“DNA分子的復制”一節的教學設計

鄭淑芳

1 教材分析和教學思路

“DNA分子的復制”是蘇教版高中生物《必修2·遺傳與進化》第四章“遺傳的分子基礎”的重要內容之一，主要包括對DNA分子復制的推測、DNA半保留復制的證據和DNA復制的過程三部分內容。本課時有助于學生進一步理解和鞏固有絲分裂、減數分裂、遺傳規律等知識，是學習生物變異內容的基礎。

對DNA分子復制的推測，教師可以向學生提供一段DNA片段，讓學生大膽推測DNA復制方式，不僅能引起學生積極思維，還能營造積極活躍的課堂氛圍。DNA半保留復制的實驗證據是培養學生科學方法和探究能力的好載體，教師在考慮學生已有知識和課程標準要求的基礎上，提供相應教學支架，以假說—演繹的科學方法、學生自主探究為主線貫穿實驗教學，這不僅能提升學生的能力，也能讓學生領悟實驗設計的巧妙及科學家的智慧，滲透情感、態度與價值觀教育。DNA復制的過程微觀、抽象、復雜，教師可以利用視頻動畫輔助教學，激發學生興趣，吸引其注意力，鼓勵學生自己總結DNA復制過程及所需條件，突出學生主體地位。

2 教學目標

2.1 知識目標

概述DNA分子復制條件、過程和特點。

2.2 能力目標

通過推測DNA的復制方式，能進行科學思維；運用假說—演繹法探究DNA復制的方式；通過觀看DNA復制視頻，歸納DNA復制的條件、過程。

2.3 情感、態度與價值觀目標

探討DNA復制的生物學意義；形成科學研究的成功需要嚴謹的科學態度和方法的價值觀念。

3 教學重難點

重點：DNA復制的條件、過程和特點。

難點：對DNA復制方式的推理和驗證。

4 教學過程

4.1 激活舊知，導入新課

教師請學生回顧DNA的結構特點，從“結構與功能相適應”這一觀念出發，讓學生思考：DNA作為遺傳物質需要具備什么功能？由此，引出了“DNA的復制”。

4.2 假說演繹，探究方式

教師引導學生運用假說—演繹法開展“DNA的復制”探究活動。

（1） 提出問題：DNA是如何復制的？

（2） 做出假說：教師提供一段DNA片段，請學生大膽猜想該片段在生物體內是如何復制的，讓學生到黑板上繪制出復制過程及形成的子一代DNA分子。

筆者的教學預設是學生能在黑板上繪制出全保留復制和半保留復制這兩種方式，但可能學生課前預習了本節內容，結果他們只在黑板上只繪制了半保留復制過程及結果：母鏈DNA分開，根據堿基互補配對原則復制形成兩條子鏈DNA，母鏈和子鏈不再分開，直接成為子代DNA分子。為了不干擾后續的探究任務，筆者告訴學生科學家提出的全保留復制的猜想：母鏈DNA分開，根據堿基互補配對原則復制形成兩條子鏈DNA，隨后兩條母鏈重新結合恢復原狀，新合成的兩條子鏈也彼此結合，形成一條新的雙鏈DNA分子。

（3） 搭建支架，演繹推理：要驗證子代DNA分子到底由哪兩條鏈組成，那就要能區分DNA分子的兩條鏈。教師引導學生思考可以區別、標識母鏈和子鏈的方法。由于在本章第一節中，學生學習了用放射性同位素標記法來證明DNA是遺傳物質的實驗，通過類比，學生就明確研究方法——同位素標記法。隨后教師為學生提供相關的知識鏈接，構建認知支架：

知識鏈接：

1957年，美國科學家米西爾森和斯塔爾用同位素15N標記DNA，15N會導致DNA分子密度顯著增加，使15N—DNA、14N—DNA以及15N14N—DNA的密度不同，通過CsCl密度梯度離心技術將上述不同的DNA分子分離開來。

以60 000 rpm的離心速度離心2 d，使離心管內的CsCl溶液形成自上而下逐漸變大的密度梯度。離心后，不同密度的DNA分子就停留在與其密度相同的CsCl溶液處。

如果親代DNA是用15N標記，放在14N的環境中進行培養，則親代DNA復制得到的子一代DNA的兩條鏈分別含有哪種N元素？子一代DNA在CsCl溶液中停留的位置？子二代呢？教師引導學習小組討論、預測兩種復制方式情況下的實驗結果，描繪子一代、子二代DNA分子在CsCl溶液中的位置。

（4） 實驗驗證：通過多媒體展示米西爾森和斯塔爾的實驗過程及得到的真實密度梯度離心結果：親代DNA全在重帶（15N15N），子一代DNA全在中帶（15N14N），子二代DNA分布在中帶（15N14N）和輕帶（14N14N）。這一真實的結果與半保留復制推理得到的結果完全吻合，得出結論：DNA的復制方式是半保留復制。

4.3 觀看視頻，歸納總結

為了讓學生更加直觀地認識DNA復制過程，并嘗試自己歸納出這一過程，教師事先準備了2個DNA復制的視頻。第一個視頻比較簡單、通俗，觀看后，學生很容易用自己的語言簡潔地歸納出DNA復制的解旋、復制及盤旋纏繞3個步驟，以及DNA復制所需的模板、酶、原料、能量等條件。教師只需給予適當的引導和補充，比如：參與DNA復制的酶是解旋酶和DNA聚合酶。由學生自己構建新知，無疑增加了學生學習的自信心。

為了讓學生意識到生命現象及規律的復雜性，教師播放第二個視頻，這個視頻更加科學地展示了DNA復制的復雜過程，涉及到復制泡的形成、前導鏈、滯后鏈、岡崎片段等。高中階段的生物學習是比較基礎的，生命現象的本質需要學生不斷去探索，借此讓學生討論DNA復制的生物學意義，激發學生對生物科學的熱愛。

5 教學小結

新課程要求轉變學生學習方式——變被動接受式學習為主動探究性學習，培養學生的創新精神和實踐能力，全面提高學生的科學素養。本節課的設計突出了學生的主體地位，學生積極參與到科學探究、知識建構過程，課堂氣氛活躍。教師同時將科學的經典實驗和學生的探究過程相結合，引導學生以研究者的身份經歷一個提出問題—作出假說—演繹推理—實驗驗證的科學研究歷程，將探索知識、學習科學研究方法和培養能力有機地融為一體。