高中生物学“DNA分子的复制过程”的教学设计

周红梅

摘 要：以DNA分子的复制过程为例，根据《普通高中生物学课程标准（2017版）》，结合2019年人教版高中生物必修二进行教学设计，落实核心素养的培养。

关键词：核心素养，DNA分子的复制，教学设计，新教材

一、教材分析

DNA分子复制的过程为人教版高中生物必修2第3章第3节的内容之一，该部分内容相对比较抽象和复杂，它与细胞的有丝分裂、减数分裂以及基因突变等内容有着密切的联系，因此从知识体系上来看占有非常重要的地位。

二、教学目标

生命观念：根据DNA分子复制的场所、时间、条件、特点、过程、意义的相关知识，能够概述DNA分子结构对DNA分子复制的意义。

科学思维：通过相关的资料分析，能够归纳与概括出DNA分子复制的条件、特点并发展分析和处理信息的能力。

社会责任：能够举例说出DNA分子复制的实际应用。

三、教学重难点

DNA分子复制的过程。

四、教学策略

（1）引导学生回忆旧知，充分发挥学生主体作用从而总结出DNA分子复制的场所、时间。

（2）展示相关资料，让学生以小组为单位进行分析，归纳总结出DNA分子复制的条件、特点。

（3）播放相关动画，学生观看后结合已有知识尝试说出DNA分子复制的过程，逐步深入掌握复制过程。

五、教学过程

1.新课导入

教师行为：请学生回忆所学知识回答如下两个问题：真核细胞中DNA分布在哪里？之前学习内容中哪些涉及到DNA分子的复制？什么时候完成DNA的复制？

学生行为：回忆所学知识，回答教师提问。

设计意图：回顾旧知，建立联系。

2.探究新知

探究一、DNA复制的场所和时间

教师行为：根据回答，我们能够总结出DNA分子复制的场所和时间。

DNA复制的场所：细胞核（主要）、线粒体和叶绿体。

DNA复制的时间：有丝分裂间期、减数分裂间期。

探究二、DNA分子复制的条件

【展示资料，小组合作学习】

教师行为：教师展示资料一，以小组为单位分析DNA分子复制所需的条件。

资料一：1956年Kornberg将从大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四种丰富的脱氧核苷酸和适量Mg+的人工合成体系中，四种脱氧核苷酸不能聚合成脱氧核糖核酸链，即没有发生DNA的合成。当加入了少量DNA引子和ATP能量原料，经保温孵育后，测定其中DNA含量。发现其中DNA含量增加了，井且DNA的（A+T）：（C+G）的比值与所加入的单链DNA引子相同。

对学生回答进行评价。

总结DNA分子复制的条件。 模板：亲代DNA的两条母链。原料：4种游离的脱氧核苷酸。能量：ATP。酶：DNA聚合酶、解旋酶。

学生行为：合作学习分析资料，小组代表汇报小组讨论结果。其他同学认真倾听并通过比较对自己组的结果进行反思。

探究三、DNA分子复制的特点

【展示资料，分析总结】

教师行为：教师展示资料二和资料三，分析DNA分子复制的特点。

资料三：

女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子達36000μm，DNA复制速度约为4μum/min，请计算出复制所需时间？实际复制过程仅需40min左右。

对学生回答进行评价。总结DNA分子复制的特点：边解旋边复制、多起点复制和半保留复制。

设计意图：合作学习，培养科学思维

培养学生分析、归纳与概括的科学思维，此过程也可培养学生团结合作意识以及语言表达能力。

探究四、DNA分子复制的过程

教师行为：播放DNA分子复制的动画，请学生观看后自行总结出DNA分子复制的过程。

对回答问题的学生进行提问：①解旋的目的是什么？②解旋需要什么物质？③回忆一下之前所学习的DNA分子的结构，解旋酶应该作用在哪里才能使螺旋解开？（若学生回答不出可提示：两条链之间是通过什么化学键链接？）④游离的脱氧核苷酸链接到模板上遵循什么原则？⑤这个过程需要酶吗？⑥DNA链接酶作用在哪里？

这几个问题回答完毕后请该同学坐下。继续向全班同学提问：同学们认为子链合成方向是怎样的？

补充讲解：DNA分子复制的微观过程。

DNA子链合成方向是5’到3’，通过之前的学习大家都知道DNA分子的两条链是反向平行，左边这链从下往上是5’端到3’端，那右边这条链是怎样的？

现在我们以左边这条链为模板合成子链。这条子链从上到下应该是哪一端到哪一端？以右边这条链为模板合成子链从上到下又应该是？

之前我们补充说DNA子链的合成方向是5’到3’，那这两条链的合成方向就是相反的。现在假设这个DNA分子是从下往上解旋的，左边这条子链是不是就可以按照从5’到3’的方向一直合成下去？这条连续复制的子链它叫做前导链。右边这条子链是不是要等DNA分子完全解开后才从上往下按5’到3’的方向合成？

这样合成就太慢了没有效率。那应该是怎样合成的？

其实当DNA分子解开一段以后会出现RNA引物，RNA引物这一端就是5’端，从这个位置开始往3’端复制出一端DNA片段，这个DNA片段叫做冈岐片段，这条子链就这样一段一段的不连续复制，而RNA引物会被特定的酶敲除，然后会有别的酶出现把这些DNA片段链接成完整的子链。这条间断复制的子链它叫做后随链。

播放DNA分子复制的微观视频。

总结：现在视频看完了，刚才老师补充这些是我们没有要求掌握的属于大学知识范围，同学们感兴趣可以自行查阅资料来找老师讨论，或大学选相关专业进行深入的学习。

我们来一起总结一下DNA分子复制的过程。第一步：解旋提供准确模板（解旋酶）;第二步：合成互补子链（5’到3’，DNA聚合酶，碱基互补配对原则）;第三步：子母链结合盘绕为新的DNA分子。

学生行为：认真观看动画，总结复制过程。认真听讲，跟随教师思路。

设计意图：回顾结构，体会结构与功能观。

学生对结构与功能观有更加深刻的体会。结合教师讲解明确DNA分子复制的微观过程。

3.课堂小结：自主总结知识表格。教师引导学生自主将本节课知识总结为表格，回顾本节课知识点。

设计意图：表格整理，回顾知识。

4.板书设计：DNA分子的复制过程：（1）复制的场所;（2）复制的时间;（3）复制的条件;（4）复制的特点;（5）复制的过程。