“DNA的復(fù)制”教學(xué)設(shè)計(jì)（三）

張旭

一、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)包括對(duì)DNA分子復(fù)制的推測(cè)、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)、DNA分子復(fù)制的過程三部分內(nèi)容。其中DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)為本節(jié)的難點(diǎn)，雖為選學(xué)內(nèi)容，但此知識(shí)是應(yīng)用“假說—演繹法”的重要案例，有利于培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和提高科學(xué)探究能力，在教學(xué)中不容忽視。教師通過層層設(shè)疑的方式，幫助學(xué)生梳理出實(shí)驗(yàn)思路及方法，利用希沃白板讓學(xué)生演示子代DNA的標(biāo)記情況，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證部分設(shè)計(jì)4個(gè)問題引領(lǐng)學(xué)生思維，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出結(jié)論。最后由學(xué)生梳理“假說—演繹法”的4個(gè)環(huán)節(jié)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)一步鞏固理解“假說—演繹法”這一重要科學(xué)方法的思維內(nèi)涵。DNA分子復(fù)制的過程為本節(jié)的重點(diǎn)，雖然抽象但難度不大，且后續(xù)學(xué)習(xí)基因的表達(dá)時(shí)會(huì)反復(fù)與轉(zhuǎn)錄、翻譯進(jìn)行比較，因此這部分利用DNA復(fù)制的動(dòng)畫來輔助教學(xué)，幫助學(xué)生對(duì)這一過程的認(rèn)識(shí)直觀化形象化。接著學(xué)生自主構(gòu)建思維導(dǎo)圖，對(duì)復(fù)制過程涉及的相關(guān)概念進(jìn)行梳理總結(jié)，形成清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，突出學(xué)生的主體地位。在學(xué)習(xí)DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因和DNA復(fù)制的意義時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生感悟DNA雙螺旋之美，感悟生命延續(xù)之神奇，樹立正確的生命觀。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)：概述DNA分子的復(fù)制方式、過程和特點(diǎn)。

2.能力目標(biāo)：推測(cè)DNA復(fù)制的方式，形成理性思維的習(xí)慣;運(yùn)用“假說—演繹法”對(duì)DNA復(fù)制的方式進(jìn)行探究，掌握科學(xué)探究的思路和方法。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：探討DNA復(fù)制的生物學(xué)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(xué)過程

1.溫故知新，導(dǎo)入新課

引導(dǎo)學(xué)生回憶“DNA分子的結(jié)構(gòu)”以及遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)，提問：DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)？這樣的雙螺旋結(jié)構(gòu)使作為遺傳物質(zhì)的DNA具有較好的穩(wěn)定性，從結(jié)構(gòu)中體會(huì)DNA分子是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息的？堿基序列的千變?nèi)f化構(gòu)成了DNA分子的多樣性，DNA分子中的信息怎樣才能準(zhǔn)確傳遞給子代？引出“DNA的復(fù)制”，DNA復(fù)制的實(shí)質(zhì)是復(fù)制什么？DNA分子通過復(fù)制，將遺傳信息傳遞下去，保持了遺傳信息的連續(xù)性，它是如何實(shí)現(xiàn)的？我們一起來探討DNA的復(fù)制。

2.對(duì)DNA復(fù)制方式的推測(cè)

沃森和克里克構(gòu)建出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)之后，緊接著提出了關(guān)于DNA復(fù)制的假說，你能從DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，設(shè)想出DNA復(fù)制的方式嗎？學(xué)生討論后提出半保留復(fù)制和全保留復(fù)制兩種假說。請(qǐng)學(xué)生根據(jù)這兩種假說來推理，一個(gè)DNA分子復(fù)制兩次得到的四個(gè)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(xué)生用希沃白板的拖拽功能描述并演示DNA的復(fù)制情況：第一代按照半保留復(fù)制兩個(gè)DNA全是混合鏈，而全保留則一個(gè)是原來親代的DNA，一個(gè)兩條鏈都是新的子代DNA。第二代按照半保留復(fù)制是兩個(gè)混合DNA和兩個(gè)新DNA，按照全保留復(fù)制則為一個(gè)親代DNA和三個(gè)新DNA。教師總結(jié)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(qū)分開來。

3.DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

（1）介紹方法，掃清障礙

教師提問如何區(qū)分母鏈和子鏈？學(xué)生提出用同位素示蹤技術(shù)。教師介紹美國(guó)科學(xué)家米西爾森和斯塔爾設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，用15N標(biāo)記親代DNA，將細(xì)胞置于含14N的普通培養(yǎng)基上培養(yǎng)，子代DNA可能會(huì)出現(xiàn)幾種情況？學(xué)生分析回答可能有15N/15N、14N/15N、14N/14N三種，教師追問該如何區(qū)分這三種DNA分子呢？學(xué)生可能會(huì)想到放射性，強(qiáng)調(diào)15N 沒有放射性，而是與14N的相對(duì)分子質(zhì)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(qǐng)學(xué)生把第一代和第二代的DNA分子分別放到試管相應(yīng)的位置。學(xué)生利用希沃課件把DNA條帶拖拽到試管中的相應(yīng)位置。

（2）合作學(xué)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

科學(xué)家對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)后，就開始實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了。請(qǐng)閱讀教材，討論以下問題：①實(shí)驗(yàn)材料是什么？選擇的理由是什么？②如何獲得15N標(biāo)記的DNA分子？③如何得到復(fù)制一次和兩次的DNA分子？④實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如何，得出什么結(jié)論？學(xué)生匯報(bào)：①大腸桿菌，繁殖快，DNA好提取。②大腸桿菌在含有15N標(biāo)記的NH4Cl培養(yǎng)液中繁殖若干代。③在不同時(shí)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(jié)論，DNA的復(fù)制是半保留復(fù)制。

（3）假說—演繹法

師：回顧科學(xué)家的探究過程，有沒有似曾相識(shí)的感覺呢？運(yùn)用了那種科學(xué)方法？具體的環(huán)節(jié)是什么？

生：假說—演繹法，第一步：觀察現(xiàn)象，提出問題，沃森和克里克根據(jù)堿基特異性配對(duì)，提出DNA復(fù)制的方式是什么？第二步：分析問題，提出假說，DNA復(fù)制是按照半保留的方式進(jìn)行的。第三步：根據(jù)假說演繹推理，按照半保留復(fù)制預(yù)測(cè)子代DNA在試管中的位置。第四步：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和演繹推理的結(jié)果一致，證明假說正確，得出結(jié)論DNA的復(fù)制方式是半保留復(fù)制。

4.DNA分子復(fù)制的過程

（1）播放動(dòng)畫，學(xué)生歸納

播放DNA復(fù)制的動(dòng)畫，提出問題引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)：①根據(jù)細(xì)胞分裂的過程總結(jié)DNA復(fù)制的時(shí)間和場(chǎng)所。②DNA復(fù)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(fù)制的特點(diǎn)是什么？是完全解旋后再?gòu)?fù)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(gè)子代DNA堿基序列是否相同？DNA為什么能夠準(zhǔn)確復(fù)制呢？與DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？⑥D(zhuǎn)NA復(fù)制的意義是什么？學(xué)生根據(jù)動(dòng)畫及導(dǎo)學(xué)案回答問題，教師補(bǔ)充完善。

（2） 構(gòu)建思維導(dǎo)圖，便于記憶

學(xué)生歸納總結(jié)，構(gòu)建出DNA復(fù)制的思維導(dǎo)圖。

5.小結(jié)

通過簡(jiǎn)單的習(xí)題檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師提出希望：DNA復(fù)制的原理看起來是如此簡(jiǎn)單、優(yōu)美，但其分子機(jī)制的細(xì)節(jié)足以讓任何人都頭疼欲裂，所以還有太多未知等待我們?nèi)ヌ骄?，希望同學(xué)們逐漸學(xué)會(huì)用已知的方法去探索更多未知的事物。