3.3 DNA的复制教学设计-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学教学设计聚焦“DNA的复制”核心知识点，通过播放《侏罗纪公园》视频导入，结合沃森和克里克半保留复制假说，关联学生初中DNA、基因概念及高中分子与细胞知识，搭建学习支架。 此资料以假说-演绎法为主线（科学思维），通过梅塞尔森和斯塔尔实验，运用同位素标记与密度梯度离心（探究实践），问题驱动分析实验设计，培养学生科学探究能力，为教师提供结构化教学流程，助力重难点突破，提升课堂效率。

课题名称 3.3 DNA的复制 课堂类型： R新课 □复习课 □习题课 □实验课 □试卷讲评课 □其他： 学习者 分析 学生在初中已经学习了DNA和基因这两个重要概念。另外，转基因生物、转基因食品、DNA亲子鉴定、基因检测等热点词汇早已渗入了我们的生活。因此，学生对这两个概念并不陌生，通过报刊、广播、电视、网络等多种媒体，学生可以了解许多有关内容。 学生在初中已经学习了生物的遗传与变异，初步了解了基因、DNA和染色体之间的关系，知道DNA是长链状的分子，呈螺旋形；学生在高中学习《分子与细胞》模块后，知道核酸、蛋白质等物质的组成，了解了氢键、碱基、核糖、磷酸等内容。此外，在科学方法和科学思维方面，教材前两章介绍了假说一演绎法。以上这些都为学生开展本章的学习打下了基础。 虽然学生对基因、DNA都有所认识，但这种认识比较粗浅，停留在感性认识的层面，可能仅仅知道DNA上有遗传信息、基因是DNA上的片段等；对DNA的结构、碱基互补配对原则、DNA具有与结构相适应的功能、基因怎样发挥作用等问题尚不清楚。而且，学生的头脑中可能还存在一些错误概念。例如，受广告或宣传的误导，认为核酸是营养品等。因此，学生对基因、DNA的认识是比较有限的。 教学目标 1.运用假说一演绎法探究DNA的复制方式，概述DNA通过半保留方式进行复制。 2.通过对DNA半保留复制方式的学习，理解DNA的准确复制是遗传信息稳定传递的基础。 教学重点 1.运用假说一演绎法探究DNA的复制方式。 2.DNA复制的条件、过程和特点。 落实教学重点的方法： 通过科学史，运用假说演绎法，体会探究DNA复制的方式。从而总结出DNA复制的过程。 教学难点 1.运用假说一演绎法探究DNA的复制方式。 2.DNA复制的过程。 突破教学难点的方法： 通过科学史，运用假说演绎法，体会探究DNA复制的方式。从而总结出DNA复制的过程。 教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 技术手段的使用： 电子白板、板书、多媒体 课时： 2课时 核心问题 ●怎样证明DNA是半保留复制的？ ●DNA的复杂过程是怎样的？ ●DNA的半保留复制对遗传信息的稳定传递有什么意义？ 教学过程设计 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 播放视频，导入课堂 播放视频。1993版《侏罗纪公园》哈蒙德博士召集大批的科学家根据遗传学理论，透过史前蚊子所遗留的恐龙血液，提取出恐龙的DNA，再通过DNA复制，培育，使已绝迹了6500万年的史前动物得以复生。 那么DNA是如何复制的呢？ 关于DNA的复制，沃森和克里克在发表DNA双螺旋结构的那篇著名短文的结尾处写道：“值得注意的是，我们提出的这种碱基特异性配对方式，暗示着遗传物质进行复制的一种可能的机制。”他们认为这种复制是一种半保留复制。 他们认为半保留复制的内涵是：（1）解旋：DNA复制时, DNA双螺旋解开,互补的碱基之间的氢键断裂；（2）复制：解开的两条单链分别作为复制的模板,游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则,通过形成氢键,结合到作为模板的单链上。有图可知，新复制的DNA分子一半是新的，一半是旧的。 当时还有大部分科学家认为是全保留复制，有图可知新复制出的DNA分子直接形成，完全没有旧的部分。 通过播放视频激发学生的学习兴趣，结合图片引导学生分析沃森和克里克提出的半保留复制的内涵。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA半保留复制的实验证据 最先通过做实验来验证DNA复制方式的科学家是梅塞尔森（M.Meselson）和斯塔尔（F.Stahl）。前面我们已经提到过必修二的编排顺序是按照遗传学的发展史进行的，在孟德尔提出假说-演绎法这一套研究思路后，很多科学家都在使用这一套科学方法，梅塞尔森和斯塔尔也是使用假说演绎法进行研究的。梅塞尔森和斯塔尔用到的实验材料是大肠杆菌。 Q：为什么选择大肠杆菌？不选择真核细胞和病毒呢？真核细胞结构复杂且繁殖速度慢，病毒必须寄生在活细胞中才能存活。大肠杆菌繁殖速度快且结构简单便于提取DNA。 在这个实验中用到的方法是同位素标记法和密度梯度离心法。必修一我们已经学习过同位素包括稳定性同位素和放射性同位素，放射性同位素有哪些？32P、35S、3H、14C。稳定性同位素呢？18O、15N。 分离细胞器用什么方法？差速离心法。差速离心法一般适用于质量差距较大的物质分离，精确度比较低。而密度梯度离心法精准度更高。 回顾假说演绎法的流程。 假设DNA复制是半保留复制、全保留复制，分别得到什么样的结果？用蓝色表示亲代DNA链，红色表示新合成的子代DNA链。 思考：1.通过实验来判断DNA的复制方式,实验的关键是什么? ——区分亲、子代DNA 2.用什么方法直观区分母链和子链？——同位素标记法 3.用什么元素做标记？为什么？——15N的DNA比14N的DNA密度大 4.如何测定子代DNA带有同位素的情况? ——利用离心技术，根据试管中DNA带所在的位置区分亲、子代DNA 通过假设可知，半保留和全保留复制以后得DNA可能有以下几种结果，通过提取DNA进行密度梯度离心后在试管中可以看到不同的分层。 按照假说演绎法的流程下一步应该是演绎推理，实验验证： （1）让大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中繁殖若干代，使其DNA双链充分被15N标记； （2）将部分含有15N标记的大肠杆菌转移到含14N的普通培养基中培养； （3）在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA； （4）将提取的DNA进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置。 实验结果： 1.亲代大肠杆菌的DNA离心处理后，试管中只出现一条DNA带，靠近底部。 亲代：15N/15N—DNA 2.第一代大肠杆菌的DNA离心后，试管中也只出现一条带，但位置居中。 子一代：15N/14N—DNA，排除全保留复制 3.第二代大肠杆菌的DNA离心后，试管中出现两条带，一条带位置居中，另一条带位置更靠上。 子二代：15N/14N—DNA、14N/14N—DNA。排除分散复制 补充分散复制：新复制的分子中新旧都有，但分配是随机组合的。 结合实验结果可知DNA的复制方式为半保留复制。 【课堂即时检测】 通过提问引导学生分析遗传学实验材料的选择原则。 分析全保留复制和半保留复制的子代DNA的标记情况，加深对半保留复制和全保留复制的理解。 问题驱动学生思考并理解实验设计的原理。 学生分组演绎推理不同假设的实验预期结果。 课堂及时联系，及时巩固评价。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA复制的过程 请同学们阅读教材P55-56，完成以下问题： 1.DNA复制的概念是什么?时间？场所？ 2.DNA复制过程需要哪些条件? 3.简述DNA复制过程怎么进行? 学生阅读教材回答上述问题。 一、概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。 二、时间：细胞分裂间期（真核生物） 三、场所：真核生物：主要在细胞核，也能发生在叶绿体或线粒体中。 原核生物：主要在拟核，也可能发生在细胞质基质中。 DNA病毒：发生在宿主细胞内。 4、 过程 1.解旋：在能量的驱动下，解旋酶将DNA双螺旋的两条链解开。 2.合成子链：DNA聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以游离的4种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。（DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键） ①模板：解开的每一条母链 ②原料：游离的4种脱氧核苷酸 ③能量：ATP直接供能 ④原则：碱基互补配对原则 ⑤酶：DNA聚合酶 ⑥方向：从子链的5′端向3′端延伸 3.重新螺旋：每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。 引导学生仔细看教材55页图3-10。 【课堂检测】课堂及时检测。 学生自主阅读教材，回答相关问题。 引导学生阅读教材图片，获取相关信息。培养学生的读图能力。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA复制的相关计算 1. 将DNA双链都被15N标记的大肠杆菌放在含有14N的培养基中培养，使其分裂3次，下列叙述正确的是（ C ） A.所有的大肠杆菌都含有15N B.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/2 C.含有15N的大肠杆菌占全部大肠杆菌的比例为1/4 D.含有15N的DNA分子占全部DNA分子的比例为1/8 2.一个由15N标记的DNA分子，放在没有标记的环境中培养，复制5次后标记的DNA分子占DNA分子总数的（ C ） A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25 常考考点之一，引导学生理解DNA复制的过程和结果。 小结 学科网（北京）股份有限公司 $