“DNA的复制”教学设计（一）

李响

一、教材分析及设计思路

本节课内容的学习有利于学生巩固减数分裂、孟德尔遗传定律等知识，也有利于学生理解基因突变、基因重组等内容。教材首先介绍的是科学家关于DNA复制的推测，接着讲述有关DNA半保留复制的证据，进而引出半保留复制的过程。尽管DNA半保留复制的实验证据是选学内容，但探究这部分内容，不仅能加深学生对教材的理解，培养学生的逻辑思维以及科学研究的基本方法，还能让学生明白DNA半保留复制的机制的证实源自实证。DNA的复制过程是本节的重点和难点，而这一过程是一个抽象且复杂的内容，可以调动学生应用已有的“DNA分子的结构”的知识进行理解，同时可结合形象直观的动画以及示意图辅助教学。

本节课先通过复习上节所学，引出探究案中科学资料关于DNA复制方式的3种假说：半保留复制、全保留复制和弥散复制。结合课前各学习小组通过自主选材，模拟DNA的全保留复制、半保留复制的过程理解3种假说。引导学生利用假说-演绎法分析DNA复制方式实验的思路及方法，并对实验的结果作出预期，接着展示真正的实验过程和结果，学生通过比较预期的结果与真正的实验结果是否一致即可得出结论，再通过课堂训练中的相应计算加深理解DNA的半保留复制。最后学习小组汇报预习案中DNA复制的九大问题：DNA复制的概念、时间、场所、过程、条件、特点、结果、精确复制的原因、意义，教师进行修正、补充以及拓展。

二、教学目标

1.知识目标：说出科学家对DNA 分子复制作出的推测;简述DNA分子复制的过程、特点、意义。

2.能力目标：各小组通过探究DNA分子的复制过程，进一步理解假说-演绎法，增强彼此相互沟通合作的意识。

3.情感态度与价值观：体会科学家严谨的思维及科学的研究方法，培养独立分析问题的态度。

三、教学重难点

1.重点：DNA分子的复制过程。

2.难点：DNA分子的复制过程以及对DNA分子的  半保留复制的验证。

四、课前准备

教师工作：为学生准备学案，探究案中提供DNA复制的相关文献，辅助学生理解DNA復制的三种假说，预习案首先对DNA复制的推测以及实验验证依据假说-演绎法设计问题，其次设计DNA复制计算的规律总结，第三部分以思维导图形的方式展开DNA复制过程的相关问题，此外还要准备DNA复制过程的相关动画、视频。

学生任务：依据对学案、教材以及自己查阅资料的预习，每个学习小组自行选材（注意选材时亲代DNA和子代DNA要有区分），模拟一个亲代DNA分子按照全保留复制的方式复制两代、半保留复制的方式复制两代的过程，并完成学案中的相关问题。

教师工作：检查学习小组模拟DNA复制的完成情况，选择优秀的小组留作课堂展示，并拍成照片制成PPT，呈现在左侧白板上，用于帮助学生直观形象地理解本节所学，攻克教学难点，提升课堂效率;检查学案完成情况，了解学生普遍存在的问题，课堂上做到有的放矢。

五、教学过程

1.引入新课

展示上节课制作的DNA分子的双螺旋结构模型，回忆DNA分子的结构特点以及DNA分子是如何储存遗传信息的。细胞在进行分裂时，细胞内的DNA分子显然是要复制的，一个DNA复制后得到两个DNA，再将两个DNA传递给两个细胞。引出DNA的复制。

2.对DNA复制方式的探究

（1）提出问题

用讲桌上的同种颜色的2支马克笔模拟亲代DNA分子，提问学生，经过复制，新形成的DNA分子是全新的DNA分子吗？

（2）作出假说

学生依据探究案中的预习内容，提出DNA复制的3种假说，同时结合自己小组的模型解读全保留复制、半保留复制以及弥散复制的概念，教师适当补充：模板、亲代DNA、子代DNA、母链、子链的概念。一个DNA分子如果按照全保留复制方式复制一代，形成的两个DNA，一个是亲代的，一个则是新形成的;如果按照半保留复制方式复制一代，是以亲代DNA分子的两条母链为模板，按照碱基互补配对原则合成子链，两条母链和对应的子链各合成一个新的子代DNA分子;如果按照弥散复制方式复制一代，形成的两个DNA分子的两条链中，一些片段为新合成的，一些片段来自母链。

（3）设计实验

通过学习小组模拟活动的结果，学生容易看出DNA复制三种假说的区别，但这仅仅是一个模拟活动，要想证明哪一种假说是正确的，一定要有实验的证据。在课前模拟活动中，教师要求选用的材料要能区分亲代DNA与子代DNA，引出实验设计的关键思路是能够区分子代DNA分子的两条链是母链还是子链。采用哪种技术可以区分子代DNA的每条链，联系之前噬菌体侵染细菌的实验等内容，学生容易得出同位素示踪技术（以15N为例）;结合白板上展示的模型以及各小组自己的模型，请各小组给每一代DNA做好标记，引导学生观察，自己标记的DNA有三种类型：15N/15N型、14N/14N型、14N/15N型，如何区分不同类型的DNA，引出密度梯度离心技术，经过密度梯度离心，密度最大的15N/15N型DNA分子分布在离心管底部，形成的条带称为重带，密度最小的14N/14N型DNA分子分布在离心管上部，形成的条带称为轻带，密度适中的14N/15N 型DNA分布在离心管中间，形成的条带称为中带。各组按照本组做好标记的模型可以得出，DNA分子如果按照全保留复制方式复制，离心后的子一代条带为1/2轻带和1/2重带，子二代条带为3/4轻带和1/4重带;如果按照半保留复制方式复制，离心后的子一代条带全为中带，子二代条带为1/2轻带，1/2中带;如果按照弥散复制方式复制，离心后子一代条带处于中带，子二代条带不会有轻带。

（4）实验验证

各小组结合教材中的实验内容以及学案中的提示信息，回答学案中关于此实验的问题：为什么选择大肠杆菌作为实验材料，为什么用15N标记的NH4Cl培养大肠杆菌若干代，为什么在不同时期收集大肠杆菌后离心，经小组讨论以及教师点拨，选择大肠杆菌是因为其结构简单，DNA容易提取，DNA提取出来才能对其进行密度梯度离心;让15N标记的NH4Cl培养大肠杆菌若干代，目的是使亲代DNA分子几乎全都标记上15N;而依据学案中给出的大肠杆菌繁殖一次的时间，在不同时期收集大肠杆菌后离心，目的是依据时间的不同，得到不同的子代。

（5）得出结论

观察教材实验现象，子一代条带全为中带，子二代一半轻带，一半中带，得出DNA复制的方式为半保留复制，其中子一代中带的出现否定了全保留复制方式，子二代轻带的出现否定了弥散复制方式。简单小结上述探究过程所采用的科学研究方法：假说-演绎法，验证DNA半保留复制的实验中所用到的技术：同位素示踪技术以及密度梯度离心技术。联系沃森和克里克作出的假说，引出半保留复制的概念。

为了加深理解，在此引出DNA半保留复制中的相关计算，学生结合左侧白板展出的学习小组建构的模型，巩固所学，攻克这一教学难点。诸如亲代DNA连续复制n次后，得到的DNA分子总数、脱氧核苷酸链数、母链数、子链数、含有亲代母链的DNA分子数、无亲代母链的DNA分子数这几类问题在课前检查学案时，发现学生作答没有困难，在课堂上提问小组成员即可，教师解决两个问题：若该DNA含某种核苷酸a个，则经过n次复制，共需消耗游离的该核苷酸为多少：复制n代后，有两条母链即一个亲代的DNA分子不需要原料，需要消耗原料的DNA分子相当于是2n-1个，所以此题答案为（2n-1）a;若该DNA含某种核苷酸a个，则在第n次复制时，共需消耗游离的该核苷酸为多少。教师提供三种思路，引导学生对每一代的脱氧核苷酸链与其上一代的脱氧核苷酸链做比較，发现每一代中有一半的脱氧核苷酸链是新合成的，即相当于一半的DNA分子是新合成的，则第n次复制时消耗游离的该核苷酸为（2n-1）a;还可以引导学生利用通项公式的思想解决：亲代DNA连续复制n次后，得到的DNA分子总数为2n，则复制n-1次得到的DNA分子总数为2n-1，则第n次复制时新合成的DNA为2n-2n-1个，则第n次复制时消耗游离的该核苷酸为（2n-1）a;还可引导学生思考，上一个问题已经解决了复制n代后，消耗游离的该核苷酸为（2n-1）a，则复制n-1代后，消耗游离的该核苷酸为（2n-1-1）a，则第n次复制消耗游离的该核苷酸为（2n-1）a-（2n-1-1）a，求出第n次复制时消耗游离的该核苷酸为（2n-1）a。在实际教学中发现，学生对于运用通项公式法解决这个问题更能接受。

3.DNA复制的过程

（1）汇报课前预习成果

学习小组汇报课前学习成果，回答DNA复制的概念、时间、场所。回答复制的时间时，教师引导学生思考，复制的时间具体是什么时期，回答场所时引导学生思考，对于真核细胞DNA复制的主要场所为细胞核，还有哪些场所可以进行DNA的复制，原核细胞又是在什么场所进行DNA的复制，并让学生思考哪些细胞可以进行DNA的复制;

（2）描述复制过程

让学生结合教材的彩图尝试描述DNA的复制过程，教师修正补充，提取三步中的关键词：解旋，配对，螺旋。再结合动画详细说明解旋酶、DNA聚合酶作用的位置以及这个过程所需要的其他条件，进而对DNA复制所需要的条件（模板、原料、能量、酶）进行总结。

（3）总结复制特点

再请学生观察：两条母链中的碱基排列顺序相同吗？形成的两条子链中的碱基排列顺序相同吗？新合成的这两个DNA碱基排列顺序相同吗？引导学生思考DNA准确复制的原因，进而概括DNA复制的意义。总结DNA复制的特点时，引导学生思考，DNA分子在复制时，是边解旋边复制，还是把双链全部打开再复制，提示学生从DNA分子复制的准确性以及复制的效率来思考，学生容易得出，边解旋边复制可以保证复制高效的进行，教师补充： 生物体内的DNA是由数百万个脱氧核苷酸构成，若将DNA双链都解旋再复制，可能发生突变或被酶降解，复制就不再准确。所以，从DNA复制的过程上看，其特点为边解旋边复制，从复制的结果上看，其特点为半保留复制。DNA复制还存在其他特点，教师可适度拓展。播放DNA复制的视频，学生容易看出DNA复制时，合成一条链时是连续的，一条链是不连续的：DNA的两条脱氧核苷酸链是反向平行的，DNA 聚合酶只能由 5′端向3′端催化子链延伸，因而确定复制起点后，一条链是连续复制的，另一条链不连续复制。此外，通过视频还可看出，DNA复制还具有多起点双向复制的特点。依据学生实际情况而定是否进行其他方面的拓展。设计的反馈内容是这部分的填空题，请学生共同回答。

4.小结

请学生计算教材的拓展题，算出约31.6亿个碱基对的人类基因组复制时，可能有6个碱基错误，这些错误有没有影响呢？

5. 板书设计（略）