基于科学史的《DNA的复制》的教学设计

1、教学设计首页单位：太原市第五中学 科目：生物姓名：乔虹课题：基于科学史的 DNA分子的复制的教学设计1、总体设计指导思想高中生物课程标准中已将“倡导探究性学习” 作为课程的基本理念之一，探究性学 习有多种不同的层次和活动形式， 其中以生物科学发现史为载体的探究性学习对培养学生的 生物科学素养具有重要的作用。本节课是在教学中恰当地补充并应用科学史,充分发挥其教育功能 ,在遵循认知规律的基础上进行教学设计，使基础知识和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。 力求更好地体现 普通高中生物课程标准的 教育理念 ,实现“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三位一体的课程

2、目标。2、教材的分析与处理2、 1 内容地位： 本节课内容是人教版高级中学课本生物全一册必修本第六章第一节中二 DNA结构与复制的后半部分。 DNA 的复制与有丝分裂和减数分裂的内容有密切联系；以 DNA 的复制是后续内容基因的表达和基因突变等的基础,因此本节课在教材中占有非常重要的地位，学好这一课时，对于学生深刻认识遗传的本质是非常重要的。2、 2 重点难点： DNA 复制的过程具有微观、动态、连续、抽象的特点。因此，DNA 复制的模式、过程既是本课时的教学重点，也是难点。2、 3 使用教材的处理意见： 增加观察、摆弄 DNA 双螺旋模型活动，希望学生在动手中 复习旧知识， 发现新问题。 补

3、充 DNA 复制科学史中的两个探究实验， 通过引导学生探究 DNA 复制的条件和模式， 发展学生的科学探究能力。 由先进的多媒体课件播放展现 DNA 复制过程 动态、连续性，取代原来的挂图演示，使抽象的 DNA 复制过程这一教学难点很容易被突破， 同时通过提问让学生自己总结概念、过程、特征、意义等内容，使不同层次的学生都有提高。3、学情分析教材中“ DNA 复制”一节的内容十分简炼，并且全部是描述和结论性的内容，知识本 身非常抽象。 课堂上教师若单纯讲述， 往往使教学陷于沉闷， 学生的学习积极性不高。 DNA 复制的过程具有微观、动态、连续、抽象的特点。如果只用课件模拟 DNA 复制的微观过程

4、 , 展示后让学生讨论总结 ,就会使教学过程的呈现简单化 ,不利于学生抽象逻辑思维和创造性思 维能力的培养和发展。根据学生已经具有了 DNA 双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本 知识，所以本节课采用基于科学史经典实验的探究教学活动为课堂主线,采用假说演绎法 ,让学生经历发现问题假说解释实验设计证明实验结果分析的探究过程,使学生能够深刻理解 DNA 复制的模式、条件 ,顺利突破难点。在这个过程中 ,学生既能得到假说演绎推理 能力的提高，又能提高学习兴趣 ,从而达到知识、能力情感三维教学目标的实现。4、重点难点利用科学史， 通过探究 DNA 复制的条件和模式， 发展科学探究能力是本课的教学重点

5、和难点。5、教学目标 知识目标 ：通过已有 DNA 结构模型的复习、摆弄、体会和课件的动画演示，使学生记 住 DNA 复制的概念、过程、特点、意义；通过利用科学史的探究活动，分 析、推理出 DNA 复制的模式和条件。能力目标： 通过引导学生探究 DNA 复制的条件和模式，鼓励学生大胆想象、猜测，培 养学生自主探索、 合作学习、 分析问题、解决问题的能力。 使学生在教学活 动中初步学会科学研究的一般方法。情感目标： 通过分组探究活动，培养学生的合作、 探索的精神和科学态度， 以及勇于创 新和实践的科学精神。6、教法、学法设计教法设计：本课时主要采用启发式教学法，结合观察、比较、讨论、探究等教学方

6、法。 通过教师的引导，从知识的发生过程入手，着重引导学生自己去观察、思考、探索、分析、 归纳、 总结，为学生铺设符合知识规律的思维轨道， 强化素质教育。 充分体现教师的 “主导” 地位。学法设计： 通过模型观察和摆弄， 让学生在动手、 动脑中， 自己去发现。 通过设疑导学， 指导学生自主探索 DNA 复制的过程，培养学生发现问题、解决问题、相互协作、自主学习 的能力；通过点拨导议，启发学生思考、分析科学家的实验，总结出正确结论，从而培养学 生分析、推理、概括、总结的基本学习方法；通过展示小组提出的假设，培养学生的参与意 识和创新意识，让学生学会在学习中进行交流的基本方法。充分体现学生的“主体”

7、地位。7、教学媒体选择DNA 双螺旋结构模型 16套，学生 4 人一套；DNA 复制过程的 Flsh 课件；PowerPoint 制作的演示文稿教学 内容教学 过程设计 意图教师活动学生活动1、创 设情 境引 入新 课课件演示陈强和陈佩斯父子的图片。 陈 佩斯不仅摸样很像父亲， 还子承父业， 也做 了幽默的喜剧演员。请同学们说说子女像父母的根本原因 是什么？亲代 DNA 是如何复制的？学生思考回答： 子女像父母的根本原因父母 通过 DNA 复制将和自己一样的 一份 DNA 传给子女。以著名喜剧 演员的图片引课 , 使课堂氛围轻松、 有趣，自然快速地 进入学习主题， 调 动了学生学习的 积极性。

8、2、利 用模 型温 故知 新教师给各组发双链可以拆开的小型DNA 模型（有 6 对碱基）。DNA 的复制一定与其独特的双螺旋结 构有关。请同学们在观察、摆弄 DNA 模型 中思考：关于 DNA 复制，我们已经学习过 哪些知识？还有哪些问题没有解决？板书：（1）DN 复制的时期：有丝分 裂和减数第一次分裂的间期。学生以 4 人小组为单位观察 DNA 模型。学生回答：已经学习过的知识： DN 复制发生的时期是有丝分裂和减 数第一次分裂的间期。还没有解决的问题： DNA 复制需要哪些条件？复制的结果 怎样？有什么特点？等等。引导学生在 观察、动手中有效 回忆已有知识， 发 现新的问题， 同时 培养学

9、生辩证的 思维过程。3、科 学探 究复 制模 式3、1 引导探究 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。 ” 同学们，你们能从观察摆弄 DNA 分子 的双螺旋结构中 ,设想、体会出科学家关于 DNA 复制的模式吗？请学生积极思考，大 胆猜想并用图表示。同学们的猜想与科学家提出的模式相 同吗？3、2 介绍科学家提出的模式 3、 2、 1沃森和克里克发表了第二篇论 文,提出遗传物质自我复制模式的假说：学生讨论进行探究活动。让 小组代表将讨论的结果向全班汇 报。例像复印文件： D

10、NA 的两条 母链分开 ,形成两条 DNA 子链 ,此 后两条母链彼此结合 , 恢复原状 , 新合成的两条子链彼此互补结合 形成条新的双链 DNA 分子。DNA 分子复制时 ,DNA 分子的双螺旋将解开 ,互补的碱基之间的氢键断裂,解开的两条单链作为复制的模 板 , 游离的脱氧核苷酸依据碱基 互补配对原则 ,通过形成氢键 , 结 合到作为模板的单链上。由于新 合成的每个 DNA 分子中 ,都保留通过科学史 激发学生的探究 动机。通过模型观 察和摆弄，让学生 在动手、动脑中， 自己去发现、 去领 悟。该问题对学 生来说 ,难度较大 , 也可由教师直接 提出。真实再现科 学发现过程， 培养 学生严

11、谨的逻辑 思维习惯，同时提 高表达能力。学生根据教师描述的特征，画图表示。在教师叙述 和画出半保留复 制的示意图后， 使 学生的想象和画 图表达成为可能。通过介绍科 学家有关的研究 方法和手段， 给学 生进一步探究活 动奠定基础。了原来 DNA 分子中的一条链 ,即 半保留复 制。3、2、2 教师介绍科学家提出的另外两种 模式：全保留复制： DNA 的两条母链分开 ,形 成两条 DNA 子链 ,此后两条母链彼此结合 , 恢复原状 ,新合成的两条子链彼此互补结合 形成条新的双链 DNA 分子。弥散复制： 亲代 DNA 双链被切成双链 片段 ,这些片段又可以作为新合成双链片段 的模板 ,新、老双链

12、聚集成“杂种链。请同学们画图表示。DNA 复制究竟是哪一种？如何用实验 证明？3、3 介绍 1958 科学家的证明实验他们先将大肠杆菌放入含 15N 的培养基 中培养若干代 ,使所有细菌的 DNA 都标记上 15N, 然后将这些细菌转移到只含有 14N 的培 养基中培养。随后 ,分别取完成一次细胞 分裂的细菌和完成两次细胞分裂的细菌 , 并将细菌中的 DNA 分离出来。进行密度梯 度离心并分析。科学家认为 ,可能会出现三种 DNA 分子，双链均含 15N 的 DNA 分子；双链均含 14N 的 DNA 分子；双链分别含 15N 和 14N 的 DNA 分子。怎样才能观察到这三种 DNA 分子？

13、科 学家将分离出来的 DNA 进行密度梯度离 心。请同学们分组讨论：三种 DNA 离心后 的条带应分布于离心管的什么位置？为什 么？如何用图表示？学生回答：双链均含 15N 的 DNA 分子密度较大 , 离心后的条 带应距离心管底部； 双链均含 14N 的 DNA 密度较小 ,离心后的条带 应距离心管底部最远；而两条链 分别含 15N 和 14N 的 DNA 分子密 度应该介于双链均含 15N 的 DNA 和双链均含 14N 的 DNA 之间 ,离心 后的条带应介于前两种条带之 间。三种 DNA 在试管中位置如图 示。对学生提出 可能完成的探究 要求，提高学生的 逻辑推理能力和 表达能力。同学

14、们的推理与科学家基本一致， 并且 正确表示出来， 说明同学们具备科学家的素 质。希望同学们继续努力。3、4 引导学生预测结果 请同学们按三种 DNA 复制模式分别预 测子一代和子二代的实验结果， 并画图表示 出离心后的结果 。3、5 课件演示科学家所做的实验结果， 引导学生分析得出结论组织学生讨论、 分析实验结果， 它究竟 支持三种模式中的哪一个 ? 其特点是什 么？板书：（2）DNA 复制的模式是半保留复制。学生分组讨论。小组代表发言 ,介绍小组讨论 结果，并将三种模型的预期实验 结果图画在黑板上。学生回答：实验结果与半保 留复制模式的预期结果一致，所 以 DNA 复制的模式就是半保留 复制

15、。即每个子代 DNA 的双链 中，总有一条单链来自亲代 DNA 的一半，一条是新合成的单链。及时、恰当的 鼓励对学生的探 究积极性的维持 是很必要的。这个问题对 学生虽有一定的 难度。但有前面的 实验方法的介绍 做铺垫，以及问题 的挑战性，学生很 乐意去做，也能够 完成。让学生思 考、交流、火花碰 撞中完善推理， 并 学会正确表达。 但 需要一定时间。引导学生体 验了科学家科学 探究的全过程： 发 现问题作出假 设实验证明得出结论。4、科4、1 引导探索学生讨论认为：需要原料 4根据学生已学探请同学们在观察 DNA 结构模型中，猜种脱氧核苷酸；催化剂酶；供有知识，提出适当究复想若在生物体外完成

16、 DNA 的复制 ,必须具备能物质 ATP。模板亲代 DNA的探究要求， 符合制条哪些条件 ?被解开螺旋的两条母链。认知规律。件同学们猜想的正确、 全面吗？如何通过实验证明？4、 2 介绍 1956 年，美国生物化学家通过科学家Kornberg 首次在试管中人工合成 DNA经典实验的介绍，的实验让学生再次体会他设想，细胞中必有合成 DNA 所需的科学探究的程序。解旋酶和聚合酶，于是他把大肠杆菌磨碎，丰富学生有关知用其提取液加上 4 种脱氧核苷酸， 至少有一识，也给了学生发种进行放射性同位素标记， 以便于检查实验 结果， 再加一点点 DNA 作为“模板”。在这 样的人工合成体系中，发现没有发生

17、DNA 的合成。当加入了少量噬菌体的单链 DNA 后，再放在适宜的温度和 pH 条件下培养， 发现其中 DNA 的含量增加。 并且这些 DNA 的 ATGC 的比值与所加入的 DNA 相学生回答：现问题的机会。同。（ 1）与猜测相同的是 DNA提出问题，启4、3 请同学们分析实验，得出结论复制需要：原料 4 种脱氧核苷发思维。使学生学哪些是与我们的猜测相同？酸；催化剂酶； 供能物质 ATP；会分析实验的思有什么新认识？模板 DNA 。路与方法，分析能有什么疑问？（ 2）新认识：调节人工合力得到了培养。请纳总结 DNA 复制条件：成体系的温度和 pH 值，才能保证 酶的最适活性， DNA 是先在

18、解旋 酶的催化下形成模板单链。 A TG C 的比值说明复制前后 DNA 的遗传信息相同。 DNA 的 复制过程中时还必须加入一段单 链 DNA 。教师解答：一段单链 DNA 是引物，它（ 3）加入一段单链 DNA 的的作用是与模板 DNA 单链结合后，酶才能作用是什么？几种酶参与？它们体现师生之催化。 解旋酶使氢键断裂，双链解开； 聚合的作用是什么？间的相互交流、 相酶的作用是催化脱氧核苷酸在引物后依次（ 4）归纳总结出 DNA 复制互启发、相互补连接。的条件：酶、能量、原料和模板、充。板书： （3） 复制的条件：酶、能量、原引物等。 复制前后 DNA 的遗传信料和模板、引物等。息相同。5、

19、播利用多媒体播放 DNA 复制的动画过程。利用课件的放过引导学生全面概括总结 DNA 复制的概复制的概念：以亲代 DNA优越性，使学生完程总念、过程、特点、意义。为模板，合成 2个子代 DNA 。成由感性到理性结归纳板书：（4）复制的概念：（5）复制的过程：（6）复制特点：边解旋边复制。（7）复制的意义：（ 8）复制的原因 :复制的过程：在解旋酶的 作用下解旋,以解开的每一条 DNA 链为模板 , 利用游离的脱氧 核糖核苷酸 ,按照碱基配对原则 , 在 DNA 聚合酶的作用下 , 合成与 母链互补的一段 DNA ，每条新链 与其互补的母链盘绕成新的 DNA 。复制特点：边解旋边复制。复制的意义

20、：使得亲代的 遗传信息传递给子代，使前后代 保持了一定的连续性。复制的原因： DNA 的双螺 旋结构为复制提供了两个精确的 模板；严格的碱基互补配对能力 保证了复制准确无误地进行。的知识过渡， 达到 突出重点、突破难 点的目的。同时提 出有价值的、 导向 性明确的问题来 指导学生的观察 和思维。在学生已经 掌握了复制模式、 条件这些难点后 , 引导学生利用已 有知识 ,结合课件 的动画演示， 自己 归纳总结有关内 容,有水到渠成的 感觉。6、课 堂小 结请同学们总结本节所学知识的要点， 并 谈谈你学到的生物学研究的程序或方法或 科学家让你钦佩的精神。学生回答：知识要点：略科学研究程序：发现问题

21、作 出假设实验证明得出结论。 同位素标记示踪，研究物质在 组成上变化等。丰富的想象力，科学的猜测不仅仅是知 识梳理，对能力、 情感等方面的收 获也有要求。 可使 课堂再起波澜。 但 不必求多求全。7、课 堂测 评课件演示基础训练课件演示拓展练习检验知识达标 情况，使所学的知 识得到迁移应用。8、研 究性 学习有兴趣的同学，课外可进一步研究 ,利 用 DNA 复制的原理，实现 DNA 在体外完 成复制的方法 ,这就是著名的聚合酶链式反 应（简称 PCR）。什么是 PCR 技术 ?它具体有 什么应用 ?创造机会让 不同程度的学生 在自身基础上都 得到充分的发展。 这是新课程的核 心理念之一。教学设

22、计尾页一、板书设计副板书主板书2、DNA的复制（1）时间： 有丝分裂和减数第一次分裂的间期（2）模式：半保留复制。即每个子代 DNA 的双链中，一条单 链来自亲代 DNA 的一半，一条是新 合成的单链。（3）条件： 酶、能量、原料和模板、引物等。（4）概念： 以亲代 DNA 为模板，合成 2 个代 DNA 。（5）过程： 解旋；形成新链；新的双链 DNA（6）特点 ：边解旋、边复制（7）意义： 传递遗传信息给子代，保持前后代 的连续性。（ 8）原因： 模板精确；互补准确。二、教学评价设计为了检测本节课达标情况，教师从知识和能力不同层次设计练习题进行测 评。（一）基础题1、DNA 分子的复制发生

23、在细胞有丝分裂的（） D（A）分裂前期（B） 分裂中期（C）分裂后期（D）分裂间期2、DNA 分子的复制是以周围游离的（ ）为原料？ A（A）脱氧核苷酸（B）磷酸（C）脱氧核糖（D）含 N 碱基3、下列关于 DNA 复制的说法，其中不正确的是（）：B（A ） DNA 复制过程中需要酶的催化。（B）DNA 复制过程中需要的能量直接由糖类提供。（C）DNA 分子是边解旋边复制的。（D）DNA 复制过程中两条母链均可作模板。4、实验室里，让一个 DNA 分子（称第一代）连续复制三代，问：在第四 代 DNA 分子中，有第一代 DNA 分子链的 DNA 分子占（ ）： D （A ）100%（B）75%（C） 50%（D） 25%（二）拓展题设计意图 ：通过作题给学生介绍一种新的实验方法， 让学生从新的角度进行 科学方法的训练，体验科学家的智慧，并使所学的知识得到迁移应用。每条染色体含有一条双链 DNA, 科学家用 3H 标记蚕豆根尖细胞的 DNA（ 标记 双链 ）,然后让细胞进行有丝分裂 ,请同学们预测实验结果：经放射自显影后 ,第一细胞周期的中期 ,每个染色体的两条色单体中有几条 被标记?到第二细胞周