“DNA的复制”一节课的教学设计

郭军英

1 教材分析

“DNA的复制”是苏教版生物教材第四章第二节的内容。“DNA的复制”是遗传学的基本理论，也是本章的重点和难点之一，主要内容是在学生已学的DNA结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的过程。本节内容对学生理解和巩固有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识非常重要，又是学习生物变异的基础。这节内容也是学生科学方法和探究能力培养的一个很好的载体，为此笔者对这节课的教学设计做了大胆的尝试，用科学研究的主线贯穿整节课的教学，并依托学生动手实践活动搭建模型完成科学假设，让学生最大限度地成为学习的主体，以此来落实新课程“以生为本”的教学理念。

2 教学目标

2.1 知识目标

① 概述DNA分子的复制过程、条件和特点。

② 说出DNA复制的生物学意义。

2.2 能力目标

① 通过探究DNA分子的复制方式，形成对假说-演绎法的再认识。

② 通过小组合作动手模拟DNA复制的过程，增强合作意识和交流沟通能力。

2.3 情感目标

通过探究DNA的复制方式和复制条件，培养探究意识和科学态度，体会科学实验的严谨性，提高学习兴趣，关注生物科学的新进展。

3 教学重点

DNA复制过程、对半保留复制实验的分析。

4 教学难点

如何分析DNA分子的半保留复制实验。

5 教学过程

5.1 课前准备

PPT、毛绒条（4根橘红色的、12根绿色的）、剪刀、胶带、红色纸（印有DNA模板）、黄色纸（印有脱氧核苷酸）。

5.2 引入

教师：（出示两张照片）这两个可爱的宝贝，哪个是小沈阳的孩子？你判断的理由是什么？父子（女）相貌相像的根本原因是什么？那么亲代的遗传物质如何多出一份，传递给子代呢？

教师播放视频1，从一只可爱的小脚出发，去揭示微观世界的奥秘（视频展示，注意所观看到的结构：细胞→细胞核→染色体→DNA），引出课题“DNA的复制”。

5.3 温故而知新

教师引导学生回顾DNA双螺旋结构的主要特点：

（1） DNA分子由两条链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。

（2）外侧（基本骨架）：脱氧核糖和磷酸交替排列；内侧：通过氢键连接成碱基对。

（3）碱基互补配对原则：A与T配对，G与C配对。

5.4 学习DNA复制的时间

教师播放视频2，并小结：

（1） 概念：1个亲代DNA→2个子代DNA。

（2） 时间：主要在间期。

（3） 主要场所：细胞核。

5.5 学习DNA的复制方式

教师引导学生运用假说演绎法进行讨论。

提出问题：DNA以什么方式复制自己？

形成假说：沃森和克里克的推测（假说）：复制时，DNA的双螺旋解开；互补的碱基间氢键断裂；分开的两条链作为模板，以碱基互补配对的原则合成新的一条链（即半保留复制，一半新一半旧）。

教师要求结合复印机复印材料的全保留（全新、全旧），思考DNA复制的方式。

模拟操作：利用毛绒条分别模拟制作半保留复制和全保留复制的结果。

推理：基本设计思路是不同方式复制出的子代DNA新旧链的组合方式不同，区分旧链和新链，分离不同的DNA分子。采用什么技术手段？（同位素标记法）

如果亲代的DNA两条链用15N来标记，然后放在14N中复制，则亲代、子一代、子二代分别含哪种元素？（绘图表示）

验证推理：1957年米西尔森和斯塔尔设计了一个非常精巧的实验。细菌大约每20 min分裂一次，产生子代。将细菌培养在含14N的培养基中，经破碎细胞提取DNA，放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理作为对照组。将两条链都含有15N的细菌，培养在含14N的培养基中，分别在0 min、20 min、40 min取样，经破碎细胞提取DNA，分别放入盛有氯化铯溶液的试管中离心处理作为亲代、子一代、子二代。

对比实验结果。

得出结论：根据实验结果可以得出：DNA分子的复制时半保留复制。

5.6 学习DNA的复制条件

由1956年科恩伯格的实验引入，在DNA人工合成系统中，加入4种脱氧核苷酸，没有DNA复制；实验一：将大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加到具有足量的四种脱氧核苷酸的试管中，培养在适宜温度的条件下。一段时间后，测定其中的DNA含量。实验二：在上述试管中加入少量DNA片段和ATP，培养在适宜的温度条件下。一段时间后，测定其中的DNA含量。

根据实验一没有DNA产生，实验二DNA含量加倍，分析得出实验条件：

催化剂——酶，模板——DNA，原料—四种脱氧核苷酸，能量——ATP等。

5.7 学习DNA的复制过程

教师要求学生阅读教材P64图4-9，思考DNA复制主要步骤包括：解旋→合成子链→形成子代DNA分子。观看视频：DNA分子复制的过程。

模拟操作：通过模拟操作来理解DNA分子的复制过程。

要求：（1） 模拟DNA复制的动态过程；

（2） 制作出相应的子代DNA（平面结构）。

建议：每六人为一小组，注意组员间的分工合作。

5.8 学习DNA复制的意义：传递遗传信息

在模拟操作DNA复制的过程中，思考以下问题：

（1） 两条母链的碱基顺序是否相同？（不相同）

（2） 两条子链的碱基顺序是否相同？（不相同）

（3） 新合成的两条双链DNA碱基对排列顺序是否相同？有何意义？（相同，DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性）

（4） DNA分子为什么能准确复制？（DNA分子双螺旋结构提供精确的模板，碱基互补配对原则保证复制准确进行）

想一想：经过复制的这两个携带完全相同遗传信息的DNA分子什么时候彼此分离的？（有丝分裂后期或减数分裂第二次分裂后期）

5.9 拓展探究

资料1：女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子达36 000 μm，DNA复制速度约为4 μm/min，请计算出复制所需的时间？实际复制过程仅需40 min左右即可完成。（DNA复制可多起点进行）

资料2：研究表明，DNA的复制总能准确无误地进行，其复制过程中出错的概率仅为1/20 000。如果DNA复制发生差错，有可能会带来什么影响或后果？（遗传物质的改变——基因突变）

结束语：同学们，现在你们知道孩子长得像父母真正原因了吧。那么为什么孩子获得父母的遗传物质就和父母相像了呢？还有更多关于DNA的奥秘，等待我们继续探讨。

6 教学反思

6.1 将科学研究的主线贯穿本节课的教学

“假说演绎法”是生物科学研究中常用的方法，这节课的一个主要设计思想是利用“假说演绎法”贯穿学习过程，让学生完整的直接经历科学研究的过程，从而更好地了解科学研究的一般方法，形成科学的态度。

6.2 科学假设依托学生动手实践活动

在这节课中，对DNA复制方式的探索是培养学生科学研究方法的一个主要切入点，旨在增加学生进行假设的可行性，通过学生建立模型动手操作来代替凭空的思考。虽然这个环节会耗费较多的时间，但他们经历了一个思考与尝试的过程，学会了搭建模型进行假设，对DNA的复制有了直观的体会，结束以后的小组展示与交流更让学生体会到了科学假设的非一致性，有了科学研究第一步的体验。

6.3 科学史的利用对学生生物科学素养的提高

DNA复制科学史中有很多实验，每一个知识点的产生过程就是一个探究的过程，呈现了科学家的科学态度、科学精神。如DNA复制条件的学习，通过对科恩伯格所做的实验进行分析，学生可以很轻松地归纳出复制所需的条件，在学习基础知识的同时得到科学方法和科学思维的训练，潜移默化中提高了科学素养。

6.4 模拟操作中体会DNA复制的过程

为加深对DNA分子复制过程的理解，让学生动手模拟操作DNA复制过程，并在操作过程中体会DNA复制的特点。模拟操作毕竟不是真正的DNA分子的复制，学生在对模拟操作的剪刀、胶带、不同颜色的纸所代表的生物学含义进行类比的过程中，批判性地构建DNA分子复制的过程。

本节课的教学设计将科学史上的经典实验与学生的探究活动相结合，在教学过程中，让学生主动参与，发现问题、演绎推理、实验验证、得出结论，不仅让学生在探究过程中体验了“假说—演绎”的科学探究方法，更让学生在学习过程中学会学习，养成严谨的科学态度，将探究知识、科学研究方法和培养能力有机地融为一体。