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一、說教材
“DNA的復(fù)制”是人教版高中生物學(xué)教材《遺傳與進化》第3章第3節(jié)的內(nèi)容。
本節(jié)內(nèi)容包括對DNA分子復(fù)制的推測、DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)和DNA分子復(fù)制的過程3部分內(nèi)容，為“基因的表達”、“基因的突變及其他變異”和“基因的應(yīng)用”打下了必要的基礎(chǔ)。本節(jié)中“DNA的復(fù)制方式的發(fā)現(xiàn)”雖是選學(xué)內(nèi)容，但對學(xué)生思維方式和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，對學(xué)生學(xué)會科學(xué)的探究及科學(xué)的思考則有很大的幫助，可以將之作為探究的重點之一，而在知識層面上不作為重點。對于“DNA復(fù)制所需要的條件”，不能以填鴨式灌輸給學(xué)生，而需要讓學(xué)生通過分析科學(xué)資料總結(jié)得出所需結(jié)論。由于本課的內(nèi)容具有較高的抽象性，在教學(xué)中除了引導(dǎo)學(xué)生自主、探索、合作學(xué)習(xí)以外，需通過啟發(fā)式教學(xué)，設(shè)置大量的問題情境來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進一步培養(yǎng)他們分析、歸納、概括能力。。
根據(jù)對教材地位與作用的分析，我制定了如下教學(xué)目標：
1.通過DNA分子的半保留復(fù)制的實驗證據(jù)和DNA分子復(fù)制的時間、過程、特點、條件的學(xué)習(xí)和掌握，形成結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的觀點。
2.通過密度梯度離心模擬實驗降低實驗難度，引導(dǎo)學(xué)生演繹實驗結(jié)果，體會假說一演繹法的科學(xué)研究方法及生物學(xué)的實證特征。
3.通過用模型模擬DNA分子的復(fù)制過程的活動，學(xué)會模型構(gòu)建的科學(xué)研究方法，并在活動中培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。
4.通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)與癌癥原因的分析相聯(lián)系，關(guān)注科學(xué)發(fā)展并形成健康的生命觀。
依據(jù)以上對于教材內(nèi)容與作用的分析以及對于教學(xué)目標的分析，我認為本課的重點是掌握DNA分子復(fù)制的過程。難點是理解對DNA分子復(fù)制的推測及DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)。
二、說學(xué)情
奧蘇泊爾認為“影響學(xué)習(xí)最重要的因素就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么”，因此在教學(xué)之初必須關(guān)注學(xué)生的基本情況。DNA分子復(fù)制的推測，旨在使學(xué)生了解沃森和克里克在制作DNA模型后，推測了DNA分子的自我復(fù)制的機制這一事實，更重要的是使學(xué)生理解結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)在聯(lián)系。DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)很好地揭示生物學(xué)研究必須源于實證，并體現(xiàn)了假說一演繹法的科學(xué)研究方法，但由于證明DNA半保留復(fù)制實驗的難度較大，按就近發(fā)展區(qū)原則，可增加一個密度梯度離心的模擬實驗作為鋪墊，再引出半保留復(fù)制和全保留復(fù)制方式，然后引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，演繹推理實驗結(jié)果，最終理解DNA半保留復(fù)制的實驗驗證。DNA分子的復(fù)制過程是本節(jié)教學(xué)的重點，學(xué)生已經(jīng)了解了復(fù)制方式，為促使學(xué)生“做中學(xué)”，在“做”中理解知識，組織學(xué)生利用卡紙制作的DNA分子模型和游離的脫氧核苷酸模擬DNA分子的復(fù)制過程。讓學(xué)生在模型構(gòu)建的活動中發(fā)現(xiàn)問題，師生合作解決問題。
三、說教學(xué)方法
根據(jù)高中學(xué)生的理解能力和思維特征，我主要采取示例法、觀察法、實驗法、討論法來展開教學(xué)。學(xué)生通過收集資料進行自主學(xué)習(xí)、通過觀察實驗進行探究學(xué)習(xí)、通過調(diào)查活動和探究實驗進行合作學(xué)習(xí)使學(xué)生進一步理解DNA分子的復(fù)制過程，突破本節(jié)課的教學(xué)重難點。
四、說教學(xué)過程
(一)創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課
課堂之初，我會向?qū)W生提問：癌癥是困擾人類健康的一個難題，罹患癌癥的原因到底是什么呢?鼓勵學(xué)生暢所欲言，為了幫助學(xué)生進一步理解回答該問題，我會出示新聞報道資料：美國科學(xué)家利用數(shù)學(xué)模型對32種癌癥進行了分析，結(jié)果表明：約66%的致癌突變要歸咎于DNA復(fù)制時隨機出現(xiàn)的錯誤，DNA復(fù)制錯誤可謂是“罪魁禍首”。進而向同學(xué)提問：“那么DNA是怎樣復(fù)制的呢?”引出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。通過這樣的設(shè)置，利用最新科技成果導(dǎo)入，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成關(guān)注科學(xué)發(fā)展的習(xí)慣。
(二)引導(dǎo)探究，層層遞進
1.對DNA分子復(fù)制的推測
在此階段，我會以多媒體未學(xué)生展示沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后提出了DNA的自我復(fù)制的假說，并出示該模型圖并引導(dǎo)學(xué)生依圖解釋沃森和克里克提出的半保留復(fù)制假說。通過該環(huán)節(jié)可以幫助學(xué)生了解科學(xué)發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生圖文信息轉(zhuǎn)化能力。
2.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)
為了使學(xué)生充分了解該實驗，首先我會出示科學(xué)家提出的DNA全保留和半保留復(fù)制的兩種假說圖解，提示學(xué)生全保留復(fù)制是指母鏈DNA分開，分別復(fù)制形成兩條子鏈DNA，此后兩條母鏈DNA彼此結(jié)合，恢復(fù)原狀，新合成的兩條子鏈彼此互補結(jié)合形成一條新的雙鏈DNA分子。進而提出問題：“怎樣證明DNA復(fù)制方式是半保留復(fù)制還是全保留復(fù)制呢?”
在學(xué)生小組討論得出初步假設(shè)后，我會引導(dǎo)學(xué)生進行一個密度梯度模擬實驗。首先拿出依次裝有四氯化碳、水、大豆油的燒杯，再將穿插有不同數(shù)目鋼釘?shù)娜N泡沫條結(jié)構(gòu)a、b、C放入燒杯，讓學(xué)生觀察并思考為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象?學(xué)生觀察后很容易發(fā)現(xiàn)穿有鋼釘數(shù)目少的a在最上層，鋼釘數(shù)目最多的c在最下層，鋼釘數(shù)目居中的位于中間層。再引導(dǎo)學(xué)生明白鋼釘數(shù)目多少可代表分子量大小。然后我會進行提示引導(dǎo)：四氯化碳、水、大豆油的密度依次降低，即燒杯中的液體從上到下密度依次增大，即形成了密度梯度。如果a、b、c代表分子量大小不等的DNA分子，從該實驗結(jié)果可說明：分子量較小的DNA分子可漂浮在密度較低的液體中，分子量較大的DNA分子可漂浮在密度較大的液體中。
在密度梯度離心實驗的基礎(chǔ)上，我會進一步提出問題：“如果親代DNA的兩條鏈均為N15的重鏈，將含這種DNA分子的大腸桿菌放在僅含N14的培養(yǎng)基上，讓其繁殖2代。按照半保留復(fù)制假說和全保留復(fù)制假說，分別寫出其子代DNA分子的組成及含量。”學(xué)生分組討論預(yù)測結(jié)果，在此過程中我會進行巡回指導(dǎo)。討論結(jié)束后請小組代表分享結(jié)果，我在學(xué)生回答基礎(chǔ)之上進行點播提升并以多媒體出示結(jié)果：已知將氯化銫溶液離心，溶液中的銫離子會向離心管底部運動，隨著銫離子濃度增大，底部密度也增大，即形成了密度梯度溶液。然后再次提出問題：“如果將上述大腸桿菌親代、子一代和子二代DNA提取出來，在氯化銫溶液中離心，則會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果?”請學(xué)生圖解該結(jié)果，我來進行點評。最后指出科學(xué)家Meselson和Stahl就做了上述實驗，實驗結(jié)果與半保留復(fù)制一致，故DNA分子復(fù)制方式為半保留復(fù)制。
通過這樣一系列環(huán)節(jié)的設(shè)置可以降低密度梯度離心實驗的理解難度，引導(dǎo)學(xué)生演繹實驗結(jié)果，體會假說演繹法的科學(xué)研究方法及生物學(xué)的實證特征。
3.DNA分子的復(fù)制
在前期知識基礎(chǔ)上，我會引導(dǎo)學(xué)生前后四人為一小組進行動手活動，利用制作的DNA分子模型和脫氧核苷酸卡紙模型等模擬DNA的半保留復(fù)制的過程，我會巡回指導(dǎo)。通過活動過程中學(xué)生可以歸納概括出DNA分子的復(fù)制的基本過程為：“首先由解旋酶利用能量將DNA分子兩條鏈解旋開，形成模板，然后按照堿基互補配對原則將相應(yīng)的核苷酸連接上去，再形成磷酸二酯鍵合成子鏈” 。同時我會提出兩個難點問題，引導(dǎo)學(xué)生進行探討：①DNA分子的兩條鏈是否需要完全分開成單鏈才能開始復(fù)制?②子鏈合成方向是從5’端到3’端，還是從3’端到5’端?請學(xué)生觀察教材配圖，即可明白DNA在解旋的同時就開始復(fù)制了，并非兩條鏈完全分開后才開始復(fù)制。第②個問題主要取決于DNA聚合酶，DNA聚合酶只能催化前一個核苷酸3’碳上羥基中的氫與后一個核苷酸5’碳上磷酸基團中的羥基之間發(fā)生脫水聚合反應(yīng)，形成3’,5’-磷酸二酯鍵，故子鏈合成方向只能是從5’端到3’端。請學(xué)生代表在黑板上用這些模型模擬一下DNA復(fù)制過程。我歸納總結(jié)DNA復(fù)制過程為：解旋-合成子鏈-螺旋化。
通過這樣的教學(xué)過程，使學(xué)生體驗?zāi)Ｐ徒?gòu)在科學(xué)研究中的魅力，鍛煉學(xué)生動手操作能力，體驗在實踐中發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)能力。
(三)鞏固拓展，提升認知
有效的學(xué)習(xí)過程，不僅單純地依賴模仿與記憶，依據(jù)“因材施教，教學(xué)信息及時反饋”的原則，我會展示材料 “研究發(fā)現(xiàn)，人類瘤細胞中最長的DNA分子達36000 μm，DNA復(fù)制速度約為4 μm/min，按此計算，完成瘤細胞該DNA分子復(fù)制需9000 min，但實際僅40 min即完成。”引導(dǎo)學(xué)生明白DNA多起點復(fù)制的特點。通過問題拓展促進學(xué)生對概念內(nèi)涵的全面把握。
(四)歸納總結(jié)，深入理解
總結(jié)階段，把時間交給學(xué)生，老師帶動補充共同總結(jié)出本節(jié)知識要點。采用這種小結(jié)的方式，一方面突出學(xué)生的主體地位，另一方面助于老師把握學(xué)生的掌握情況。
(五)拓展延伸，布置作業(yè)
恰當?shù)淖鳂I(yè)布置，可使學(xué)生的學(xué)習(xí)成果得到強化與應(yīng)用，因此本節(jié)課我布置了一道開放性，學(xué)生通過課后查閱觀看DNA復(fù)制過程的視頻短片，并書寫一篇科學(xué)小短文，以此達到加深課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)與理解。
五、說板書設(shè)計
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