資源簡介

人教版高中生物必修2第三章《3.3DNA的復(fù)制》教學設(shè)計
課題 3.3—DNA的復(fù)制
課型 新授課 章/單元復(fù)習課□ 專題復(fù)習課□ 習題/試卷講評課□ 學科實踐活動課□ 其他
課程標準 概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳 3.1 親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上 3.1.3概述DNA分子通過半保留方式進行復(fù)制
教學內(nèi)容 DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制是遺傳學的基本理論。這一課時，在聯(lián)系DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步闡明DNA通過復(fù)制傳遞遺傳信息的功能。學好這一課時，有利于學生對有絲分裂、減數(shù)分裂、遺傳規(guī)律等知識得理解和鞏固，對于學生深刻認識遺傳的本質(zhì)是非常重要的。“DNA的復(fù)制”又是后面變異部分的基礎(chǔ)，學好這一課時，有利于學生對基因突變、基因重組、生物進化等內(nèi)容的理解和掌握。DNA的復(fù)制方式的發(fā)現(xiàn)雖然是選學內(nèi)容，但是對學生的學會科學的探究，科學的思考有很大的幫助，有助于學生分析問題，解決問題能力的提高，所以把它作為探究的重點之一，但在知識層面上不作為重點。
學情分析 學生從能力方面分析，他們有一定的觀察推理能力，能夠掌握基本的思維方法，邏輯思維、創(chuàng)造思維有了較大的發(fā)展，認知能力也在不斷完善。從知識準備情況看，學生已經(jīng)具有了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、有絲分裂、減數(shù)分裂的基本知識。在此基礎(chǔ)上，本課將要從分子水平來探討生命的本質(zhì)，由于這一課時內(nèi)容具有較深的抽象性，屬于肉眼看不到的抽象知識，學生們會感到困難，因此在教學中，除了通過啟發(fā)式教學，設(shè)置問題情境看教學動畫以外，還引導(dǎo)學生自主、探索、合作學習，來激發(fā)學生的學習興趣和進一步培養(yǎng)他們探究、合作能力。
學習目標 （1）推測DNA分子復(fù)制的可能方式并設(shè)計實驗加以驗證，形成提出問題、分析問題和解決問題的科學探究能力； （2）通過視頻觀看、科學史資料分析和繪制模式圖說出DNA復(fù)制的時間、場所，概述DNA復(fù)制所需條件、復(fù)制過程、特點及意義培養(yǎng)學生歸納、概括以及用生物學語言闡述生命現(xiàn)象的科學思維。
評價任務(wù) 教師采用假說—演繹法引導(dǎo)學生推測DNA的復(fù)制方式，并設(shè)計實驗結(jié)合教材實驗加以驗證得出。通過讓學生分析科學史資料及觀看DNA復(fù)制視頻和分析教材DNA復(fù)制的內(nèi)容歸納總結(jié)DNA復(fù)制的相關(guān)知識點。通過學生的回答、生生互評、師生評價等方式及時反饋學生的深入理解情況，最后通過DNA復(fù)制的客觀題分析評價學生的應(yīng)用水平。
學習活動（任務(wù)） 課前自學：學習資源：教材52-54頁 二、任務(wù)清單： （一）任務(wù)1: 閱讀教材54頁，完善以下內(nèi)容： 概念：DNA的復(fù)制是指以 為模板合成 的過程。 時間：DNA復(fù)制的過程是在 和 ，隨著 的復(fù)制而完成的。 過程：復(fù)制開始時，DNA分子首先利用細胞提供的 ，在 酶的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開，這個過程叫做 。然后，以解開的每一段 為模板，在 等酶的作用下，以細胞中游離的4種 為原料，按照 原則，各自合成與母鏈互補的一段 。隨著模板鏈解旋過程的進行，新合成的子鏈也在不斷的 。同時，每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成 結(jié)構(gòu)。 結(jié)果：復(fù)制結(jié)束后，一個DNA分子就形成了 個 的DNA分子。新復(fù)制出的兩個子代DNA分子，通過 分配到子細胞中去。 特點：DNA分子的復(fù)制是一個 的過程，復(fù)制需要 、 、 和 等基本條件。DNA分 ，為復(fù)制提供了精確的模板，通過 ，保證了復(fù)制能夠準確地進行。 6.意義：DNA分子通過復(fù)制，將遺傳信息從親代傳給了子代，從而保持了 。 （二）任務(wù)2: 仔細閱讀教材P52-53，完成以下填空與思考： 沃森和克里克提出了DNA自我復(fù)制方式的一種假說： 。假說內(nèi)容：①解旋：DNA復(fù)制時，DNA雙螺旋解開，互補堿基之間的 斷裂。②復(fù)制：解開的 作為復(fù)制的模板，游離的脫氧核苷酸依據(jù) 原則，通過形成氫鍵，結(jié)合到作為模板的單鏈上。③結(jié)果：新合成的每個DNA中，都保留了原來DNA中的 ，因此，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。 有關(guān)“DNA半保留復(fù)制的實驗”的思考： DNA是肉眼看不見的，如何才能分辨DNA？ 實驗的基本思路是什么？ 實驗是如何區(qū)分親代和子代DNA分子的？ 怎樣把不一樣的DNA分開呢？ 實驗原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，兩種同位素的相對分子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度 ，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA。 實驗過程： ①用含 的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌若干代，這時，大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標記的。 ②將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有 的普通培養(yǎng)液中。 ③在 收集大腸桿菌并提取DNA。 ④將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的 。 實驗結(jié)果 ①親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了 條DNA帶。位置在試管 。 ②第一代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了 條DNA帶。位置在試管 。 ③第二代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理，試管中出現(xiàn)了 條DNA帶。一條在試管 ，一條在試管更靠上部。 實驗結(jié)論：DNA的復(fù)制是以 的方式進行的。 實驗方法： 三、存在的問題 課堂探究： 學生活動教師活動環(huán)節(jié)一：情境激趣——觀看視頻《DNA—破案新利器》一滴血液、唾液含少量DNA，要獲取大量DNA怎么辦？ 列寧：神奇的預(yù)言是神話，科學的預(yù)言卻是事實。魏斯曼預(yù)言了減數(shù)分裂的存在；薩頓提出了基因在染色體上的假說…，你能從DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，設(shè)想出DNA復(fù)制的方式嗎？學生活動1 假設(shè)DNA復(fù)制的方式是： ‖（親代） ‖（親代） （子代） （子代） （子代） （子代） 全保留復(fù)制方式 半保留復(fù)制方式 學生小組討論，推測，畫并展示圖示；有的學生還有可能提出第三種復(fù)制方式：彌散復(fù)制教師活動1 一個DNA復(fù)制后將形成2個DNA、4條單鏈（兩條母鏈，兩條子鏈），4條單鏈將如何形成2個DNA呢？提供兩種顏色的電線4根或兩種顏色的橡皮泥。（1種顏色代表母鏈，另一種顏色代表子鏈）。要求：小組探討、合作展示DNA可能的復(fù)制方式，并畫圖表示。活動意圖說明：創(chuàng)設(shè)真實情景，導(dǎo)入新課，激發(fā)學生的科學探究欲望并體會假說—演繹法的科學探究過程。根據(jù)假說—演繹法的環(huán)節(jié)先提出問題、做出假說。環(huán)節(jié)二：設(shè)計實驗進行假說的驗證——演繹推理+實驗驗證學生活動2 學生對教師提出的問題一一討論剖析： 采用同位素標記法和密度梯度離心法 2.實驗原理：15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定同位素，兩種同位素的相對分子質(zhì)量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用離心技術(shù)可以在試管中區(qū)分含有不同N元素的DNA。 3實驗過程： ①用含15NH4Cl的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌若干代，這時，大腸桿菌的DNA幾乎都是15N標記的。 ②將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含有14NH4Cl的普通培養(yǎng)液中。 ③在不同時刻收集大腸桿菌并提取DNA。 ④將提取的DNA進行離心，記錄離心后試管中DNA的位置。 4.然后在紙上畫出不同復(fù)制方式的親代、第一代和第二代的DNA鏈。（用紅筆畫出被15N標記的DNA鏈，用黑筆畫出含14N的DNA鏈）并推測經(jīng)密度梯度離心后，親代、子一代、第二代DNA在試管中的位置。 演繹推理后，結(jié)合教材實驗進行驗證。學生根據(jù)課本的實驗結(jié)果標出密度梯度離心后，親代、第一代、第二代DNA在試管中的位置，然后比較實驗結(jié)果和假說是否一致，最后進而確定DNA復(fù)制的方式并得出結(jié)論DNA復(fù)制的方式為半保留復(fù)制。 5.完成[學以致用1] 教師活動2（引導(dǎo)學生思考下列問題，然后進行演繹推理） 1.有關(guān)“DNA半保留復(fù)制的實驗”的思考： ①DNA是肉眼看不見的，如何才能分辨DNA？ ②實驗的基本思路是什么？ ③實驗是如何區(qū)分親代和子代DNA分子的？ ④怎樣把不一樣的DNA分開呢？ 該實驗的原理？ 該實驗的過程？ 對實驗假設(shè)進行演繹推理？ 對比實驗結(jié)果，比較得出DNA的復(fù)制方式屬于哪一種？ 完成[學以致用1] 活動意圖說明：繼續(xù)讓學生體驗完整的科學探究的過程，并基于生物學事實和證據(jù)運用演繹與推理探究生命現(xiàn)象及規(guī)律。環(huán)節(jié)三：分析科學史資料，觀看視頻，結(jié)合模式圖探究歸納整理DNA復(fù)制的時間、場所、條件、特點等學生的活動3 （一）學生依次分析科學史資料明確知道DNA復(fù)制需要模板DNA，需要ATP供能，需要脫氧核苷酸提供原料，知道DNA復(fù)制的時間主要在間期，需要DNA聚合酶等酶，并且推測DNA不是解旋完才復(fù)制，可能是邊解旋邊復(fù)制，并推測DNA準確復(fù)制的原因； （二）學生觀看DNA復(fù)制的視頻并結(jié)合教材P54圖3-13并閱讀旁邊的內(nèi)容完成DNA復(fù)制相關(guān)知識的歸納； ①解旋； ②以母鏈為模版進行堿基配對； ③形成新的DNA分子 解旋酶、ATP，解旋酶作用的是堿基之間的氫鍵 模版、DNA聚合酶、4種游離的脫氧核苷酸 4.包括母鏈中的一條鏈和新合成的一條鏈 5.指以親代DNA為模板合成子代DNA的過程。DNA的復(fù)制實質(zhì)上是遺傳信息的復(fù)制。 學生完成1—4的分析后：歸納6—11的問題： 6.細胞有絲分裂和減數(shù)第一次分裂的間期。 7.模版：DNA兩條單鏈 原料：游離的4種脫氧核苷酸 能量：ATP 酶：解旋酶、DNA聚合酶等 8.①DNA分子是邊解旋邊復(fù)制的，是一種半保留式復(fù)制，即在子代雙鏈中，有一條是親代原有的鏈，另一條（子鏈）則是新合成的。 ②DNA復(fù)制嚴格遵守堿基互補配對原則準確復(fù)制。從而保證了子代和親代具有相同的遺傳性狀。 9.一條DNA分子變成兩條完全相同的DNA分子 10.①DNA具有獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能為復(fù)制提供模板；②堿基具有互補配對的能力，能夠使復(fù)制準確無誤。 11.學生在紙上根據(jù)DNA復(fù)制的知識畫一個已知堿基排列順序的DNA的復(fù)制結(jié)果，知道DNA復(fù)制的意義，是將親代遺傳信息傳遞給下一代。 最后完成[學以致用2] 和[學以致用3]教師的活動3（提供科學史資料、DNA復(fù)制視頻和圖示） （一）思考下列問題并觀看DNA復(fù)制的視頻結(jié)合教材P54圖3-13，歸納總結(jié)DNA復(fù)制的相關(guān)知識點并完成表格填空： 資料一： 步驟1：1956年，美國生物化學家康貝格在試管中，將大腸桿菌中提取出的解旋酶、DNA聚合酶等酶加入到具有四種豐富的脫氧核苷酸的人工合成體系中。結(jié)果：不能合成DNA分子 步驟2：康貝格在上述試管中加入了少量DNA分子作為引子，并加入ATP，培養(yǎng)在適宜溫度條件下，一段時間后，測定其中DNA的含量。結(jié)果：試管中的DNA的含量增加。 資料一說明什么問題呢？ 資料二:生化分析得知，間期細胞中脫氧核苷酸含量開始時很低，不久急劇增加，以后又逐漸降低到初始水平。隨著脫氧核苷酸含量的動態(tài)變化，DNA聚合酶的活性顯著增高。這說明什么問題？ 資料三:將變形蟲放在有標記過的脫氧核苷酸培養(yǎng)液中，一段時間后，一段時間后，在細胞核中首先發(fā)現(xiàn)有標記的DNA分子。這說明什么問題？ 資料四:女性子宮肌瘤細胞中最長的DNA分子達36mm，DNA復(fù)制速度約為4μm/min，但復(fù)制過程僅需40min左右即完成。試分析其可能的原因。 資料五:研究表明，DNA的復(fù)制總能準確無誤地進行，其復(fù)制過程中出錯的概率僅為1/20000。你認為DNA能夠準確復(fù)制最關(guān)鍵的因素是什么？ （二）觀看視頻分析圖示教材內(nèi)容回答1.DNA復(fù)制的過程基本包括幾個步驟？ 2.解旋的過程需要哪些條件？ 3.合成“子鏈”需要哪些條件？ 4.形成的子代DNA組成是怎樣的？ 5.什么是DNA的復(fù)制？ 6.DNA復(fù)制的時間？ 7.DNA復(fù)制需要哪些基本條件？ 8.DNA復(fù)制的特點？ 9.DNA復(fù)制的結(jié)果？ 10.DNA為什么能準確無誤的復(fù)制？ 11.DNA復(fù)制的意義？活動意圖說明：通過科學史資料分析、模型構(gòu)建、閱讀教材、自主學習，讓學生由“學會”變成“會學”，主動構(gòu)建知識體系。
7.板書設(shè)計： 第三節(jié) DNA分子的復(fù)制 一、DNA分子復(fù)制的方式：半保留復(fù)制 二、DNA復(fù)制的過程：解旋——合成子鏈——螺旋 三、DNA復(fù)制的必需條件：模板、酶、原料、能量 四、DNA復(fù)制的特點：邊解旋邊復(fù)制、半保留復(fù)制 五、DNA復(fù)制的生物學復(fù)制的意義：傳遞遺傳信息
8.作業(yè)設(shè)計 1.探究DNA復(fù)制的方式采用了假說—演繹法，下列說法不正確的是 A．提出假說：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制 B．演繹推理：親代為15N/15N—DNA，密度最大，應(yīng)位于試管底部；子一代為15N/14N—DNA，密度居中，應(yīng)位于試管中部；子二代為15N/14N—DNA和14N/14N—DNA，密度分別居中、最小，應(yīng)位于試管中部和上部 C．實驗結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進行的 D．演繹推理的過程即實驗驗證過程 2.如圖為某真核細胞中DNA復(fù)制過程模式圖，下列分析正確的一項是 A.酶①和酶②均作用于氫鍵 B.該過程的模板鏈是a、d鏈 C.該過程中的c、d鏈結(jié)構(gòu)相同 D.DNA復(fù)制的特點是半保留復(fù)制 3.現(xiàn)有DNA分子的兩條單鏈均只含有14N（表示為14N14N）的大腸桿菌，若將該大腸桿菌在含有15N的培養(yǎng)基中繁殖兩代，再轉(zhuǎn)到含有14N的培養(yǎng)基中繁殖一代，則理論上DNA分子的組成類型和比例分別是 有15N14N和14N14N兩種，其比例為1：3 有15N15N和14N14N兩種，其比例為1：1 有15N15N和14N14N兩種，其比例為3：1 有15N14N和14N14N兩種，其比例為3：1 4.一個用15N標記的DNA分子片段中含有50個堿基對，其中一條鏈中T+A占40%。若將該DNA分子放在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制3次，下列相關(guān)敘述正確的是　 A.該DNA分子的另一條鏈中T+A占60% B.該DNA分子中含有堿基A的數(shù)目為40個 C.該DNA分子第3次復(fù)制時需要消耗120個游離的鳥嘌呤脫氧核苷酸 D.經(jīng)3次復(fù)制后，子代DNA分子中含14N的DNA單鏈占全部DNA單鏈的比例為1/8 5.康貝格(Komberg)曾以噬菌體為引子，用四種脫氧核苷酸為原料，加入適量ATP和DNA聚合酶，在試管中把游離的脫氧核苷酸合成了噬菌體DNA，這種半人工合成的DNA也能夠在寄主(細菌)體內(nèi)繁殖。請據(jù)此回答下列問題： (1)該實驗說明的問題是_________________。 (2)入ATP的目的是________________，說明該過程是____________________________________________。 (3)加入DNA聚合酶的目的是_______________________。 (4)若DNA是在細菌細胞內(nèi)合成，則其場所是____________；若在真菌細胞內(nèi)合成，其場所可能是_____________________________；若在高等植物葉肉細胞內(nèi)合成，其場所又可能是________________。 6.某校一個生物活動小組進行研究性學習，他們借助某大學的實驗設(shè)備，對有關(guān)DNA復(fù)制的方式進行探索，有人認為DNA是全保留復(fù)制，也有人認為DNA是半保留復(fù)制。為了驗證這兩種假設(shè)，他們設(shè)計了下列實驗，請完成實驗并預(yù)測結(jié)果: (1)實驗步驟 第一步:在氮源為14N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA分子 均為14N-DNA;在氮源為15N的培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌，其DNA 分子均為15N-DNA。用某種離心方法分離得到的結(jié)果如右圖所示， 其DNA分別分布在輕帶和重帶上。 第二步:將親代大腸桿菌(15N-DNA)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上繁殖一 代(Ⅰ)，請分析:如果DNA出現(xiàn) _________________ ，則是全保留復(fù)制;如果DNA出現(xiàn) _________________，則是半保留復(fù)制。 第三步:為了進一步驗證第二步的推測結(jié)果，將親代大腸桿菌(15N-DNA)轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基上連續(xù)繁殖兩代(Ⅱ)，請分析:如果DNA出現(xiàn) _________________ ，則是全保留復(fù)制;如果DNA出現(xiàn) _________________ 帶位置，則是半保留復(fù)制。 (2)有人提出:第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶處理后再離心，就能直接判斷DNA的復(fù)制方式，如果輕帶和重帶各占1/2，則一定為半保留復(fù)制。你認為這種說法是否正確_________________ ;原因是_________________。 參考答案： 1.D 2.D 3.D 4.C 5.(1)在一定條件下，DNA具有自我復(fù)制功能
(2)為DNA復(fù)制提供能量　一個耗能過程
(3)促進DNA新鏈的合成
(4)原核細胞的擬核　細胞核、線粒體　細胞核、線粒體、葉綠體 6.(1)一半在輕帶位置，一半在重帶位置 全部位于中帶位置 3/4在輕帶位置，1/4在重帶位置 一半在中帶位置，一半在輕帶位置 不正確 因為不論是全保留復(fù)制，還是半保留復(fù)制，其第一代用解旋酶處理后，都有一半的單鏈含15N，一半的單鏈含14N，離心后都有一半單鏈在重帶上，一半單鏈在輕帶上

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