“DNA的復制”教學設計（三）

張旭

一、設計思路

本節包括對DNA分子復制的推測、DNA半保留復制的實驗證據、DNA分子復制的過程三部分內容。其中DNA半保留復制的實驗證據為本節的難點，雖為選學內容，但此知識是應用“假說—演繹法”的重要案例，有利于培養學生的理性思維和提高科學探究能力，在教學中不容忽視。教師通過層層設疑的方式，幫助學生梳理出實驗思路及方法，利用希沃白板讓學生演示子代DNA的標記情況，完成對實驗結果的預測。在實驗驗證部分設計4個問題引領學生思維，幫助學生理解實驗設計，得出結論。最后由學生梳理“假說—演繹法”的4個環節，引領學生進一步鞏固理解“假說—演繹法”這一重要科學方法的思維內涵。DNA分子復制的過程為本節的重點，雖然抽象但難度不大，且后續學習基因的表達時會反復與轉錄、翻譯進行比較，因此這部分利用DNA復制的動畫來輔助教學，幫助學生對這一過程的認識直觀化形象化。接著學生自主構建思維導圖，對復制過程涉及的相關概念進行梳理總結，形成清晰的知識網絡，突出學生的主體地位。在學習DNA準確復制的原因和DNA復制的意義時，可引導學生感悟DNA雙螺旋之美，感悟生命延續之神奇，樹立正確的生命觀。

二、教學目標

1.知識目標：概述DNA分子的復制方式、過程和特點。

2.能力目標：推測DNA復制的方式，形成理性思維的習慣;運用“假說—演繹法”對DNA復制的方式進行探究，掌握科學探究的思路和方法。

3.情感態度與價值觀目標：探討DNA復制的生物學意義，感悟DNA雙螺旋之美與生命之神奇，樹立正確的生命觀念。

三、教學過程

1.溫故知新，導入新課

引導學生回憶“DNA分子的結構”以及遺傳物質的特點，提問：DNA分子雙螺旋結構的主要特點？這樣的雙螺旋結構使作為遺傳物質的DNA具有較好的穩定性，從結構中體會DNA分子是怎樣儲存遺傳信息的？堿基序列的千變萬化構成了DNA分子的多樣性，DNA分子中的信息怎樣才能準確傳遞給子代？引出“DNA的復制”，DNA復制的實質是復制什么？DNA分子通過復制，將遺傳信息傳遞下去，保持了遺傳信息的連續性，它是如何實現的？我們一起來探討DNA的復制。

2.對DNA復制方式的推測

沃森和克里克構建出DNA的雙螺旋結構之后，緊接著提出了關于DNA復制的假說，你能從DNA的雙螺旋結構，設想出DNA復制的方式嗎？學生討論后提出半保留復制和全保留復制兩種假說。請學生根據這兩種假說來推理，一個DNA分子復制兩次得到的四個子代DNA的情況。明確只有親代DNA的兩條鏈用紅色表示，其他所有新合成的鏈都用綠色表示。學生用希沃白板的拖拽功能描述并演示DNA的復制情況：第一代按照半保留復制兩個DNA全是混合鏈，而全保留則一個是原來親代的DNA，一個兩條鏈都是新的子代DNA。第二代按照半保留復制是兩個混合DNA和兩個新DNA，按照全保留復制則為一個親代DNA和三個新DNA。教師總結要判斷哪種假說正確，就要像用不同顏色在黑板上演繹一樣，把親代DNA的兩條鏈和新合成的子代DNA鏈區分開來。

3.DNA半保留復制的實驗證據

（1）介紹方法，掃清障礙

教師提問如何區分母鏈和子鏈？學生提出用同位素示蹤技術。教師介紹美國科學家米西爾森和斯塔爾設計的實驗，用15N標記親代DNA，將細胞置于含14N的普通培養基上培養，子代DNA可能會出現幾種情況？學生分析回答可能有15N/15N、14N/15N、14N/14N三種，教師追問該如何區分這三種DNA分子呢？學生可能會想到放射性，強調15N 沒有放射性，而是與14N的相對分子質量不同，介紹密度梯度離心，并給出重帶、中帶、輕帶在試管中的位置圖示，請學生把第一代和第二代的DNA分子分別放到試管相應的位置。學生利用希沃課件把DNA條帶拖拽到試管中的相應位置。

（2）合作學習，完成實驗設計

科學家對結果進行預測后，就開始實驗驗證了。請閱讀教材，討論以下問題：①實驗材料是什么？選擇的理由是什么？②如何獲得15N標記的DNA分子？③如何得到復制一次和兩次的DNA分子？④實驗的結果如何，得出什么結論？學生匯報：①大腸桿菌，繁殖快，DNA好提取。②大腸桿菌在含有15N標記的NH4Cl培養液中繁殖若干代。③在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA。④第一代全在中帶，第二代一半在中帶一半在輕帶，得出結論，DNA的復制是半保留復制。

（3）假說—演繹法

師：回顧科學家的探究過程，有沒有似曾相識的感覺呢？運用了那種科學方法？具體的環節是什么？

生：假說—演繹法，第一步：觀察現象，提出問題，沃森和克里克根據堿基特異性配對，提出DNA復制的方式是什么？第二步：分析問題，提出假說，DNA復制是按照半保留的方式進行的。第三步：根據假說演繹推理，按照半保留復制預測子代DNA在試管中的位置。第四步：實驗驗證，得出結論，實驗結果和演繹推理的結果一致，證明假說正確，得出結論DNA的復制方式是半保留復制。

4.DNA分子復制的過程

（1）播放動畫，學生歸納

播放DNA復制的動畫，提出問題引導學生歸納總結：①根據細胞分裂的過程總結DNA復制的時間和場所。②DNA復制的過程和條件是怎樣的？③解旋酶、DNA聚合酶的作用是什么？④DNA復制的特點是什么？是完全解旋后再復制嗎？⑤兩條母鏈的堿基序列是否相同？新合成的兩條子鏈的堿基序列是否相同？新合成的兩個子代DNA堿基序列是否相同？DNA為什么能夠準確復制呢？與DNA的雙螺旋結構有什么關系？⑥DNA復制的意義是什么？學生根據動畫及導學案回答問題，教師補充完善。

（2） 構建思維導圖，便于記憶

學生歸納總結，構建出DNA復制的思維導圖。

5.小結

通過簡單的習題檢測學生的學習情況，教師提出希望：DNA復制的原理看起來是如此簡單、優美，但其分子機制的細節足以讓任何人都頭疼欲裂，所以還有太多未知等待我們去探究，希望同學們逐漸學會用已知的方法去探索更多未知的事物。