郭軍英

1 教材分析

“DNA的復(fù)制”是蘇教版生物教材第四章第二節(jié)的內(nèi)容?！癉NA的復(fù)制”是遺傳學(xué)的基本理論，也是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，主要內(nèi)容是在學(xué)生已學(xué)的DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡明DNA通過(guò)復(fù)制傳遞遺傳信息的過(guò)程。本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生理解和鞏固有絲分裂、減數(shù)分裂、遺傳規(guī)律等知識(shí)非常重要，又是學(xué)習(xí)生物變異的基礎(chǔ)。這節(jié)內(nèi)容也是學(xué)生科學(xué)方法和探究能力培養(yǎng)的一個(gè)很好的載體，為此筆者對(duì)這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)做了大膽的嘗試，用科學(xué)研究的主線貫穿整節(jié)課的教學(xué)，并依托學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)搭建模型完成科學(xué)假設(shè)，讓學(xué)生最大限度地成為學(xué)習(xí)的主體，以此來(lái)落實(shí)新課程“以生為本”的教學(xué)理念。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo)

① 概述DNA分子的復(fù)制過(guò)程、條件和特點(diǎn)。

② 說(shuō)出DNA復(fù)制的生物學(xué)意義。

2.2 能力目標(biāo)

① 通過(guò)探究DNA分子的復(fù)制方式，形成對(duì)假說(shuō)-演繹法的再認(rèn)識(shí)。

② 通過(guò)小組合作動(dòng)手模擬DNA復(fù)制的過(guò)程，增強(qiáng)合作意識(shí)和交流溝通能力。

2.3 情感目標(biāo)

通過(guò)探究DNA的復(fù)制方式和復(fù)制條件，培養(yǎng)探究意識(shí)和科學(xué)態(tài)度，體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高學(xué)習(xí)興趣，關(guān)注生物科學(xué)的新進(jìn)展。

3 教學(xué)重點(diǎn)

DNA復(fù)制過(guò)程、對(duì)半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)的分析。

4 教學(xué)難點(diǎn)

如何分析DNA分子的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 課前準(zhǔn)備

PPT、毛絨條（4根橘紅色的、12根綠色的）、剪刀、膠帶、紅色紙（印有DNA模板）、黃色紙（印有脫氧核苷酸）。

5.2 引入

教師：（出示兩張照片）這兩個(gè)可愛(ài)的寶貝，哪個(gè)是小沈陽(yáng)的孩子？你判斷的理由是什么？父子（女）相貌相像的根本原因是什么？那么親代的遺傳物質(zhì)如何多出一份，傳遞給子代呢？

教師播放視頻1，從一只可愛(ài)的小腳出發(fā)，去揭示微觀世界的奧秘（視頻展示，注意所觀看到的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞→細(xì)胞核→染色體→DNA），引出課題“DNA的復(fù)制”。

5.3 溫故而知新

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：

（1） DNA分子由兩條鏈組成，這兩條鏈按反向平行方式盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

（2）外側(cè)（基本骨架）：脫氧核糖和磷酸交替排列；內(nèi)側(cè)：通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)。

（3）堿基互補(bǔ)配對(duì)原則：A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。

5.4 學(xué)習(xí)DNA復(fù)制的時(shí)間

教師播放視頻2，并小結(jié)：

（1） 概念：1個(gè)親代DNA→2個(gè)子代DNA。

（2） 時(shí)間：主要在間期。

（3） 主要場(chǎng)所：細(xì)胞核。

5.5 學(xué)習(xí)DNA的復(fù)制方式

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用假說(shuō)演繹法進(jìn)行討論。

提出問(wèn)題：DNA以什么方式復(fù)制自己？

形成假說(shuō)：沃森和克里克的推測(cè)（假說(shuō)）：復(fù)制時(shí)，DNA的雙螺旋解開(kāi)；互補(bǔ)的堿基間氫鍵斷裂；分開(kāi)的兩條鏈作為模板，以堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則合成新的一條鏈（即半保留復(fù)制，一半新一半舊）。

教師要求結(jié)合復(fù)印機(jī)復(fù)印材料的全保留（全新、全舊），思考DNA復(fù)制的方式。

模擬操作：利用毛絨條分別模擬制作半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的結(jié)果。

推理：基本設(shè)計(jì)思路是不同方式復(fù)制出的子代DNA新舊鏈的組合方式不同，區(qū)分舊鏈和新鏈，分離不同的DNA分子。采用什么技術(shù)手段？（同位素標(biāo)記法）

如果親代的DNA兩條鏈用15N來(lái)標(biāo)記，然后放在14N中復(fù)制，則親代、子一代、子二代分別含哪種元素？（繪圖表示）

驗(yàn)證推理：1957年米西爾森和斯塔爾設(shè)計(jì)了一個(gè)非常精巧的實(shí)驗(yàn)。細(xì)菌大約每20 min分裂一次，產(chǎn)生子代。將細(xì)菌培養(yǎng)在含14N的培養(yǎng)基中，經(jīng)破碎細(xì)胞提取DNA，放入盛有氯化銫溶液的試管中離心處理作為對(duì)照組。將兩條鏈都含有15N的細(xì)菌，培養(yǎng)在含14N的培養(yǎng)基中，分別在0 min、20 min、40 min取樣，經(jīng)破碎細(xì)胞提取DNA，分別放入盛有氯化銫溶液的試管中離心處理作為親代、子一代、子二代。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

得出結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：DNA分子的復(fù)制時(shí)半保留復(fù)制。

5.6 學(xué)習(xí)DNA的復(fù)制條件

由1956年科恩伯格的實(shí)驗(yàn)引入，在DNA人工合成系統(tǒng)中，加入4種脫氧核苷酸，沒(méi)有DNA復(fù)制；實(shí)驗(yàn)一：將大腸桿菌中提取出的DNA聚合酶加到具有足量的四種脫氧核苷酸的試管中，培養(yǎng)在適宜溫度的條件下。一段時(shí)間后，測(cè)定其中的DNA含量。實(shí)驗(yàn)二：在上述試管中加入少量DNA片段和ATP，培養(yǎng)在適宜的溫度條件下。一段時(shí)間后，測(cè)定其中的DNA含量。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)一沒(méi)有DNA產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)二DNA含量加倍，分析得出實(shí)驗(yàn)條件：

催化劑——酶，模板——DNA，原料—四種脫氧核苷酸，能量——ATP等。

5.7 學(xué)習(xí)DNA的復(fù)制過(guò)程

教師要求學(xué)生閱讀教材P64圖4-9，思考DNA復(fù)制主要步驟包括：解旋→合成子鏈→形成子代DNA分子。觀看視頻：DNA分子復(fù)制的過(guò)程。

模擬操作：通過(guò)模擬操作來(lái)理解DNA分子的復(fù)制過(guò)程。

要求：（1） 模擬DNA復(fù)制的動(dòng)態(tài)過(guò)程；

（2） 制作出相應(yīng)的子代DNA（平面結(jié)構(gòu)）。

建議：每六人為一小組，注意組員間的分工合作。

5.8 學(xué)習(xí)DNA復(fù)制的意義：傳遞遺傳信息

在模擬操作DNA復(fù)制的過(guò)程中，思考以下問(wèn)題：

（1） 兩條母鏈的堿基順序是否相同？（不相同）

（2） 兩條子鏈的堿基順序是否相同？（不相同）

（3） 新合成的兩條雙鏈DNA堿基對(duì)排列順序是否相同？有何意義？（相同，DNA分子通過(guò)復(fù)制，將遺傳信息從親代傳給子代，從而確保了遺傳信息的連續(xù)性）

（4） DNA分子為什么能準(zhǔn)確復(fù)制？（DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)提供精確的模板，堿基互補(bǔ)配對(duì)原則保證復(fù)制準(zhǔn)確進(jìn)行）

想一想：經(jīng)過(guò)復(fù)制的這兩個(gè)攜帶完全相同遺傳信息的DNA分子什么時(shí)候彼此分離的？（有絲分裂后期或減數(shù)分裂第二次分裂后期）

5.9 拓展探究

資料1：女性子宮肌瘤細(xì)胞中最長(zhǎng)的DNA分子達(dá)36 000 μm，DNA復(fù)制速度約為4 μm/min，請(qǐng)計(jì)算出復(fù)制所需的時(shí)間？實(shí)際復(fù)制過(guò)程僅需40 min左右即可完成。（DNA復(fù)制可多起點(diǎn)進(jìn)行）

資料2：研究表明，DNA的復(fù)制總能準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)行，其復(fù)制過(guò)程中出錯(cuò)的概率僅為1/20 000。如果DNA復(fù)制發(fā)生差錯(cuò)，有可能會(huì)帶來(lái)什么影響或后果？（遺傳物質(zhì)的改變——基因突變）

結(jié)束語(yǔ)：同學(xué)們，現(xiàn)在你們知道孩子長(zhǎng)得像父母真正原因了吧。那么為什么孩子獲得父母的遺傳物質(zhì)就和父母相像了呢？還有更多關(guān)于DNA的奧秘，等待我們繼續(xù)探討。

6 教學(xué)反思

6.1 將科學(xué)研究的主線貫穿本節(jié)課的教學(xué)

“假說(shuō)演繹法”是生物科學(xué)研究中常用的方法，這節(jié)課的一個(gè)主要設(shè)計(jì)思想是利用“假說(shuō)演繹法”貫穿學(xué)習(xí)過(guò)程，讓學(xué)生完整的直接經(jīng)歷科學(xué)研究的過(guò)程，從而更好地了解科學(xué)研究的一般方法，形成科學(xué)的態(tài)度。

6.2 科學(xué)假設(shè)依托學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)

在這節(jié)課中，對(duì)DNA復(fù)制方式的探索是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究方法的一個(gè)主要切入點(diǎn)，旨在增加學(xué)生進(jìn)行假設(shè)的可行性，通過(guò)學(xué)生建立模型動(dòng)手操作來(lái)代替憑空的思考。雖然這個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)耗費(fèi)較多的時(shí)間，但他們經(jīng)歷了一個(gè)思考與嘗試的過(guò)程，學(xué)會(huì)了搭建模型進(jìn)行假設(shè)，對(duì)DNA的復(fù)制有了直觀的體會(huì)，結(jié)束以后的小組展示與交流更讓學(xué)生體會(huì)到了科學(xué)假設(shè)的非一致性，有了科學(xué)研究第一步的體驗(yàn)。

6.3 科學(xué)史的利用對(duì)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的提高

DNA復(fù)制科學(xué)史中有很多實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的產(chǎn)生過(guò)程就是一個(gè)探究的過(guò)程，呈現(xiàn)了科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神。如DNA復(fù)制條件的學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)科恩伯格所做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，學(xué)生可以很輕松地歸納出復(fù)制所需的條件，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)得到科學(xué)方法和科學(xué)思維的訓(xùn)練，潛移默化中提高了科學(xué)素養(yǎng)。

6.4 模擬操作中體會(huì)DNA復(fù)制的過(guò)程

為加深對(duì)DNA分子復(fù)制過(guò)程的理解，讓學(xué)生動(dòng)手模擬操作DNA復(fù)制過(guò)程，并在操作過(guò)程中體會(huì)DNA復(fù)制的特點(diǎn)。模擬操作畢竟不是真正的DNA分子的復(fù)制，學(xué)生在對(duì)模擬操作的剪刀、膠帶、不同顏色的紙所代表的生物學(xué)含義進(jìn)行類比的過(guò)程中，批判性地構(gòu)建DNA分子復(fù)制的過(guò)程。

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)將科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的探究活動(dòng)相結(jié)合，在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生主動(dòng)參與，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、演繹推理、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、得出結(jié)論，不僅讓學(xué)生在探究過(guò)程中體驗(yàn)了“假說(shuō)—演繹”的科學(xué)探究方法，更讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，將探究知識(shí)、科學(xué)研究方法和培養(yǎng)能力有機(jī)地融為一體。