“DNA的復(fù)制”教學(xué)設(shè)計

劉佩珊

1 教材分析

人教版必修二“遺傳與進化”第三章第3節(jié)“DNA的復(fù)制”內(nèi)容可分為兩大部分：DNA復(fù)制方式實驗探究和DNA復(fù)制過程。教材中將DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)設(shè)定為選學(xué)，缺乏研究思路推導(dǎo)過程，學(xué)生難以理解。教師在上課時可以運用假說-演繹法讓學(xué)生親歷半保留復(fù)制機制的探究過程，在歸納與演繹，分析與綜合中鍛煉科學(xué)思維。

2 學(xué)情分析

高中生物一輪復(fù)習(xí)過程中，傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課以教師進行知識梳理與灌輸為主，忽視了學(xué)生解決現(xiàn)實生活問題的能力的培養(yǎng)。“DNA的復(fù)制”是高中生物“遺傳與進化”模塊的核心教學(xué)內(nèi)容之一，但學(xué)生只停留在對抽象知識的整理與記憶層面，并不了解知識產(chǎn)生的研究過程。

課堂上創(chuàng)設(shè)情景能改變教師一言堂的現(xiàn)狀，使學(xué)生主動參與到課堂中來，主動探究知識，從而提高學(xué)生面對新情景的知識遷移能力。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過對DNA半保留復(fù)制方式的實驗探究，嘗試提出相關(guān)實驗方案;

（2）通過對材料中的文字信息以及圖表進行分析，進而推斷出相應(yīng)的實驗結(jié)論。

4 教學(xué)重難點

（1）假說一演繹法的實驗探究思路;

（2）學(xué)生根據(jù)DNA復(fù)制相關(guān)的經(jīng)典或前沿的材料進行邏輯推理和分析能力。

5 教學(xué)過程

5.1 DNA復(fù)制方式實驗探究

5.1.1 分析情景，提出問題

在街上駕車，每年每104個人中一人死亡，DNA復(fù)制過程隨機錯配，每拷貝104個核苷酸出錯一次，經(jīng)DNA聚合酶校讀后，每拷貝107個核苷酸出錯一次，精確性很高，從而在細胞的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性。教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：DNA是如何復(fù)制的？

設(shè)計意圖：利用相關(guān)數(shù)據(jù)創(chuàng)設(shè)情景，從而激發(fā)學(xué)生對DNA復(fù)制方式的探究興趣。

5.1.2 作出假說

沃森和克里克提出半保留復(fù)制的假說后因為沒有實驗證據(jù)支持，因此很多學(xué)者都對這種復(fù)制方式持懷疑態(tài)度，如果你是當(dāng)時的科學(xué)家，你還能設(shè)想出哪些DNA復(fù)制方式？教師引導(dǎo)學(xué)生得出全保留復(fù)制和彌散型復(fù)制這兩種復(fù)制方式，并對這三種復(fù)制方式進行解說。

設(shè)計意圖：以科學(xué)史為引領(lǐng)，創(chuàng)設(shè)情景，讓學(xué)生想象自己就是研究相關(guān)問題的科學(xué)家，營造學(xué)習(xí)氛圍，引發(fā)學(xué)生積極思考。

5.1.3 設(shè)計實驗，演繹推理

教師提問，以上三種復(fù)制方式哪一種是正確的？只能用實驗證明。教師創(chuàng)設(shè)問題串，讓學(xué)生以小組為單位進行實驗設(shè)計。問題1：設(shè)計實驗時，實驗的關(guān)鍵思路是什么（如何將親代DNA與子代DNA分離出來）？問題2：科學(xué)家運用什么方法將親代DNA與子代DNA區(qū)分開？教師引導(dǎo)學(xué)生得出實驗思路：用含有15N標(biāo)記的NH Cl培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，讓大腸桿菌繁殖幾代，獲得含15N的親代DNA。再將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N的普通培養(yǎng)液中，收集并提取大腸桿菌的DNA。可用密度梯度離心法，通過觀察離心管呈現(xiàn)的條帶位置、數(shù)量和寬度將親代DNA與子代DNA分離出來。問題3：將含15N的親代DNA放在含有14N的普通培養(yǎng)液中復(fù)制2代，請同學(xué)們分別畫出3種復(fù)制方式DNA條帶類型和在離心管中呈現(xiàn)的條帶位置。教師請不同組別的3位學(xué)生到黑板畫圖展示小組討論結(jié)果，小組成員進行補充。學(xué)生所畫圖總結(jié)如下：

設(shè)計意圖：以問題串來創(chuàng)設(shè)情境，通過小組討論的方式，讓學(xué)生體驗科學(xué)的研究方法和親歷與科學(xué)家一樣的探究過程，提升學(xué)生分析問題，解決問題的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

5.1.4 實驗驗證

出示 DNA 復(fù)制發(fā)現(xiàn)者梅塞爾森和斯特爾經(jīng)典實驗現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)親代（0 代）樣品顯示一條重密度帶，說明親代 DNA 為 15N15N。第一代（1.0 代）樣品顯示一條中密度帶，說明DNA 復(fù)制一代后雙鏈為 15N14N。第二代（1.9 代）樣品顯示為一條輕密度帶和一條中密度帶，說明經(jīng)過第二次復(fù)制后 DNA 雙鏈為 14N14N 和 15N14N。且隨著復(fù)制代數(shù)的增加，樣品都顯示只有輕帶和中帶，且輕帶寬度不斷增加而中帶不斷降低。通過實驗現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)梅塞爾森和斯特爾大腸桿菌同位素示蹤實驗的實驗結(jié)果與半保留復(fù)制方式推測、演繹的實驗結(jié)果一致。

設(shè)計意圖：通過展示實驗證據(jù)，讓學(xué)生通過分析資料驗證假說，感悟科學(xué)家設(shè)計實驗的巧妙和思維的縝密，感受科學(xué)探究的魅力。

5.1.5 實驗結(jié)論

通過以上分析可確定 DNA 的復(fù)制方式為半保留復(fù)制。

設(shè)計意圖： 本部分內(nèi)容運用 DNA 復(fù)制準(zhǔn)確性相關(guān)數(shù)據(jù)、問題串、科學(xué)史為載體，創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生主動進行探究性學(xué)習(xí)。同時以假說-演繹法為主線，讓學(xué)生在體驗科學(xué)的研究方法的同時，學(xué)生的歸納和演繹思維得到發(fā)展，實現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的目標(biāo)。

6 總結(jié)與反思

本節(jié)內(nèi)容將科學(xué)史上的經(jīng)典實驗和原始文獻引入課堂，通過出示相關(guān)數(shù)據(jù)及設(shè)置問題串創(chuàng)設(shè)情景，在自主探究的過程中提高學(xué)生的理性思維和科學(xué)探究能力，實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。但科學(xué)思維的培養(yǎng)是一個長期的過程，需要老師精心篩選來自生活的素材，創(chuàng)設(shè)更多情境，最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動參與到課堂中來，主動探究知識，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（作者單位：珠海市第一中學(xué)）