《3.3DNA的復(fù)制》教學(xué)設(shè)計(jì)新課標(biāo)和教材分析：課標(biāo)分析：【內(nèi)容要求】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(jìn)行復(fù)制。【教學(xué)提示】在本模塊的教學(xué)中，教師應(yīng)創(chuàng)造條件讓學(xué)生參與調(diào)查、觀察、實(shí)驗(yàn)和制作等活動，引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)和提出問題，學(xué)習(xí)有關(guān)概念、原理、規(guī)律和模型，應(yīng)用有關(guān)知識分析和解決實(shí)踐中的問題，體驗(yàn)科學(xué)家探索生物生殖、遺傳和進(jìn)化奧秘的過程。基于近年來基因組研究的進(jìn)展，教師可介紹通過生物信息學(xué)方法獲得篩查遺傳病的技術(shù)?！緦W(xué)業(yè)要求】結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，闡明DNA分子作為遺傳物質(zhì)所具有的特征，以及通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程傳遞和表達(dá)遺傳信息(生命觀念、科學(xué)思維)。教材分析：基因的本質(zhì)和作用，是關(guān)乎所有生物遺傳信息的傳遞和表達(dá)的根本問題，教材第1章介紹了孟德爾遺傳規(guī)律，并在第2節(jié)解釋了孟德爾所說的遺傳因子就是基因;第2章向?qū)W生解釋了基因在染色體上，那么基因到底是什么?這個問題既是科學(xué)家接下來要探索的謎題，也是學(xué)生學(xué)習(xí)前兩章后產(chǎn)生的疑問。因此，本章既承接前兩章，也是后三章《基因的表達(dá)》《基因突變及其他變異》《生物的進(jìn)化》的基礎(chǔ)，起到承上啟下的作用。本章由四節(jié)組成，第1節(jié)《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》介紹了科學(xué)家證明DNA是遺傳物質(zhì)的三個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，每個實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思維及實(shí)驗(yàn)之間緊密的邏輯關(guān)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。在介紹DNA是遺傳物質(zhì)之后，第2節(jié)講述了沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的故事，并介紹了DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。學(xué)生從中可以得到多方面的啟示。例如，對結(jié)構(gòu)與功能觀的理解，對科學(xué)思維方法、探索求真的科學(xué)精神、多學(xué)科交叉對科學(xué)研究的意義的領(lǐng)悟，等等。接下來，從DNA的結(jié)構(gòu)出發(fā)，教材引導(dǎo)學(xué)生探究DNA的復(fù)制方式，按照結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，這樣安排是順理成章的，而且這一節(jié)的活動引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用假說一演繹法探究DNA的復(fù)制方式，可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)這種科學(xué)方法;同時，對半保留復(fù)制方式的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生理解遺信息穩(wěn)定傳遞的意義，進(jìn)而建立相應(yīng)的生命觀念。3、學(xué)情分析：性格特點(diǎn)：高一學(xué)生充滿好奇心與新鮮感，對未知的事物充滿探索欲。學(xué)習(xí)能力：具備了一定的閱讀觀察能力，歸納總結(jié)能力，邏輯思維能力，能夠通過分析實(shí)驗(yàn)過程的出DNA復(fù)制的機(jī)制和特點(diǎn)。3、認(rèn)知水平：已經(jīng)具備一定生物學(xué)素養(yǎng)，通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道DNA的結(jié)構(gòu)，也已經(jīng)了解演說演繹法的流程，備了基本的分析能力。三、教學(xué)目標(biāo)：1、模型建構(gòu)的方式模擬DNA復(fù)制過程，分析DNA得以精確復(fù)制的原因及意義。（生命觀念）2、沿著科學(xué)家探索DNA復(fù)制方式的思路，通過假說演繹法，結(jié)合經(jīng)典實(shí)驗(yàn)與科學(xué)史材料，認(rèn)同DNA半保留復(fù)制的方式。（科學(xué)思維）3、了解DNA打印技術(shù)并認(rèn)識合理應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的重要性，提倡世界和平，形成社會責(zé)任。（社會責(zé)任）四、教學(xué)重難點(diǎn)：1、教學(xué)重點(diǎn)(1)運(yùn)用假說一演繹法探究DNA的復(fù)制方式。(2)DNA復(fù)制的條件、過程和特點(diǎn)。2.教學(xué)難點(diǎn)(1)運(yùn)用假說一演繹法探究DNA的復(fù)制方式。(2)DNA復(fù)制的過程。五、課前準(zhǔn)備：查資料了解DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)、穩(wěn)定性同位素。六、教學(xué)過程：教學(xué)環(huán)節(jié)教師行為學(xué)生行為設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入【問題探討】DNA復(fù)制的機(jī)制是什么?播放視頻總結(jié)并導(dǎo)入：觀看DNA打印技術(shù)的介紹和應(yīng)用，提出問題DNA復(fù)制的機(jī)制是什么?觀看視頻認(rèn)真聽講解通過觀看視頻，了解DNA打印技術(shù)的原理和應(yīng)用前景，提出問題：DNA復(fù)制的機(jī)制是什么呢？據(jù)此引發(fā)學(xué)生思考，導(dǎo)入本節(jié)課，激發(fā)學(xué)生興趣一、對DNA復(fù)制的推測講解：假說演繹法的流程：提出問題：DNA是如何復(fù)制的?作出假說：推測可能的復(fù)制方式：半保留復(fù)制、全保留復(fù)制、彌散型復(fù)制。演繹推理：推理、探究幾種復(fù)制模式下得到子代DNA的可能情況，預(yù)測可能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)。得出結(jié)論：DNA復(fù)制是半保留復(fù)制?！咎岢鰡栴}】DNA復(fù)制的機(jī)制是什么？科學(xué)家利用假說演繹法進(jìn)行了探討?！咎岢黾僬f】沃森和克里克提出DNA半保留復(fù)制的機(jī)制，同時還有其他觀點(diǎn)：認(rèn)為DNA復(fù)制還可能是全保留復(fù)制或者是彌散性復(fù)制。如圖：半保留復(fù)制：彌散性復(fù)制全保留復(fù)制關(guān)鍵思路：通過實(shí)驗(yàn)區(qū)分親代和子代的DNA。同位素標(biāo)記法（15N無放射性）、密度梯度離心法。背景知識：1958年美國生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾。15N和14N是N元素的兩種穩(wěn)定的同位素，這兩種同位素的相對原子質(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。高密度介質(zhì)氯化銫經(jīng)高速離心后，氯化銫會形成一個密度梯度。當(dāng)加入DNA分子后，經(jīng)過離心，DNA會停留在與周圍的氯化銫密度相同的位置，通過觀察DNA在氯化銫梯度中的位置就能區(qū)分含15N的DNA和含14N的DNA?！狙堇[推理】問題1：思考不同的復(fù)制方式最大的差異是什么？問題2：用什么技術(shù)方法區(qū)分母鏈和子鏈？問題3：如何檢測這種差異？小組活動：以“”代表15N組成的脫氧核苷酸鏈，以“”代表14N組成的脫氧核苷酸鏈，請分別根據(jù)以上前兩個假說畫圖演繹一個DNA分子經(jīng)過2次復(fù)制得到子二代的情況。并標(biāo)注離心后DNA條帶的位置。半保留的演繹推理圖：全保留的演繹推理圖：互動回答問題認(rèn)真聽講解互動回答問題認(rèn)真聽講解認(rèn)真聽講解認(rèn)真聽講解互動回答問題認(rèn)真聽講解互動回答問題小組成員互相合作完成演繹過程的推理。通過層層設(shè)問和與學(xué)生的互動，引導(dǎo)學(xué)生提出問題DNA復(fù)制的機(jī)制是什么?激發(fā)學(xué)生探究DNA復(fù)制機(jī)制的興趣。二、DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】實(shí)驗(yàn)材料：大腸桿菌，20分鐘繁殖一次。實(shí)驗(yàn)過程：在15N培養(yǎng)液中培養(yǎng)大腸桿菌若干代，得到被15N標(biāo)記的大腸桿菌，取樣提取DNA并離心，然后轉(zhuǎn)移到14N培養(yǎng)液中培養(yǎng)一代，取樣提取DNA并離心，然后再轉(zhuǎn)移到14N培養(yǎng)液中培養(yǎng)一代，取樣提取DNA并離心，比較散次離心的結(jié)果，如果結(jié)果是重帶、重帶、輕代和中帶，那么為半保留復(fù)制。【隨堂練習(xí)】細(xì)菌在含15N的培養(yǎng)基中繁殖數(shù)代后，使細(xì)菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，提取其子代的DNA進(jìn)行梯度離心，下圖①～⑤為可能的結(jié)果，下列敘述錯誤的是()A.第一次分裂的子代DNA應(yīng)為②B.第二次分裂的子代DNA應(yīng)為①C.第三次分裂的子代DNA應(yīng)為③D.親代的DNA應(yīng)為④【得出結(jié)論】DNA的復(fù)制符合半保留復(fù)制?！具^度】那么DNA的復(fù)制過程是怎么進(jìn)行的呢？認(rèn)真聽講解根據(jù)題目要求獨(dú)立完成題目思考并回答問題通過講解，認(rèn)識大腸桿菌，理解用大腸桿菌做本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。通過講解，理解在15N培養(yǎng)液中培養(yǎng)大腸桿菌若干代，得到被15N標(biāo)記的大腸桿菌。通過任務(wù)活動提升學(xué)生的思考能力，加強(qiáng)對半保留復(fù)制的理解。通過小結(jié)明晰半保留復(fù)制是科學(xué)的。三、DNA復(fù)制的過程視頻講解：1、請仔細(xì)觀看DNA復(fù)制過程。2、結(jié)合視頻和圖片說出DNA復(fù)制的概念、場所、時間、條件、結(jié)果。尤其注意子鏈延伸的方向。3、說出DNA準(zhǔn)確復(fù)制的原因和意義。4、總結(jié)DNA復(fù)制的特點(diǎn)。【拓展內(nèi)容】女性子宮肌瘤細(xì)胞中最長的DNA分子達(dá)36mm，DNA復(fù)制速度約為4μm/min(1mm=1000μm)，但復(fù)制過程僅需40min左右即完成。據(jù)上面資料推測DNA復(fù)制可能具有什么特點(diǎn)?講解：結(jié)合圖片，認(rèn)識岡崎片段后隨鏈與前導(dǎo)鏈，進(jìn)一步認(rèn)識子鏈延伸的方向?！倦S堂練習(xí)】真核生物的DNA分子中有多個復(fù)制起始位點(diǎn),可以大大提高DNA復(fù)制速率。中科院李國紅團(tuán)隊(duì)通過研究揭示了一種精細(xì)的DNA復(fù)制起始位點(diǎn)的識別調(diào)控機(jī)制,該成果入選2020年中國科學(xué)十大進(jìn)展。下列敘述錯誤的是A.DNA復(fù)制起始位點(diǎn)是解旋酶與DNA的初始結(jié)合位點(diǎn)B.DNA的兩條鏈在復(fù)制起始位點(diǎn)解旋后都可以作為復(fù)制模板C.可將外源的尿嘧啶類似物摻入新合成的DNA鏈中來鑒定復(fù)制起始位點(diǎn)D.DNA復(fù)制時可能是從復(fù)制起始位點(diǎn)開始同時向兩個方向進(jìn)行觀看視頻，從整體上認(rèn)識了解DNA的復(fù)制過程。思考并回答問題認(rèn)真看圖，準(zhǔn)確指認(rèn)。閱讀資料和圖片信息，進(jìn)一步認(rèn)識DNA復(fù)制過程的其他特點(diǎn)。根據(jù)題目要求獨(dú)立完成題目觀看視頻，根據(jù)問題引導(dǎo)加深對DNA復(fù)制過程的理解。四、DNA半保留復(fù)制的計(jì)算任務(wù)布置1：親代DNA分子復(fù)制n代，子代DNA分子數(shù)為______個：含有親代鏈的DNA為___個；不含親代鏈的DNA為_______個；含子代鏈的DNA為_____個；子代脫氧核苷酸鏈數(shù)為_______條：親代脫氧核苷酸鏈數(shù)為___條。新合成的脫氧核苷酸鏈為＿條親代DNA分子中含某種脫氧核苷酸（或含氮堿基）a個，那么：①親代DNA分子經(jīng)n次復(fù)制后，共需游離的該脫氧核苷酸數(shù)為：②親代DNA分子第n次復(fù)制，需游離的該脫氧核苷酸數(shù)為：【隨堂練習(xí)】如圖為某DNA分子片段，假設(shè)該DNA分子中有5000對堿基，A＋T占堿基總數(shù)的34%，若該DNA分子在含14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制2次，下列敘述正確的是A.復(fù)制時作用于③處的酶為DNA聚合酶B.DNA分子復(fù)制2次需游離的胞嘧啶脫氧核苷酸9900個C.④處指的是腺嘌呤核糖核苷酸D.子代中含15N的DNA分子占1/2小組合作，首先完成DNA半保留復(fù)制的過程，嘗試寫出，寫到子三代，然后從中總結(jié)規(guī)律，回答問題。根據(jù)題目要求獨(dú)立完成題目通過觀察寫出來的DNA半保留復(fù)制得到的DNA的親子代中的雙鏈，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則歸納總結(jié)計(jì)算方法。回顧總結(jié)跟著一起回顧總結(jié)本節(jié)所學(xué)知識通過小結(jié)，形成知識框架，構(gòu)建知識體系，鞏固本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容課堂升華結(jié)合播放的視頻：呼吁合理應(yīng)用打印DNA技術(shù)，杜絕生化武器，倡導(dǎo)世界和平，形成社會責(zé)任。觀看視頻形成社會責(zé)任真題演練（2023年高考山東卷5）將一個雙鏈DNA分子的一端固定于載玻片上，置于含有熒光標(biāo)記的脫氧核苷酸的體系中進(jìn)行復(fù)制。甲、乙和丙分別為復(fù)制過程中3個時間點(diǎn)的圖像，①和②表示新合成的單鏈，①的5'端指向解旋方向，丙為復(fù)制結(jié)束時的圖像。該DNA復(fù)制過程中可觀察到單鏈延伸暫停現(xiàn)象，但延伸進(jìn)行時2條鏈延伸速率相等。已知復(fù)制過程中嚴(yán)格遵守堿基互補(bǔ)配對原則，下列說法錯誤的是（）A.據(jù)圖分析，①和②延伸時均存在暫停現(xiàn)象B甲時①中A、T之和與②中A、T之和可能相等C.丙時①中A、T之和與②中A、T之和一定相等D.②延伸方向?yàn)?'端至3'端，其模板鏈3'端指向解旋方向【答案】D【解析】A、據(jù)圖分析，圖甲時新合成的單鏈①比②短，圖乙時①比②長，因此可以說明①和②延伸時均存在暫?，F(xiàn)象，A正確；B、①和②兩條鏈中堿基是互補(bǔ)的，圖甲時新合成的單鏈①比②短，但②中多出的部分可能不含有A、T，因此①中A、T之和與②中A、T之和可能相等，B錯誤；C、①和②兩條鏈中堿基是互補(bǔ)的，丙為復(fù)制結(jié)束時的圖像，新合成的單鏈①與②等長，圖丙時①中A、T之和與②中A、T之和一定相等，C正確；D、①和②兩條單鏈由一個雙鏈DNA分子復(fù)制而來，其中一條母鏈合成子鏈時①的5'端指向解旋方向，那么另一條母鏈合成子鏈時②延伸方向?yàn)?'端至3'端，其模板鏈5'端指向解旋方向，D錯誤；故選D。（2022海南）科學(xué)家曾提出DNA復(fù)制方式的三種假說:全保留復(fù)制、半保留復(fù)制和分散復(fù)制（圖1）。對此假說,科學(xué)家以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)材料,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)（圖2）。下列有關(guān)敘述正確的是（）A.第一代細(xì)菌DNA離心后,試管中出現(xiàn)1條中帶,說明DNA復(fù)制方式一定是半保留復(fù)制B.第二代細(xì)菌DNA離心后,試管中出現(xiàn)1條中帶和1條輕帶,說明DNA復(fù)制方式一定是全保留復(fù)制C.結(jié)合第一代和第二代細(xì)菌DNA的離心結(jié)果，說明DNA復(fù)制方式一定是分散復(fù)制D.若DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制,繼續(xù)培養(yǎng)至第三代,細(xì)菌DNA離心后試管中會出現(xiàn)1條中帶和1條輕帶解析：第一代細(xì)菌DNA離心后，試管中出現(xiàn)1條中帶，則可以排除全保留復(fù)制，但不能肯定是半保留復(fù)制或分散復(fù)制，繼續(xù)做第二代細(xì)菌DNA密度鑒定，若第二代細(xì)菌的DNA可以分出一條中密度帶和一條輕密度帶，則可以排除分散復(fù)制，同時可以肯定是半保留復(fù)制，ABC錯誤。若DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制，繼續(xù)培養(yǎng)至第三代，形成的子代DNA中有兩條鏈均為14N、一條鏈含有14N一條鏈含有15N的兩種類型，因此細(xì)菌DNA離心后試管中只會出現(xiàn)1條中帶和1條輕帶，D正確。故選D。（2021.海南卷）已知5溴尿嘧啶(BU)可與堿基A或G配對。大腸桿菌DNA上某個堿基位點(diǎn)已由AT轉(zhuǎn)變?yōu)锳BU