高中生物学 人教版 必修2《基因的本质》第4课时 DNA的复制

2022年安徽省普通高中新课程新教材优质课评选团体比赛生物学学科教学设计探基因本质，享科技生活第3节：DNA的复制1.教材分析“DNA的复制”是2019人教版高中生物学教材必修2《遗传与进化》第3章第3节的内容，本节课在联系DNA的结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的功能。包括证明DNA是半保留复制的实验探究、DNA的复制过程、半保留复制对遗传信息的稳定传递的意义等内容。其中，证明DNA的复制方式环节利用了假说演绎法，借助特殊的技术手段，设计了一个巧妙的实验。DNA的复制过程部分以图文并茂的方式介绍了DNA复制的概念、步骤、所需要的条件、特点等。教材给我们提供了丰富的素材，教师根据学情还需要做进一步的加工处理，比如：证明DNA复制方式探究环节可以补齐假说演绎法各环节，可以设计恰当的问题串引导学生探究，同时培养学用利用假说演绎法、利用恰当的技术手段、设计实验探究的能力。2.学情分析知识储备方面：在必修1和必修2第3章第1节学习了同位素标记技术;在必修2第3章第2节学习过DNA的结构并构建了DNA结构模型;在必修1第6章学习了有丝分裂，必修2第2章学习了减数分裂。探究能力方面：在必修2第1章、第2章，已经学习了假说演绎法，并可以熟练地使用假说演绎法，可以使用教师提供的资料对某些观点进行证实或证伪。初步掌握了实验设计的能力，但是以新的技术和原理为基础的实验设计经验不足，比如利用稳定同位素标记DNA、离心并进行检测的原理来设计实验证明DNA的复制方式。3.素养目标目标1目标2目标3基于资料分析，标出试管中DNA分布的位置，并对实验结果进行解读，体会实验现象与实验结论之间的逻辑关系，训练科学思维，以及运用假说演绎法进行探究的能力。通过分析DNA复制过程的资料，能够演示并阐述该过程，提高学生动手能力与语言表达能力。通过本节课的学习，认同科学技术、巧妙的设计等，体会科技进步在探索真理的道路上的重要作用。4.教学思路基于以上分析，进行了如下设计，目标是让学生能够充分参与，并在问题串的引导下，在充分的思考、交流的基础上，进行表达、评价，完成概念的生成，得出结论。教学环节教学活动设计意图情境导入情境导入提出问题回顾沃森和克里克构建的模型并提出问题按照真实历史创设情境作出假设师生互动，提出两种假设能够根据信息，作出合理的假设演绎推理设计实验，书写实验思路并预期实验结果培养实验设计的能力实验验证并得出结论根据实验结果，进行交流分析并得出结论培养信息分析、表达的能力阅读资料学生阅读DNA复制过程的资料，并根据问题整理信息培养信息获取和分析的能力模型建构学生根据资料，演示并完善DNA复制过程并做出解说等培养学生模型建构和表达的能力总结升华布置作业量化评价概述人的感知能力有限，对微观世界的研究需要借助新的技术手段、科学的方法和巧妙的设计，完成评价量表拓展训练，思维延伸、量化评价5.教学过程任务一：探究DNA的复制方式情境导入提出问题【教师活动】回顾旧知，提出问题：沃森和克里克在构建了DNA的双螺旋结构模型之后，提出了一个问题，即DNA的复制方式如何？【学生活动】学生回顾旧知，为本课学习做好准备。【设计意图】在单元整体教学的背景下，接着第二节内容，继续进行新问题的研究工作。任务一：探究DNA的复制方式作出假设【教师活动】展示图片提问：一条DNA复制后可以得到几条DNA？子代DNA中有两条母链和两条子链，母链与子链的组合方式有哪几种？教师根据学生的回答给出半保留复制和全保留复制的概念。总结：也就是说，只要我们能够区分子代DNA中母链与子链的组合方式，就可以证明DNA的复制方式。【学生活动】学生根据自己掌握的知识，思考并回答老师展示的几个问题。【设计意图】通过问题的引导、分析，让学生理解要证明DNA的复制方式只要证明子代DNA中母链子链的组合方式即可。任务一：探究DNA的复制方式演绎推理【教师活动】陈述：如果现在给你一些生物材料，你能够看到其DNA并观察到其母链与子链的组合方式吗?为什么？追问：那有什么方式可以区分母子链？如何观察到这种区别？还有哪些技术可以对分子进行标记？介绍其他的标记方法及检测技术，比如荧光标记，为了观察到荧光，需要用紫外线照射。总结：也就是说，对DNA分子进行研究需要解决两个问题，一是要能区分开母子链，二要能够看得到结果。【学生活动】学思考、交流、回答老师给出的问题，同时理解不同的标记原理需要配合适当的分离和检测手段。【设计意图】让学生理解为什么稳定同位素标记要配合离心技术和紫外线显像技术，让学生认同很多科学研究需要多种技术手段的配合，需要巧妙的设计。【教师活动】1.安排同学们阅读学案资料1、2、3，结合3个问题，设计实验证明DNA复制的方式。问题1：如何直观的区别亲代链与子代链？问题2：如何让亲代链和子代链带上不同的标记？问题3：如何观察复制后不同标记的DNA分子？2.安排学生根据实验设计方案，在学案中完成N元素种类的标注和DNA带位置的标注。【学生活动】学生阅读学案，结合三个问题，先思考，后小组讨论，再分组展示小组成果，充分评价后形成设计方案。学生根据设计方案，演绎推理，并完成亲代DNA和子代DNA各链中N元素种类的标注和DNA带位置的标注。完成学案上的任务后，分小组展示并解说成果，其他小组进行充分的评价，全班达成共识。【设计意图】培养小组合作能力，表达能力，训练科学思维和科学探究能力。任务一：探究DNA的复制方式实验验证得出结论【教师活动】展示实验结果【学生活动】学生分析实验结果，得出结论。【设计意图】训练学生的数据分析和表达的能力。任务二：探究DNA复制的过程【教师活动】1.组织学生阅读学案中的资料4，思考后在小组内讨论下列问题，问题1：DNA复制需要什么条件？问题2：DNA复制的步骤怎样？问题3：子链延伸的方向怎样？2.要求在回答问题的同时，能够利用模型演示DNA复制的过程。再提出新的问题，问题4：DNA复制是先完成解旋再复制，还是边解旋边复制呢？组织学生阅读资料5，思考后小组讨论，回答问题并说明原因。3.在学生完善DNA复制的过程中核心内容后，提出新的问题，提出问题5：研究表明，DNA复制总能准确无误地进行，其复制过程中出错的概率仅为10-9。你认为DNA分子能够准确复制最关键的因素是什么？准确复制有何生物学意义？最后总结提高：知识总结并概述人靠五感认知世界，但是能力有限，所以需要借助一些技术手段和科学方法以及巧妙的设计。【学生活动】1.学生阅读资料4，思考后讨论，小组代表上黑板利用模型演示并解说DNA复制的过程，其他小组评价完善。2.接下来阅读资料5：思考后讨论，并能从假说演绎法的角度，理解DNA复制的特点，并能说出理由。3.根据DNA结构特点等相关知识，分析DNA准确复制的原因，以及半保留复制对遗传信息的稳定传递的意义等。【设计意图】利用模型演示，直观的理解DNA复制的过程，在演示的过程中可以暴露问题，通过全体同学的分析、评价、修正，最后达成深度的理解，突破难点。最后总结，让学生认同，在探索未知世界的过程中需要开发和利用适当的技术手段，利用巧妙的设计。作业布置评价检测【教师活动】教师安排课时作业：人们在研究DNA复制的时候，发现其复制速度特别快，可能是什么原因呢？请同学们课后继续阅读资料6、7，说出你的结论和依据。资料6：将大肠杆菌放在低剂量的3H标记的脱氧胸苷培养液中培养一段时间后，阻断其DNA复制，然后将被阻断的大肠杆菌继续放在含有更高剂量的3H标记的脱氧胸苷培养液中培养，培养一段时间后，收集、裂解细胞，提取其中的DNA进行放射性自显影检测。根据这些资料，可以得出什么结论？资料7：已知果蝇的基因组大小为1.8x108bp(bp表示碱基对),真核细胞中DNA复制的速率-般为50~100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。【学生活动】学生课后阅读资料，得出自己的判断，并能够说出理由，课后完成评价量表。【设计意图】本课时作业，是DNA复制过程探究的延续和拓展，培养学生信息获取和分析的能力，通过评价量表及时反馈课堂知识和能力发展水平，指导后续学习和教学。板书设计第3节DNA的复制意义意义DNA的复制条件复制的方式DNA复制的过程准确复制的原因步骤方向特点提出问题作出假设演绎推理实验验证得出结论 7.教-学-评一体化自测量表第3节DNA的复制班级：姓名：达成学习目标：1.能够基于事实资料，利用假说演绎法证明DNA复制的方式2.能够基于资料，进行实验设计和结果分析3.能够基于资料，说出并演示DNA复制的过程4.基于前面的探究，能够说出DNA准确复制的原因和意义达成评价：优秀（）良好（）及格（）不及格（）任务一：探究DNA复制的方式活动1：1. 通过阅读资料，能独立思考并回答问题2. 能够根据资料中的信息，独立设计实验方案，并进行表述3. 能够发现其他同学方案中的不足，并进行补充完善活动2：1. 能够根据不同假设，标出F1代、F2代DNA中N元素的种类2. 能够根据不同假设，标出P代、F1代、F2代DNA在离心管中的位置分布3. 能够分析实验结果，并说出理由完全理解并回答全面4分（）基本理解并简单回答2分（）不能很好的理解问题0分（）能独立设计出完善的实验方案并能流利描述4分（）能独立设计出简单的方案，并能简单描述2分（）不能独立设计出实验方案0分（）能够发现其他同学的多处错误，并能够给出较好的建议4分（）能够发现其他同学的1处错误，并知道如何修正2分（）无法发现其他同学出现的错误0分（）准确标注4分（）基本准确标注2分（）不能正确标注0分（）准确标注4分（）基本准确标注2分（）不能正确标注0分（）能准确分析4分（）能基本准确分析2分（）不能正确分析0分（）任务二：探究DNA复制的过程1. 能基于资料，回答相关问题2. 基于资料，能够利用模型演示DNA复制的过程3. 能根据资料分析DNA复制是先解旋后复制，还是边解旋边复制能准确回答4分（）能基本准确回答2分（）不能正确回答0分（）能准确演示4分（）能基本准确演示2分（）不能正确演示0分（）能准确分析4分（）能基本准确分析2分（）不能正确分析0分（）说出DNA精准复制的原因和意义能准确回答4分（）能基本准确回答2分（）不能正确回答0分（）本节素养发展目标通过阅读资料，愿意独立思考后尝试推理解答问题，能够积极利用已有的方法和现有的资料分析问题，并积极展示非常原因探究4分（）探究的意愿不够强烈2分（）总分（）8.课时作业第3节DNA的复制1.将大肠杆菌放在低剂量的3H标记的脱氧胸苷培养液中培养一段时间后，阻断其DNA复制，然后将被阻断的大肠杆菌继续放在含有更高剂量的3H标记的脱氧胸苷培养液中培养，培养一段时间后，收集、裂解细胞，提取其中的DNA进行放射性自显影检测。结合以上信息分析，可以得出什么结论？2.已知果蝇的基因组大小为1.8x108bp(bp表示碱基对),真核细胞中DNA复制的速率-般为50~100bp/s。下图为果蝇DNA的电镜照片，图中的泡状结构叫作DNA复制泡，是DNA上正在复制的部分。请你推测果蝇DNA形成多个复制泡的原因。9.教学反思本节课引导学生利用假说演绎法，证明DNA以半保留的方式进行复制，尝试引导学