3.3DNA的复制教学设计-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

DNA的复制教学设计一、教学目标1.

知识目标理解半保留复制的实验证据（同位素标记法）。概述DNA复制的过程（场所、条件、特点）。2.

能力目标通过分析科学实验和模型构建，提升逻辑推理和探究能力。3.

素养目标体会科学研究的严谨性，认同技术对生物学发展的推动作用。二、教学重点与难点重点：DNA半保留复制的机制、实验证据；DNA复制的过程难点：半保留复制的实验设计思路（假说—演绎法）三、教学过程1.情境导入视频导入：以一对通过分裂产生的“姐妹花”的控诉导入：是不是一方偷取了对方的DNA拷贝？引导学生化身细胞警局的侦探，尝试侦破这场盗窃案。问题导入：上节课我们学习了DNA的结构，并且我们已经认识到DNA是主要的遗传的物质，那么DNA作为遗传物质，应该具备哪些条件呢，同学们回答‘可以复制’，对，这节课我们就来学习DNA的复制。2.探究活动一：关于DNA复制方式的推测，沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的论文结尾处就写到‘我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能方式。’那么这种原则暗示DNA复制的机制可能是什么呢？；这句话中为什么用到“可能”二字，这反映科学研究具有什么特点，提问，一学生答“只是推测，缺少实验证据，科学研究需要有实验证据。”除了半保留复制的假说，也有人提出了全保留复制、分散复制等不同的假说，我们来看黑板，半保留复制和全保留复制的特点很容易理解，这里我们一起来分析下分散复制，分散是指亲代DNA双链被切成片段后合成子链，然后子、母双链聚集成“杂合链”。同学们，要通过实验“探究DNA复制究竟是哪种方式？”关键思路是什么呢？学生答“区分亲代链和子代链”，对也就是区分亲代和子代DNA分子，肉眼看不见DNA，如何区分亲代和子代的DNA呢？大家都知道同位素标记技术，1958年，两位科学家梅塞尔森和斯塔尔就利用了15N同位素标记的方法做了实验，在这，大家需要先了解一个背景知识，15N和14N是N元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用密度梯度离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。这是对不同DNA类型进行离心的结果：两条链都是15N的DNA分子密度最大，离心后在试管中靠近底部，呈现重带，接着是中带、轻带。探究活动二：那么DNA分子的复制是三种假说的哪一种，接下来需要我们演绎推理，如果一个被15N标记的DNA分子在含14N环境的中复制2代，按照三种不同的假设，分别会出现什么结果呢？大家桌子上放有不同颜色的磁条，我们用红色的、磁条代表15N的DNA链，蓝色磁条代表14N的DNA链，现在我们分小组模拟不同复制假说的可能结果。我们先找小组来展示半保留复制的结果，等一下，然后全保留、分散复制。接下来同学们，我们一起把小黑板90度转个方向，亲代DNA朝上，大家现在想象这是DNA在试管中离心后的结果，你能不能把不同的DNA移向特定的条带位置呢。我们再来找小组代表分析下离心后的结果。下面我们来思考两个问题，一：复制n次三种假说中得到的DNA离心后得到的条带分别是什么？学生回答；二：如果假设DNA的复制是半保留复制，至少需要几次可以排除全保留复制？至少需要几次复制可以排除分散复制？学生回答。家梅塞尔森和斯塔尔就是按照这样的思路，提出了DNA是半保留复制的假说，然后演绎推理，最后实验验证，大家一起来回答，这是一种什么样的科学方法？学生答‘假说演绎法’。我们知道，单独的DNA在体外是不会复制的，而是随着细胞的增殖而复制，所以实验中还用到了大肠杆菌这种单细胞生物，大肠杆菌繁殖速度快，大约二十分钟繁殖一代，接下来让我们一起完成实验设计吧。接下来我们一起来找规律，最后我们再来回顾T2噬菌体侵染大肠杆菌实验中，32P标记这一组实验中为什么子代噬菌体有的DNA两条链中一条为红色标记一条为蓝色标记，为什么有的DNA分子的两条链均为蓝色标记？学生答“DNA是半保留复制的”探究活动三：到现在我们认识到DNA的复制方式是半保留复制，那么DNA复制的过程如何，接下来我们来学习DNA的复制过程。首先大家在书上找到DNA复制的概念、时期。接下来我们具体来学习DNA复制的过程，首先是亲代DNA解旋，这一步需要耗能，并且需要一种叫做解旋酶的催化，我们可以推测解旋酶的作用是“破坏氢键”；接下来是关键的一步合成子链，这一步其实就是把脱氧核苷酸原料聚合起来形成子链，那这一步需要什么条件“酶、模板、原料”，最后是每条新合成的子链与模板链盘绕成子代DNA分子。在这呢，我们再来认真观察课本55页插图，看看两条子链在延伸的方式如何，“都是5→3”对，这其实呢是和DNA聚合酶的特性有关的，只能催化DNA单链沿着5'→3'延伸合成，我们知道，两条子链的延伸是随着解旋的方向一同延伸的，但是由于两条母链反向平行，两条子链延伸的方向相反，一条向左，一条向右，细胞是如何解决这一矛盾的呢？下面我们一起来观看一个短视频。接下来你能不能尝试根据DNA聚合酶的特点画出DNA复制过程中子链的延伸方向，DNA解螺旋后，为了提高复制效率，是双向进行复制的，你能画出双向进行复制的子链延伸方向吗？学生展示。最后我们再来总结DNA复制的意义，那么遗传信息的准确传递，需要DNA的精准复制，保住DNA精准复制的条件有什么呢，学生回答“”。最后让我们来完成课后拓展应用第二题，图中体现出DNA复制过程中，形成了多个复制泡，这说明DNA复制的特点是什么呢，意义是什么？学生总结。课堂小结，作业布置：教材课后习题（DN