DNA的复制教学设计.doc

一、DNA的复制教学设计引言：同学们已经知道了DNA作为遗传物质与严谨的双链螺旋结构有关，还与其功能有关。而复制是DNA的重要功能，那么，何谓复制？复制的过程如何？有何意义呢？在学习之前：提问：对真核生物而言， DNA主要存在于细胞的什么部位？（回答：DNA主要存在于细胞核内。）一、DNA分子的复制学生先阅读教材P10页。教师投影出示如下问题:1.DNA分子复制发生在什么时间?提问：何谓复制？（答：略）补充：这里说的复制不是指其他物品的复制，是指DNA分子的复制，就是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。则1DNA2DNA。那么，怎样由1DNA2DNA呢？这就是：2.DNA分子复制过程怎么进行?3.DNA分子复制过程需要哪些条件?4.DNA分子复制过程有何特点?5.DNA分子复制的概念是什么?6.DNA分子复制有何生物学意义?学生阅读完毕之后，先简单提问。根据学生回答情况进行点拨、讲述:(1)DNA分子复制根据前面三种细胞分裂方式学习可知发生在无丝分裂之前或有丝分裂间期；在配子形成时则主要发生在减数第一次分裂之前的间期。(2)DNA分子复制过程：教师播放DNA分子复制的多媒体课件，将这部分重难点知识，变静为动，变抽象为形象，转化为易掌握的知识。观看完毕后，师生共同总结，有以下三点:a.解旋提供准确模板:在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，于是部分双螺旋解旋为两条平行双链，此过程叫解旋。解开的两条单链叫母链(模板链)。b.合成互补子链:以上述解开的两条多脱氧核苷酸链为模板，在酶的作用下，以周围环境中游离的脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，合成两条与母链互补的子链。c.子母链结合形成新DNA分子:在DNA聚合酶的作用下，随着解旋过程的进行，新合成的子链不断地延伸，同时每条子链与其对应的母链互相盘绕成螺旋结构，解旋完即复制完，形成新的DNA分于，这样一个DNA分子就形成两个完全相同的DNA分子。即边解螺旋边复制。教师补充：DNA分子复制包括：解旋：在DNA解旋酶的作用下，能量ATP的参与，把双链螺旋的DNA打开氢键，解开成为两条单链，且以单链为模板。合成：在DNA合成酶的作用下，以母链为模板， ATP为能量，脱氧核苷酸为原料，按碱基互补配对原则合成为一条新的子链。复旋：在DNA复旋酶的作用下，以ATP为能量，一条母链和一条子链螺旋成为一个新的DNA分子。即：1DNA2DNA单链（母）2母2子（母十子）（母十子）2DNA由上述过程可以知道，在以母链为模板合成新的子链的过程中，新合成的子链上脱氧核苷酸的排列顺序与另一条每链上脱氧核苷酸的排列顺序完全相同，故母链与子链螺旋化形成的新DNA分子中碱基对的排列顺序也完全相同；新形成的每个DNA分子中的双链有一条是未自上代DNA的母链，所以叫半保留复制。科学家已经用35P或14N同位素示踪得以证实。（结合DNA分子的复制过程让同学们展开讨论。）提问：DNA分子复制时需何条件？（回答：略。）补充：DNA分子复制：发生在细胞周期的间期；主要在细胞核内进行；ATP作能量；A、T、G、C四种大量的脱氧核苷酸为原料；严格遵循碱基互补配对原则；需酶系统参与（解旋酶，合成酶、复旋酶）；DNA具作模板的能力；伴随有RNA的转录。提问： DNA分子复制对DNA作为遗传物质有何意义？（回答：略。）补充：在DNA分子复制时：边解旋、边合成、边复旋，多个起始点同时进行，节省时间、效率高。新DNA分子双链为“一母一子”；因此复制更为精确，致使遗传信息更加稳定。稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。但是，这并不意味着复制时毫无差错，否则，自然界便没有了变异，生物界就不会向前发展。（为以后学习“变异”打下伏笔）提问：一个DNA分子复制几代后的情况如何？（回答：略。）补充：因DNA复制采用半保留的方式，所以一个DNA分子经几代复制后的所有DNA中，只有两个DNA分子含有原DNA链。但所有DNA与原DNA所带的信息（脱氧核苷酸的排列顺序）完全相同。（变异除外）总结：通过两课时的学习，同学们知道了DNA分子的结构特点和DNA分手的复制过程，明白了DNA分子结构的多样性、特异性及DNA分子半保留复制的特点。希望同学们课后熟悉教材，真正理解DNA是主要的遗传物质。(3)从上述观看DNA分子复制过程的多媒体课件及师生归纳可知:DNA分子复制的条件有精确的模板、原料、能量和酶等基本条件。复制的方式是半保留复制，即新DNA分子中都保留了原来DNA分子的条链。(4)从上述学习可概括出DNA分子复制的概念:指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA的过程。DNA分子的复制实质上是遗传信息的复制。(5)DNA分子的自我复制，这在遗传学上具有重要的意义。DNA通过复制在生物的传种接代中传递遗传信息，从而保证物种的相对稳定性，使种族得以延续。即亲代将自己的DNA分子复制出一份，传给子代。这样就使物种代代延续，不致灭绝。 二、DNA的复制教学设计泰兴市第一高级中学生物组 周飞彪（225400） Email：一、 总体设计指导思想本节课突出对学生科学素质的培养，精心设计课堂教学，将科学研究的过程（发现问题提出假设推导结论实验验证得出结论）作为本节课的教学主线，以求向学生介绍科学研究的一般过程和方法，并让学生亲身参与探究过程，从而培养学生科学工作的能力和方法。二、 教材分析1、教材中的地位本节课内容是人教版高级中学课本生物必修2第三章第三节。DNA分子的结构和复制是遗传学的基本理论。这一课时，在联系DNA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。学好这一课时，有利于学生对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识得理解和巩固，对于学生深刻认识遗传的本质是非常重要的。“DNA的复制”又是后面变异部分的基础，学好这一课时，有利于学生对基因突变、基因重组、生物进化等内容的理解和掌握。2、重点难点DNA的复制方式的发现虽然是选学内容，但是对学生的学会科学的探究，科学的思考有很大的帮助，有助于学生分析问题，解决问题能力的提高，所以把它作为探究的重点之一，但在知识层面上不作为重点。DNA复制过程完成了遗传信息的传递功能；对DNA复制过程的研究，蕴含着科学研究的过程和方法教育；DNA复制的过程具有微观、动态、连续、抽象的特点。因此，对DNA复制的过程的探讨既是本课时的教学重点，也是难点。三、 学情分析学生已经具有了DNA双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本知识，在此基础上，本课时将要从分子水平来探讨生命的本质，属于肉眼看不到的抽象知识。高中学生的认知体系基本形成，认知结构迅速发展，认知能力不断完善。他们能够掌握基本的思维方法，特别是抽象逻辑思维、辩证思维、创造思维有了较大的发展。观察力、记忆力、想象力有了明显的提高，认知活动的自觉性，认知系统的自我评价和自我控制能力也有了相应的发展。由于本课时内容具有较高的抽象性，学生们会感到困难，因此在教学中，我除了引导学生自主、探索、合作学习以外，还通过启发式教学，设置大量的问题情境，来激发学生的学习兴趣和进一步培养他们分析、归纳、概括能力。四、 教学目标设计知识目标1、 记住DNA复制的概念2、 简述DNA复制的过程，并分析、归纳出DNA复制过程的特点。3、 知道DNA复制在遗传上的意义能力目标1、 通过介绍Meselson、stehl的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。2、 通过引导学生观察拉链和DNA复制的比较，鼓励学生大胆想象、猜测，培养学生自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力。情感目标通过分组探究活动，培养学生的协作意识和科学态度。五、 教法、学法设计（一）教法设计结合教材的特点和学生实际，本课时主要采用启发式教学法，比如：在学习DNA复制的方式时，启发学生去思考复制的方式可能有哪些？如果是这种方式，复制的结果是什么？如果是那种方式，复制的结果是什么？通过什么方式去证明你的假设？再比如：在学习DNA复制的条件时，可以启发学生去思考科学家是怎么知道需要这些条件的？除了课本上介绍的条件外，还可能需要什么条件？科学家是怎么知道的？从而引导学生去探索和发现，使学生在教学活动中初步学会科学研究的一般方法，即发现问题提出假说试验验证得出结论，培养学生的合作、探索的精神，发展学生的思维能力，为学生铺设符合知识规律的思维轨道，强化素质教育。对于DNA复制的过程，学生是没有办法去探究的，但这一部分又比较抽象，我采用化抽象为具体的办法，采用拉链作为模型，让学生对比拉链的拉上、拉开和课本上介绍的DNA复制过程的异同点，从而加深学生对知识得理解和掌握。（二）学法设计本课时通过设疑导学，指导学生自主探索DNA复制的方式和复制的条件，发现知识，培养学生发现问题、解决问题、相互协作、自主学习的能力；通过点拨导议，启发学生思考、分析科学家的试验，概括、总结出正确结论，从而培养学生分析、推理、概括、总结的基本学习方法；通过展示小组提出的假设，培养学生的参与意识和创新意识，让学生学会在学习中进行交流的基本方法。充分体现学生的“主体”地位。六、 媒体选择1、多媒体课件用PowerPoint制作的演示文稿（内有DNA复制过程的动画）2、实物展台展示学生推导的DNA半保留和全保留复制的结果及相应的实验结果示意图 3、拉链四个七、 教学程序设计学生利用教师提供的材料，自主探索DNA可能的复制过程，并用实物展台展示成果，提出假说。利用课件复习DNA双螺旋结构，引入新课。引导所学的知识，发现问题（1）流程图利用多媒体课件展示DNA复制的过程，并和小组结果对比，归纳总结，得出结论。利用多媒体课件引导学生进行课后小结，强化知识的记忆和联系。介绍并分析科学家Kornberg和Meselson、Stehl的试验，验证假说（2）教学过程：程 序教 学 活 动设 计意 图教 师 活 动学 生 活 动复习旧知引入新课(3分钟)展示课件并提问：1、DNA化学组成的基本单位是什么？2、DNA分子的空间结构是什么样的？总结学生的回答之后，引出DNA复制的课题。思考回答：1、DNA化学组成的基本单位是脱氧核苷酸，每个脱氧核苷酸是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮的碱基组成。2、两条链盘旋成的双螺旋结构。学生已有的DNA双螺旋结构的知识是学习DNA复制的基础，由此引出新课题。引导回忆发现问题(3-5分钟)有关DNA复制，我们已经学习过哪些知识？你们觉得还有哪些疑问？（以此设问引导学生回忆已有知识，发现新的问题。）思考回答1、DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期2、由于DNA主要存在与细胞核内，因此DNA复制的场所主要是细胞核。发现问题关于DNA怎样复制？需要哪些条件？复制的结果怎样？有什么特点？等等是还没有解决的问题。发现问题是科学研究的第一步。问题使学生产生了强烈的求知解疑心理，教师此时抓住这一有利时机，提出紧扣主题的具有挑战性、探索性的问题，使学生主动去探索。DNA复制方式探讨(约10分钟)分组讨论模拟探索沃森和克里克在发表DNA分子双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“在提出碱基特异性配对的看法后，我们立即又提出了遗传进行复制的一种可能机理。”你能从DNA分子的双螺旋结构，设想出DNA复制的方式可能有哪几种吗？ 假如用15N标记母链，用14N标记子链，请同学们根据假设分组讨论复制一代和两代的结果是什么？用图形表示结果。教师投影展示部分小组的讨论情况。 学生分组分析讨论，提出DNA复制的两种假设：全保留复制和半保留复制。学生根据假设讨论演绎并画图表示两种复制的结果小组间相互补充作出评价培养学生的参与意识和培养学生的合作、探索的精神。并进一步复习假说-演绎法。1958年Meselson和Stehl用含有15N的培养基培养大肠杆菌，经过多次细胞分裂，细菌细胞的DNA充分地被15N标记上。然后把这些细胞移入正常的含同位素14N的培养基中，然后，在不同时刻（复制不同代数后）收集细菌样本，从中提取DNA，再将提出的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。密度大的DNA在试管的上方还是下方，密度小的呢？中等的呢？ 请同学们思考用密度梯度离心之后试管中的DNA条带所在的位置。并画出示意图。请同学们思考用密度梯度离心之后试管中的DNA条带所在的位置。并画出示意图。巡视学生的活动，记录学生出现的问题。教师投影展示部分小组的讨论情况。教师展示科学家的实际实验结果。并总结出科学发现的一般过程。在老师的启发引导下，学生们根据刚才演绎得结果，推导出这样的可能实验现象：如果是全保留复制，则离心后DNA条带应该只有两条；如果是半保留复制，则离心后DNA条带应该有三条，并画出条带的位置。本模拟探索试验的设计和运用，旨在激发学生探索和协作的兴趣，培养学生的动手能力和思维能力。DNA复制的条件和过程探讨(约20分钟)请同学们思考DNA复制至少需要什么条件？科学家是怎么知道这些条件的呢？ 学生讨论后回答：模板：两条链分别作为模板原料：四种脱氧核苷酸能量：由ATP提供酶：解旋酶、聚合酶等科学家通过推导和实验知道的。学生可能说不全，老师引导学生补充完整。介绍试验请同学们想一想，下面这个事实说明了什么？ 1958年美国生化学家Kornberg在试管中用脱氧核苷酸合成DNA。他将大肠杆菌中提取的DNA聚合酶加入到含有四种丰富的脱氧核苷酸和适量的Mg2+的人工体系中，并没有发生DNA 的合成，当加入少量的RNA作引子和ATP作为能源物质，经保温孵育后，测定其中DNA的含量。发现其中的DNA的含量增加了。让学生根据实验结果得出结论：复制除需要四个基本条件外，还需要其他条件，如RNA引物等。旨在提醒学生不能把书读死。而应该始终保持怀疑和探究的心态。模拟探讨请同学们自学课本上有关DNA复制过程的内容，总结DNA复制大体上分为几个步骤。教师通过拉链来模拟DNA复制过程。提出问题：拉链中的各个部件各代表复制过程中的什么？ 复制代数和DNA数目之间，及与含母链的DNA数目之间有什么关系？DNA复制过程是否就是完全像拉链的开合？学生自学并总结，如不完整可由其他同学补充。解链合成子链螺旋学生分组讨论拉链中的各个部件各代表复制过程中的什么，由学生代表发言。培养学生联想理解的意识，在学习过程中化抽象为具体，提高学习效率。培养学生分析比较的意识，进一步加深对DNA复制的理解。观看动画组织学生观看DNA复制的动画课件。学生随着动画的演示，一起念出过程：解链合成子链螺旋反复播放DNA复制的动画，使学生完成由感性到理性的知识过渡。DNA复制的意义DNA复制有什么意义？传递遗传信息课堂小结利用多媒体课件引导学生概括总结学生总结本节课知识要点巩固基础知识课堂测评基础知识测评学生练习检验知识目标达标情况八、课堂测评1、一个噬菌体侵染细菌后，形成了200个子代噬菌体，子代DNA中含最初DNA链的DNA占 A. 1% B. 2% C. 25% D. 50%2、下列关于DNA复制的说法，其中不正确的是（ ）：ADNA复制过程中需要酶的催化 BDNA复制过程中需要的能量直接由糖类提供 CDNA分子是边解旋边复制的 DDNA复制过程中两条母链均可作模板 3、含有32P或31P的磷酸，两者化学性质几乎相同，都可参与DNA分子的组成，32P比31P质量大。现将某哺乳动物的细胞放在含有31P磷酸的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞。然后将G0代细胞移至含有32P磷酸的培养基中培养，经过第1、2次细胞分裂后，分别得到Gl、G2代细胞。再从G0、Gl、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到结果如下图。