【教学设计】《DNA的复制》（人教）.docx

DNA的复制甘肃省高台一中罗福海老师 教材分析本节内容选自人教版高中生物必修2遗传与进化第3章第3节。DNA复制是生物遗传信息得以世代相传和延续的基础，也是生物变异的基础。对本节的学习有助于学生更好的认识基因的本质。本节内容在编排上先讲述科学家对DNA复制的推测，然后介绍DNA半保留复制的实验证据（选学），在此基础上再引导学生学习半保留复制的具体过程。虽然DNA半保留复制的实验证据属于选学内容，但该部分内容的学习有利于培养学生的科学素养，也有利于理解DNA半保留复制的方式，所以我根据学生理解层次的不同，对该部分内容进行了详细的介绍和探究性学习，本设计即以引导学生对该过程的演绎推理，在帮助学生理解的同时，也培养了学生科学探究的一般方法和逻辑思维。 教学目标【知识与能力目标】概述DNA分子的复制。【过程与方法目标】1、 通过对DNA复制方式的推测，再次领悟假说演绎法在科学研究中的应用；2、 通过分组探究，增强合作意识，提高合作能力；3、通过讨论交流培养学生的口头表达能力和逻辑思维能力。【情感态度价值观目标】1、认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程； 2、认同技术的进步在探索遗传物质奥秘中的重要作用。 教学重难点【教学重点】DNA分子复制的条件、过程和特点。【教学难点】1、DNA半保留复制的推理和验证；2、DNA半保留复制的过程。 课前准备 1、多媒体课件；2、学生完成相应预习内容；3、学生课前查阅相关背景资料，搜集有关资料。 教学过程【导入新课】教师：说到复制，那么请问同学们，我们日常生活中都接触过哪些关于复制的实例呢？（复印卷子、电脑上的复制粘贴、抄作业行为）那么，DNA作为遗传物质也需要能够自我复制，DNA又是如何做到这一点的呢？其实，早在沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型是，他们就根据这样的结构推测了DNA是如何复制的，那我们先来回顾一下DNA的结构是怎样的：（提问学生回答）1、DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。3、两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。【讲授新知】一、对DNA分子复制的推测教师：就是根据这样的结构，沃森和克里克猜测DNA应该是一种半保留的复制方式，结合示意图简单介绍半保留复制方式。但是，这种复制方式与我们平时见到的复制方式全保留复制不同，结合示意图简单介绍全保留的复制方式。二、DNA半保留复制的实验证据【演绎推理】教师：那么DNA究竟是哪种复制方式呢？我们不妨今天也来用一用假说演绎法，假说现在有了，关键是如何演绎推理。我们的演绎推理一定要和实际相结合，因为我们接下来还需要用实验来验证。所以有必要为大家介绍一些实验的相关背景。实验材料选择大肠杆菌。一方面是由于大肠杆菌繁殖迅速，20分钟繁殖一代，意味着DNA也复制了一次，另一方面，我们可以通过细胞破碎很轻易的从大肠杆菌细胞中分离出DNA分子。所以，我们可以每20分钟提取一次DNA，这样就可以分别研究每一代的DNA分子。提问：我们如何区分不同的DNA分子呢？根据刚才的两种假说，我们会接触到三种不同的DNA分子：两条链都是新合成的子链；两条链都是原来的母链；一条链为子链，一条链为母链的杂合DNA。那么，我们能不能用什么方法来分别标记一下子链和母链呢？（学生回答：同位素标记法）如何标记呢？无论哪种复制方式都是需要合成新的子链的，那就必然需要从外界摄取原料，如果我们为其提供的原料就含有某种同位素，那么将来要合成的新链就会含有我们要标记的同位素，这样，子链和母链就含有了不同的同位素。教师：标记完成之后我们又该如何鉴别不同的DNA分子呢？（同学们回答：检测放射性）教师：同学们想一想，放射性在这里能用吗？我们从大肠杆菌细胞中提取出来的DNA都是混在一起的，我们如果检测放射性的话，能区分这一堆DNA中有多少不同的DNA分子吗？不能，那我们又该利用同位素的什么特点呢，能否将不同的DNA分子真正分开呢？以N元素为例，14N和15N都是没有放射性的，那他们有什么不同呢？（同学们回答：质量不同）教师：那被14N和15N分别标记的DNA质量也就不同，我们该如何将不同质量的DNA分子分开呢？（同学们回答：离心）教师：对！只不过我们这里用到的不是一般的差速离心，而是密度梯度离心。通过离心，就将不同的DNA分子分开了。提问学生回答：14N/14N-DNA和15N/15N-DNA离心后分别应该位于离心管的什么位置？（轻带和重带）那么，14N/15N-DNA呢？（中带）。有了这些相关背景知识，下面就是我们演绎推理的时间了：将大肠杆菌放在含15N的培养基中培养若干代，得到亲代DNA分子。将大肠杆菌转移到14N的培养基中培养一代，请同学们预测子一代DNA的组成以及离心结果。在14N的培养基中将大肠杆菌再培养一代，请同学们预测子二代DNA的组成以及离心结果。学生活动：两人一组一边讨论一边按照两种假设预测子一代和子二代的DNA分子的组成及离心结果。请两位同学分别在黑板上演示他们的结果，并请另外两位同学做出点评。教师引导提出DNA比例及条带宽度问题。学生演绎推理之后与教材53页当年梅塞尔森和斯特尔所做的实验结果相比对，得出DNA半保留复制的结论。【讲授新知】三、DNA分子复制的过程观看DNA复制过程的动画，教师结合动画对DNA复制过程进行解说。回顾动画内容，尝试让学生总结DNA复制过程的三大步骤：解旋；合成子链；重新螺旋。针对该过程进行深入探讨：探究一：如何提高DNA复制的速度？先阅读资料：子宫瘤细胞的DNA分子长36mm，DNA复制的速度是0.9m/分钟，理论上DNA复制需要多长时间？4万分钟（约27.7天）实际只需约40分钟！理论和现实相差如此之大该如何解释？结合两幅图分别提出DNA复制过程中“边解旋边复制”和“多起点双向复制”两个特点。探究二：如何保证DNA复制的准确性？根据DNA分子的结构特点，尝试让学生给出答案：DNA独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；碱基互补配对原则保证复制的准确进行。DNA复制条件的探究：人们一直都有一个梦想，那就是能否在体外人工合成DNA。1956年，美国的科恩伯格首次尝试着做这件事，他首先在试管中加入了4种脱氧核苷酸作为合成DNA的原料，然后又加入了一些复制相关的酶（DNA聚合酶），于是开始期待结果，可惜并没有得到想要的DNA分子。那么同学们想一想，结合DNA分子的复制过程，你觉得可恩伯格的试管中还缺什么东西呢？（学生回答：能量和模板）教师：总结DNA复制的条件：模板：DNA的两条链；原料：4种脱氧核苷酸；酶：如解旋酶和DNA聚合酶等；能量：ATP提供能量。以表格形式对本节课要点进行小结，以提问学生的方式填表：（1）时间：有丝分裂间期和减数第一次分裂间期（2）场所：主要在细胞核，