還是從 3端到 5端?請學(xué)生觀察教材 54 頁圖 3-13 可知，在解旋的同時(shí)就開始復(fù)制了，并非兩條鏈完全分開后才開始復(fù)制。第個(gè)問題主要取決于 DNA聚合酶,DNA 聚合酶只能催化前一個(gè)核苷酸 3碳上羥基中的氫與后一個(gè)核苷酸 5碳上磷酸基團(tuán)中的羥基之間發(fā)生脫水聚合反應(yīng)，形成 3，5-磷酸二酯鍵，故子鏈合成 方向只能是從 5端到 3端。請學(xué)生代表在黑板上用這 些模型模擬一下 DNA 復(fù)制過程。教師總結(jié) DNA 復(fù)制 過程為：解旋-合成子鏈-螺旋化。設(shè)計(jì)意圖: 使學(xué)生體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)在科學(xué)研究中的魅力，鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作能力，體驗(yàn)在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生合 作學(xué)習(xí)能力。3.4.2識圖、分析資料，學(xué)習(xí) DNA 復(fù)制的特點(diǎn)展示 教材 54 頁圖 3-13，請觀察 DNA 復(fù)制的特點(diǎn)邊解旋 邊復(fù)制;展示材料:“研究發(fā)現(xiàn)，人類瘤細(xì)胞中最長的 DNA 分子達(dá) 36000m, DNA 復(fù)制速度約為 4 m/min, 按此計(jì)算，完成瘤細(xì)胞該 DNA分子復(fù)制需 9000 min ，但 實(shí)際僅 40 min 即完成?！闭f明 DNA 復(fù)制 還有什么特點(diǎn)？引導(dǎo)學(xué)生明白多起點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)。設(shè)