高中生物學“DNA分子的復制過程”的教學設計

周紅梅

摘 要：以DNA分子的復制過程為例，根據《普通高中生物學課程標準（2017版）》，結合2019年人教版高中生物必修二進行教學設計，落實核心素養的培養。

關鍵詞：核心素養，DNA分子的復制，教學設計，新教材

一、教材分析

DNA分子復制的過程為人教版高中生物必修2第3章第3節的內容之一，該部分內容相對比較抽象和復雜，它與細胞的有絲分裂、減數分裂以及基因突變等內容有著密切的聯系，因此從知識體系上來看占有非常重要的地位。

二、教學目標

生命觀念：根據DNA分子復制的場所、時間、條件、特點、過程、意義的相關知識，能夠概述DNA分子結構對DNA分子復制的意義。

科學思維：通過相關的資料分析，能夠歸納與概括出DNA分子復制的條件、特點并發展分析和處理信息的能力。

社會責任：能夠舉例說出DNA分子復制的實際應用。

三、教學重難點

DNA分子復制的過程。

四、教學策略

（1）引導學生回憶舊知，充分發揮學生主體作用從而總結出DNA分子復制的場所、時間。

（2）展示相關資料，讓學生以小組為單位進行分析，歸納總結出DNA分子復制的條件、特點。

（3）播放相關動畫，學生觀看后結合已有知識嘗試說出DNA分子復制的過程，逐步深入掌握復制過程。

五、教學過程

1.新課導入

教師行為：請學生回憶所學知識回答如下兩個問題：真核細胞中DNA分布在哪里？之前學習內容中哪些涉及到DNA分子的復制？什么時候完成DNA的復制？

學生行為：回憶所學知識，回答教師提問。

設計意圖：回顧舊知，建立聯系。

2.探究新知

探究一、DNA復制的場所和時間

教師行為：根據回答，我們能夠總結出DNA分子復制的場所和時間。

DNA復制的場所：細胞核（主要）、線粒體和葉綠體。

DNA復制的時間：有絲分裂間期、減數分裂間期。

探究二、DNA分子復制的條件

【展示資料，小組合作學習】

教師行為：教師展示資料一，以小組為單位分析DNA分子復制所需的條件。

資料一：1956年Kornberg將從大腸桿菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四種豐富的脫氧核苷酸和適量Mg+的人工合成體系中，四種脫氧核苷酸不能聚合成脫氧核糖核酸鏈，即沒有發生DNA的合成。當加入了少量DNA引子和ATP能量原料，經保溫孵育后，測定其中DNA含量。發現其中DNA含量增加了，井且DNA的（A+T）：（C+G）的比值與所加入的單鏈DNA引子相同。

對學生回答進行評價。

總結DNA分子復制的條件。 模板：親代DNA的兩條母鏈。原料：4種游離的脫氧核苷酸。能量：ATP。酶：DNA聚合酶、解旋酶。

學生行為：合作學習分析資料，小組代表匯報小組討論結果。其他同學認真傾聽并通過比較對自己組的結果進行反思。

探究三、DNA分子復制的特點

【展示資料，分析總結】

教師行為：教師展示資料二和資料三，分析DNA分子復制的特點。

資料三：

女性子宮肌瘤細胞中最長的DNA分子達36000μm，DNA復制速度約為4μum/min，請計算出復制所需時間？實際復制過程僅需40min左右。

對學生回答進行評價。總結DNA分子復制的特點：邊解旋邊復制、多起點復制和半保留復制。

設計意圖：合作學習，培養科學思維

培養學生分析、歸納與概括的科學思維，此過程也可培養學生團結合作意識以及語言表達能力。

探究四、DNA分子復制的過程

教師行為：播放DNA分子復制的動畫，請學生觀看后自行總結出DNA分子復制的過程。

對回答問題的學生進行提問：①解旋的目的是什么？②解旋需要什么物質？③回憶一下之前所學習的DNA分子的結構，解旋酶應該作用在哪里才能使螺旋解開？（若學生回答不出可提示：兩條鏈之間是通過什么化學鍵鏈接？）④游離的脫氧核苷酸鏈接到模板上遵循什么原則？⑤這個過程需要酶嗎？⑥DNA鏈接酶作用在哪里？

這幾個問題回答完畢后請該同學坐下。繼續向全班同學提問：同學們認為子鏈合成方向是怎樣的？

補充講解：DNA分子復制的微觀過程。

DNA子鏈合成方向是5’到3’，通過之前的學習大家都知道DNA分子的兩條鏈是反向平行，左邊這鏈從下往上是5’端到3’端，那右邊這條鏈是怎樣的？

現在我們以左邊這條鏈為模板合成子鏈。這條子鏈從上到下應該是哪一端到哪一端？以右邊這條鏈為模板合成子鏈從上到下又應該是？

之前我們補充說DNA子鏈的合成方向是5’到3’，那這兩條鏈的合成方向就是相反的。現在假設這個DNA分子是從下往上解旋的，左邊這條子鏈是不是就可以按照從5’到3’的方向一直合成下去？這條連續復制的子鏈它叫做前導鏈。右邊這條子鏈是不是要等DNA分子完全解開后才從上往下按5’到3’的方向合成？

這樣合成就太慢了沒有效率。那應該是怎樣合成的？

其實當DNA分子解開一段以后會出現RNA引物，RNA引物這一端就是5’端，從這個位置開始往3’端復制出一端DNA片段，這個DNA片段叫做岡岐片段，這條子鏈就這樣一段一段的不連續復制，而RNA引物會被特定的酶敲除，然后會有別的酶出現把這些DNA片段鏈接成完整的子鏈。這條間斷復制的子鏈它叫做后隨鏈。

播放DNA分子復制的微觀視頻。

總結：現在視頻看完了，剛才老師補充這些是我們沒有要求掌握的屬于大學知識范圍，同學們感興趣可以自行查閱資料來找老師討論，或大學選相關專業進行深入的學習。

我們來一起總結一下DNA分子復制的過程。第一步：解旋提供準確模板（解旋酶）;第二步：合成互補子鏈（5’到3’，DNA聚合酶，堿基互補配對原則）;第三步：子母鏈結合盤繞為新的DNA分子。

學生行為：認真觀看動畫，總結復制過程。認真聽講，跟隨教師思路。

設計意圖：回顧結構，體會結構與功能觀。

學生對結構與功能觀有更加深刻的體會。結合教師講解明確DNA分子復制的微觀過程。

3.課堂小結：自主總結知識表格。教師引導學生自主將本節課知識總結為表格，回顧本節課知識點。

設計意圖：表格整理，回顧知識。

4.板書設計：DNA分子的復制過程：（1）復制的場所;（2）復制的時間;（3）復制的條件;（4）復制的特點;（5）復制的過程。