人教版高中生物必修2第三章《3.3DNA的复制》教学设计（公开课教案及作业设计）（表格版）

人教版高中生物必修2第三章《3.3DNA的复制》教学设计
课题 3.3—DNA的复制
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他
课程标准 概念3 遗传信息控制生物性状，并代代相传 3.1 亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上 3.1.3概述DNA分子通过半保留方式进行复制
教学内容 DNA分子的结构和复制是遗传学的基本理论。这一课时，在联系DNA结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的功能。学好这一课时，有利于学生对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识得理解和巩固，对于学生深刻认识遗传的本质是非常重要的。“DNA的复制”又是后面变异部分的基础，学好这一课时，有利于学生对基因突变、基因重组、生物进化等内容的理解和掌握。DNA的复制方式的发现虽然是选学内容，但是对学生的学会科学的探究，科学的思考有很大的帮助，有助于学生分析问题，解决问题能力的提高，所以把它作为探究的重点之一，但在知识层面上不作为重点。
学情分析 学生从能力方面分析，他们有一定的观察推理能力，能够掌握基本的思维方法，逻辑思维、创造思维有了较大的发展，认知能力也在不断完善。从知识准备情况看，学生已经具有了DNA双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本知识。在此基础上，本课将要从分子水平来探讨生命的本质，由于这一课时内容具有较深的抽象性，属于肉眼看不到的抽象知识，学生们会感到困难，因此在教学中，除了通过启发式教学，设置问题情境看教学动画以外，还引导学生自主、探索、合作学习，来激发学生的学习兴趣和进一步培养他们探究、合作能力。
学习目标 （1）推测DNA分子复制的可能方式并设计实验加以验证，形成提出问题、分析问题和解决问题的科学探究能力； （2）通过视频观看、科学史资料分析和绘制模式图说出DNA复制的时间、场所，概述DNA复制所需条件、复制过程、特点及意义培养学生归纳、概括以及用生物学语言阐述生命现象的科学思维。
评价任务 教师采用假说—演绎法引导学生推测DNA的复制方式，并设计实验结合教材实验加以验证得出。通过让学生分析科学史资料及观看DNA复制视频和分析教材DNA复制的内容归纳总结DNA复制的相关知识点。通过学生的回答、生生互评、师生评价等方式及时反馈学生的深入理解情况，最后通过DNA复制的客观题分析评价学生的应用水平。
学习活动（任务） 课前自学：学习资源：教材52-54页 二、任务清单： （一）任务1: 阅读教材54页，完善以下内容： 概念：DNA的复制是指以 为模板合成 的过程。 时间：DNA复制的过程是在 和 ，随着 的复制而完成的。 过程：复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的 ，在 酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，这个过程叫做 。然后，以解开的每一段 为模板，在 等酶的作用下，以细胞中游离的4种 为原料，按照 原则，各自合成与母链互补的一段 。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断的 。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成 结构。 结果：复制结束后，一个DNA分子就形成了 个 的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过 分配到子细胞中去。 特点：DNA分子的复制是一个 的过程，复制需要 、 、 和 等基本条件。DNA分 ，为复制提供了精确的模板，通过 ，保证了复制能够准确地进行。 6.意义：DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了 。 （二）任务2: 仔细阅读教材P52-53，完成以下填空与思考： 沃森和克里克提出了DNA自我复制方式的一种假说： 。假说内容：①解旋：DNA复制时，DNA双螺旋解开，互补碱基之间的 断裂。②复制：解开的 作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据 原则，通过形成氢键，结合到作为模板的单链上。③结果：新合成的每个DNA中，都保留了原来DNA中的 ，因此，这种复制方式称为半保留复制。 有关“DNA半保留复制的实验”的思考： DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA？ 实验的基本思路是什么？ 实验是如何区分亲代和子代DNA分子的？ 怎样把不一样的DNA分开呢？ 实验原理：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，两种同位素的相对分子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度 ，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 实验过程： ①用含 的培养液培养大肠杆菌若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。 ②将大肠杆菌转移到含有 的普通培养液中。 ③在 收集大肠杆菌并提取DNA。 ④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的 。 实验结果 ①亲代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了 条DNA带。位置在试管 。 ②第一代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了 条DNA带。位置在试管 。 ③第二代大肠杆菌的DNA经离心处理，试管中出现了 条DNA带。一条在试管 ，一条在试管更靠上部。 实验结论：DNA的复制是以 的方式进行的。 实验方法： 三、存在的问题 课堂探究： 学生活动教师活动环节一：情境激趣——观看视频《DNA—破案新利器》一滴血液、唾液含少量DNA，要获取大量DNA怎么办？ 列宁：神奇的预言是神话，科学的预言却是事实。魏斯曼预言了减数分裂的存在；萨顿提出了基因在染色体上的假说…，你能从DNA分子的双螺旋结构，设想出DNA复制的方式吗？学生活动1 假设DNA复制的方式是： ‖（亲代） ‖（亲代） （子代） （子代） （子代） （子代） 全保留复制方式 半保留复制方式 学生小组讨论，推测，画并展示图示；有的学生还有可能提出第三种复制方式：弥散复制教师活动1 一个DNA复制后将形成2个DNA、4条单链（两条母链，两条子链），4条单链将如何形成2个DNA呢？提供两种颜色的电线4根或两种颜色的橡皮泥。（1种颜色代表母链，另一种颜色代表子链）。要求：小组探讨、合作展示DNA可能的复制方式，并画图表示。活动意图说明：创设真实情景，导入新课，激发学生的科学探究欲望并体会假说—演绎法的科学探究过程。根据假说—演绎法的环节先提出问题、做出假说。环节二：设计实验进行假说的验证——演绎推理+实验验证学生活动2 学生对教师提出的问题一一讨论剖析： 采用同位素标记法和密度梯度离心法 2.实验原理：15N和14N是N元素的两种稳定同位素，两种同位素的相对分子质量不同，含15N的DNA比含14N的DNA密度大，因此，利用离心技术可以在试管中区分含有不同N元素的DNA。 3实验过程： ①用含15NH4Cl的培养液培养大肠杆菌若干代，这时，大肠杆菌的DNA几乎都是15N标记的。 ②将大肠杆菌转移到含有14NH4Cl的普通培养液中。 ③在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA。 ④将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。 4.然后在纸上画出不同复制方式的亲代、第一代和第二代的DNA链。（用红笔画出被15N标记的DNA链，用黑笔画出含14N的DNA链）并推测经密度梯度离心后，亲代、子一代、第二代DNA在试管中的位置。 演绎推理后，结合教材实验进行验证。学生根据课本的实验结果标出密度梯度离心后，亲代、第一代、第二代DNA在试管中的位置，然后比较实验结果和假说是否一致，最后进而确定DNA复制的方式并得出结论DNA复制的方式为半保留复制。 5.完成[学以致用1] 教师活动2（引导学生思考下列问题，然后进行演绎推理） 1.有关“DNA半保留复制的实验”的思考： ①DNA是肉眼看不见的，如何才能分辨DNA？ ②实验的基本思路是什么？ ③实验是如何区分亲代和子代DNA分子的？ ④怎样把不一样的DNA分开呢？ 该实验的原理？ 该实验的过程？ 对实验假设进行演绎推理？ 对比实验结果，比较得出DNA的复制方式属于哪一种？ 完成[学以致用1] 活动意图说明：继续让学生体验完整的科学探究的过程，并基于生物学事实和证据运用演绎与推理探究生命现象及规律。环节三：分析科学史资料，观看视频，结合模式图探究归纳整理DNA复制的时间、场所、条件、特点等学生的活动3 （一）学生依次分析科学史资料明确知道DNA复制需要模板DNA，需要ATP供能，需要脱氧核苷酸提供原料，知道DNA复制的时间主要在间期，需要DNA聚合酶等酶，并且推测DNA不是解旋完才复制，可能是边解旋边复制，并推测DNA准确复制的原因； （二）学生观看DNA复制的视频并结合教材P54图3-13并阅读旁边的内容完成DNA复制相关知识的归纳； ①解旋； ②以母链为模版进行碱基配对； ③形成新的DNA分子 解旋酶、ATP，解旋酶作用的是碱基之间的氢键 模版、DNA聚合酶、4种游离的脱氧核苷酸 4.包括母链中的一条链和新合成的一条链 5.指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。 学生完成1—4的分析后：归纳6—11的问题： 6.细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间期。 7.模版：DNA两条单链 原料：游离的4种脱氧核苷酸 能量：ATP 酶：解旋酶、DNA聚合酶等 8.①DNA分子是边解旋边复制的，是一种半保留式复制，即在子代双链中，有一条是亲代原有的链，另一条（子链）则是新合成的。 ②DNA复制严格遵守碱基互补配对原则准确复制。从而保证了子代和亲代具有相同的遗传性状。 9.一条DNA分子变成两条完全相同的DNA分子 10.①DNA具有独特的双螺旋结构，能为复制提供模板；②碱基具有互补配对的能力，能够使复制准确无误。 11.学生在纸上根据DNA复制的知识画一个已知碱基排列顺序的DNA的复制结果，知道DNA复制的意义，是将亲代遗传信息传递给下一代。 最后完成[学以致用2] 和[学以致用3]教师的活动3（提供科学史资料、DNA复制视频和图示） （一）思考下列问题并观看DNA复制的视频结合教材P54图3-13，归纳总结DNA复制的相关知识点并完成表格填空： 资料一： 步骤1：1956年，美国生物化学家康贝格在试管中，将大肠杆菌中提取出的解旋酶、DNA聚合酶等酶加入到具有四种丰富的脱氧核苷酸的人工合成体系中。结果：不能合成DNA分子 步骤2：康贝格在上述试管中加入了少量DNA分子作为引子，并加入ATP，培养在适宜温度条件下，一段时间后，测定其中DNA的含量。结果：试管中的DNA的含量增加。 资料一说明什么问题呢？ 资料二:生化分析得知，间期细胞中脱氧核苷酸含量开始时很低，不久急剧增加，以后又逐渐降低到初始水平。随着脱氧核苷酸含量的动态变化，DNA聚合酶的活性显著增高。这说明什么问题？ 资料三:将变形虫放在有标记过的脱氧核苷酸培养液中，一段时间后，一段时间后，在细胞核中首先发现有标记的DNA分子。这说明什么问题？ 资料四:女性子宫肌瘤细胞中最长的DNA分子达36mm，DNA复制速度约为4μm/min，但复制过程仅需40min左右即完成。试分析其可能的原因。 资料五:研究表明，DNA的复制总能准确无误地进行，其复制过程中出错的概率仅为1/20000。你认为DNA能够准确复制最关键的因素是什么？ （二）观看视频分析图示教材内容回答1.DNA复制的过程基本包括几个步骤？ 2.解旋的过程需要哪些条件？ 3.合成“子链”需要哪些条件？ 4.形成的子代DNA组成是怎样的？ 5.什么是DNA的复制？ 6.DNA复制的时间？ 7.DNA复制需要哪些基本条件？ 8.DNA复制的特点？ 9.DNA复制的结果？ 10.DNA为什么能准确无误的复制？ 11.DNA复制的意义？活动意图说明：通过科学史资料分析、模型构建、阅读教材、自主学习，让学生由“学会”变成“会学”，主动构建知识体系。
7.板书设计： 第三节 DNA分子的复制 一、DNA分子复制的方式：半保留复制 二、DNA复制的过程：解旋——合成子链——螺旋 三、DNA复制的必需条件：模板、酶、原料、能量 四、DNA复制的特点：边解旋边复制、半保留复制 五、DNA复制的生物学复制的意义：传递遗传信息
8.作业设计 1.探究DNA复制的方式采用了假说—演绎法，下列说法不正确的是 A．提出假说：DNA复制是半保留复制 B．演绎推理：亲代为15N/15N—DNA，密度最大，应位于试管底部；子一代为15N/14N—DNA，密度居中，应位于试管中部；子二代为15N/14N—DNA和14N/14N—DNA，密度分别居中、最小，应位于试管中部和上部 C．实验结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的 D．演绎推理的过程即实验验证过程 2.如图为某真核细胞中DNA复制过程模式图，下列分析正确的一项是 A.酶①和酶②均作用于氢键 B.该过程的模板链是a、d链 C.该过程中的c、d链结构相同 D.DNA复制的特点是半保留复制 3.现有DNA分子的两条单链均只含有14N（表示为14N14N）的大肠杆菌，若将该大肠杆菌在含有15N的培养基中繁殖两代，再转到含有14N的培养基中繁殖一代，则理论上DNA分子的组成类型和比例分别是 有15N14N和14N14N两种，其比例为1：3 有15N15N和14N14N两种，其比例为1：1 有15N15N和14N14N两种，其比例为3：1 有15N14N和14N14N两种，其比例为3：1 4.一个用15N标记的DNA分子片段中含有50个碱基对，其中一条链中T+A占40%。若将该DNA分子放在含14N的培养基中连续复制3次，下列相关叙述正确的是　 A.该DNA分子的另一条链中T+A占60% B.该DNA分子中含有碱基A的数目为40个 C.该DNA分子第3次复制时需要消耗120个游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸 D.经3次复制后，子代DNA分子中含14N的DNA单链占全部DNA单链的比例为1/8 5.康贝格(Komberg)曾以噬菌体为引子，用四种脱氧核苷酸为原料，加入适量ATP和DNA聚合酶，在试管中把游离的脱氧核苷酸合成了噬菌体DNA，这种半人工合成的DNA也能够在寄主(细菌)体内繁殖。请据此回答下列问题： (1)该实验说明的问题是_________________。 (2)入ATP的目的是________________，说明该过程是____________________________________________。 (3)加入DNA聚合酶的目的是_______________________。 (4)若DNA是在细菌细胞内合成，则其场所是____________；若在真菌细胞内合成，其场所可能是_____________________________；若在高等植物叶肉细胞内合成，其场所又可能是________________。 6.某校一个生物活动小组进行研究性学习，他们借助某大学的实验设备，对有关DNA复制的方式进行探索，有人认为DNA是全保留复制，也有人认为DNA是半保留复制。为了验证这两种假设，他们设计了下列实验，请完成实验并预测结果: (1)实验步骤 第一步:在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子 均为14N-DNA;在氮源为15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA 分子均为15N-DNA。用某种离心方法分离得到的结果如右图所示， 其DNA分别分布在轻带和重带上。 第二步:将亲代大肠杆菌(15N-DNA)转移到含14N的培养基上繁殖一 代(Ⅰ)，请分析:如果DNA出现 _________________ ，则是全保留复制;如果DNA出现 _________________，则是半保留复制。 第三步:为了进一步验证第二步的推测结果，将亲代大肠杆菌(15N-DNA)转移到含14N的培养基上连续繁殖两代(Ⅱ)，请分析:如果DNA出现 _________________ ，则是全保留复制;如果DNA出现 _________________ 带位置，则是半保留复制。 (2)有人提出:第一代(Ⅰ)的DNA用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式，如果轻带和重带各占1/2，则一定为半保留复制。你认为这种说法是否正确_________________ ;原因是_________________。 参考答案： 1.D 2.D 3.D 4.C 5.(1)在一定条件下，DNA具有自我复制功能
(2)为DNA复制提供能量　一个耗能过程
(3)促进DNA新链的合成
(4)原核细胞的拟核　细胞核、线粒体　细胞核、线粒体、叶绿体 6.(1)一半在轻带位置，一半在重带位置 全部位于中带位置 3/4在轻带位置，1/4在重带位置 一半在中带位置，一半在轻带位置 不正确 因为不论是全保留复制，还是半保留复制，其第一代用解旋酶处理后，都有一半的单链含15N，一半的单链含14N，离心后都有一半单链在重带上，一半单链在轻带上