3.3遗传信息的传递教案

第三章 遗传的分子基础
第三节 遗传信息的传递
孙乐微（乐清二中）
一、教材分析
本节内容是浙科版高中生物必修2第三章第三节。本节内容在联系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。内容包括①DNA半保留复制的实验资料分析；②DNA复制的过程；③DNA复制的特点与条件；④DNA复制的意义。本节内容不仅以DNA的结构为基础，也与有丝分裂、减数分裂、生物的生殖有联系，是遗本节传规律的分子基础。学好这一课时，有利于学生对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识的理解和巩固，对于学生深刻认识遗传的本质是非常重要的。同时它又是学习基因突变和现代生物进化理论的知识基础。
二、学情分析
学生已经学习了有丝分裂、减数分裂，学习和制作了DNA结构，对DNA双螺旋结构已有一定的了解，并了解用放射性元素研究物质的方法。DNA复制属于肉眼看不到的抽象知识，但高中阶段，学生已经具备一定的抽象思维、辨证思维和创造思维的能力，所以在教学中，设置大量的问题情景，提供一定的实验材料，来激发学生的学习兴趣和培养学生通过实验探究解决科学事实的能力。学生虽然学习了有丝分裂、减数分裂，但学生普遍反映对细胞分裂的理解存在困难，其中重要原因是对于染色体的复制理解不透彻。要理解染色体的复制，最重要的是理解DNA的复制，但由于DNA分子复制的过程存在微观、动态、抽象的特点，需要高度的空间想象能力和很强的推理能力，使得学生在学习中有不少难度，需要许多资料、图片、动画等帮助学生理解。
三、教学目标
1．知识目标
①描述DNA复制的概念。
②简述DNA复制的过程，并分析、总结DNA复制过程的特点。
③说出DNA复制在遗传上的意义。
2．能力目标
①尝试模拟DNA的复制过程，大胆想象、猜测，养成自主探索、合作学习、分析问题、解决问题的能力。
②分析半保留复制的验证试验，培养比较、推理、归纳能力。
3．情感目标
通过“探究DNA的复制过程”的资料分析，感悟科学实验中蕴含的理性精神与求真意识、批判精神与创新意识，逐步领悟科学的本质特征。
四、重点难点
1．教学重点：DNA分子复制的条件、过程及特点。
2．教学难点：DNA复制过程，半保留实验的资料分析。
鉴于DNA复制的过程具有微观、动态、连续、抽象的特点，主要采用讨论、探究等教学方法展开教学。结合实验材料组织学生积极主动参与探究过程，创造条件启发学生独立思考。借助动态的图像，化抽象为直观，从而达到深入理解DNA半保留复制的目的。
五、课前准备
①学生准备：白纸、两种颜色的笔等。
②教师准备：多媒体课件等。
六、教学过程
教 学 活 动 设 计 意 图
设疑引入设问1：DNA作为遗传物质，能贮存大量的遗传信息。同学们在学习有丝分裂与减数分裂时，已经了解在每次分裂时，首先要进行DNＡ复制，但大家有没有思考为什么要进行DNA的复制，复制的结果是什么？学生思考讨论：如果不复制，每个新的细胞就只能分到一半的亲本DNA，生物就无法正常发育和繁殖，物种无法延续。教师要引导学生从DNA数量和DNA含有的遗传信息考虑DNA复制的结果。学生讨论得出DNA复制的结果是产生两个与亲代完全相同的DNA分子。教师总结：为了保证遗传信息在传递中保持不变，所有生物都必须进行DNA复制。只有经过复制产生两个与亲代完全相同的DNA分子，才能保证每个细胞在分裂前后遗传信息保持不变。 引导学生讨论DNA复制的必要性，使学生认识本节内容的重要地位。同时认识到DNA复制的结果，有助于得出复制的概念，并对DNA 复制形成初步整体的认识。
提出假设设问2：DNA是如何复制自己，产生两个跟亲代DNA完全相同的DNA分子呢？学生展开想象，分组讨论如何得到两个跟亲代DNA完全相同的DNA分子。教师建议学生画图表示讨论结果。学生讨论得出三种可能方式：①全保留复制：两个DNA 分子中保留一个亲代的DNA，复制出一个完整的、新的DNA分子。（如图1）②半保留复制：每个子代DNA 双链分子中一条链是亲代的，另一条是新合成的。（如图2）③分散复制：子代DNA分子的每一条链一段是新合成的，一段是亲代DNA的。（如图3）（若学生没有提出第3种情况，教师在课堂上不需要加以补充。） 问题使学生产生了强烈的求知欲望，教师此时抓住这一有利时机，引导学生提出紧扣主题的假设，促使学生主动去探索。
引导探索设问3：DNA的复制过程到底通过哪种方式进行？如何设计实验进行探究？教师提示采用元素示踪法，并提供实验材料：含14N的DNA的大肠杆菌若干、含15N的DNA的大肠杆菌若干、含14N的培养基若干、提取DNA的各种试剂和器材、离心机、离心管。分解问题①：含14N的DNA与含15N的DNA如何通过实验区分？学生思考，教师讲解可以根据其密度不同通过密度梯度离心法观察DNA所处的位置。分解问题②：要了解DNA的复制过程，如何对大肠杆菌加以培养？选择含15N的DNA的大肠杆菌培养在含14N的培养基中。分解问题③：大肠杆菌分裂一次，提取其DNA ，预测实验结果如何？分裂二次实验结果又如何？先鼓励学生大胆预测，然后出示实验结果（如右图）分解问题④：根据实验结果推测子一代细胞（第二代）DNA分子的双链组成有什么特点？（文字表述并配以图解说明）分解问题⑤：根据实验结果推测子一代细胞（第二代）DNA分子的双链组成有什么特点？（文字表述并配以图解说明）分解问题⑥：根据推测的DNA分子的双链组成的情况，猜想DNA分子的特点是什么？学生们分析讨论得出子代DNA的双链中，一条来自亲代（N15），一条是新合成的（N14）的结论。师生共同总结：DNA的复制是以亲代DNA分子的每一条链为模板合成两个子代DNA，形成的子代DNA中含有一条母链和一条子链。DNA分子的这种复制方式称为半保留复制。 针对假设，引导学生开展探究性活动。由于该实验较复杂，一般学生设计较困难，所以分解成若干个小问题，引导学生步步深入，逐步接近事实的真相。学生主动参与探究，亲自揭开复制的神秘的面纱，从而激发学生探索和协作的兴趣，培养学生的思维能力。引导学生推测子代DNA分子的双链组成特点，通过文字表述培养学生文字表达能力，通过图解有利于学生认识和理解DNA半保留复制的特点。
动态感知DNA复制的过程引入：DNA的复制的具体过程并不那么简单，它是一个需要许多酶和大分子参与的十分精细的调控过程。播放DNA复制过程视频。（请学生尝试复述DNA的复制过程）师生共同总结DNA复制的主要过程：1.解旋：利用细胞提供的能量，在有关酶的作用下，两条链的配对碱基之间的氢键断开（像拉开拉链一样），碱基暴露出来，形成了两条“模板链”（母链）。2.合成子链：每一条母链按照碱基互补配对原则，吸引含有互补碱基的核苷酸，最后相邻核苷酸的脱氧核糖和磷酸基团间在DNA聚合酶的催化下形成磷酸二酯键，产生一条子链。（结合DNA的结构帮助学生理解磷酸二酯键）3.螺旋化：子链不断延伸并与对应母链盘绕成双螺旋结构，形成各含一条母链和一条子链的2个DNA分子。 利用课件的优越性，反复播放DNA复制的动画，使学生完成由感性到理性的知识过渡达到突出重点、突破难点的目的。请学生尝试复述DNA的复制过程，了解学生认识上的不足之处，同时培养学生的表达能力。
归纳总结设问4：DNA复制过程中需要什么条件？为什么需要这些条件？分解问题①：DNA复制过程中需要什么条件？学生概括总结复制过程，不难得出复制的模板（DNA的每一条链）、原料（脱氧核苷酸）、能量（ATP）、酶（各种酶）。分解问题②：为什么需要这些条件？DNA的每一条链作为模板，使DNA精确复制成为可能；合成新的DNA过程中需要脱氧核苷酸作为原料；DNA在解开双螺旋和合成新的脱氧核苷酸链的过程需要消耗能量和各种酶（例如：解旋酶、DNA聚合酶等）。分解问题③：“当DNA复制时，先是解开双螺旋，但是在生物体内最短的DNA也大约有4000个碱基对,当DNA把所有的碱基对先解开,然后再进行复制,你认为会有什么弊端或会发生什么意外 讨论得出边解旋边复制的特点具有既省时又精确的优点。设问5：如何保证DNA复制结果的精确性？学生讨论总结：DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板，通过碱基互补配对原则保证复制的精确进行。 本程序使学生的分析、概括、总结能力得到了进一步的培养，加深了学生对DNA复制过程的理解。通过讨论认识到边解旋边复制的优点。进一步深入理解复制的过程与特点，为阐明DNA复制的意义打下基础。
认识DNA复制的意义：DNA复制是遗传信息从亲代向子代传递的基础。生殖细胞在形成过程中也要进行DNA的复制，使亲代的遗传信息传递给子代，从而保持了前后代遗传信息的连续性。 DNA通过复制，从而实现遗传信息的传递这一功能。
课后小结利用表格引导学生概括总结DNA复制时 间场 所条 件原 则结 果特 点 利用多媒体课件，引导学生概括、总结本节课的知识要点，巩固基础知识，培养学生概括、总结的基本学习方法。
七、板书设计
第三节 遗传信息的传递――DNA的复制
1．概念：
2．时间：有丝分裂的间期 、减数第一次分裂前的间期
3．场所：主要在细胞核
4．条件：模板、酶、原料、能量等。
5．特点：半保留复制、边解旋边复制。
6．意义：传递遗传信息
八、作业设计