《DNA的结构和复制》教学重点、难点突破研究初探
广州市第九十七中学 沈颜英
一、教材分析
1、本节内容在教材体系中的位置和作用
《DNA的结构和复制》是高二生物学中十分重要的一节内容，它是第一册的有丝分裂和减数分裂中DNA和染色体复制的知识基础，同时又是第二册基因控制蛋白质合成、基因突变的知识前提，也是学生理解遗传学基本理论的重点，所以本节内容对学生的知识形成和分析应用能力的培养起着非常重要的作用。
2、教学重、难点分析
教学重点：
（1）DNA的双螺旋结构及特点。
（2）碱基互补配对原则及其重要性。
（3）DNA分子的稳定性、多样性和特异性。
（4）DNA复制的过程及特点。
教学难点：
（1）DNA的空间双螺旋结构特点及其结构与功能的关系。
（2）碱基互补配对原则，相关解题能力。
（3）DNA复制的过程及子代DNA的分配。
二、教学思路与理念
新课标理念下的高中生物教学要在“面向全体学生”的基础上“提高学生的生物科学素养”，采取多种教学形式，重视“探究性学习”，“注重与现实生活的联系”，使学生达成知识、能力、情感态度与价值观的协调一致。《DNA的结构和复制》是一节非常具有生物学内涵的内容，新课标的基本理念能在其教学过程中得到体现和延伸：
1、“面向全体同学”的“探究性学习”。
学生掌握本节内容的最大难度在于内容的抽象性，因此最佳的教学突破口在于如何让学生变抽象为具体、形象。而DNA研究科学发展历程和DNA模型制作是极佳的探究课题，可利用寒假，安排学生以个人或小组的形式进行DNA研究史的研究性学习，同时安排学生制作DNA模型。开学后展示学生的研究成果，做好交流和评价工作。让学生形成一定的感性认识，培养学生的自学能力、创造性思维能力和严谨的科学态度。
2、在培养学生的知识和能力的基础上“注重与现实生活的联系”。
DNA双螺旋的基本结构知识，碱基互补配对原则和相关解题能力，DNA复制相关知识等都是本节重要的内容，在构建知识和技能的同时结合亲子鉴定、DNA刑侦技术和PCR技术等现实生活技术，既能吸引学生兴趣，又能巩固知识形成，进一步培养学生的分析应用能力。
3、加强科学史的教育，在教学过程中落实“生物科学素养”的培养。注重对科学的研究方法和研究过程的指导以及在此过程中引导学生对科学探究的感悟。
三、重难点突破策略
1、DNA双螺旋结构的基本知识（倡导探究，指导强化）
将DNA研究历程的探究和模型的制作放到寒假期间，学生对双螺旋知识已有初步的感性认识，教师的任务重点在于进一步让抽象的知识形象具体，并对学生已形成的知识“查错补缺”。
第一步：在课堂上展示学生成果，让学生互相评价，教师给与肯定。
第二步：复习提问，讲解化学结构基本知识（课件展示）：化学元素组成→基本组成单位→脱氧核苷酸链。接着让学生解答课后的识图填充题，及时巩固和强化学习效果。当然在此环节中可向学生介绍一些形象的记忆方法，如：C（胞嘧啶）可从C的形状像包（胞）包子记忆胞嘧啶等等。
第三步：结合模型和课件讲授规则的双螺旋知识、碱基互补配对原则。最后给学生归纳“双链、交叉、反向、平行、配对、螺旋”特点，方便学生记忆。
在这部分内容中，要不断的结合学生自制的模型，给与表扬或纠正，既可巩固知识，还能进一步加强师生互动，加深学生印象，这也符合学生的认知规律。最后总结中可展示：五种化学元素、三种物质、四种基本单位、两条脱氧多核苷酸单链和一种双螺旋结构的数字顺序，以便于学生理解和记忆。
2、碱基互补配对原则及应用（尝试体验，掌握结构，合理呈现，迁移创造）
（1）在双螺旋结构知识的基础上，出示动画，显示DNA中的碱基互相配对的情况，让学生理解在DNA中为什么A只能与T相配对，C只能与G相配对，从而为下面的相对稳定性埋下伏笔）。
（2）根据DNA双链中碱基之间的关系，总结相关的公式或结论，如：
①在双链中A=T，C=G；由①引伸出A+G=T+C，即嘌呤数=嘧啶数。再引伸出（A+G）/（T+C）=1，从而得出在所有双链DNA中，它们的比值都是相等的，即（A+G）/（T+C）在双链中的比值是定值。
②生物种类不同，（A+T）/（G+C）比值不同。
例1：已知一个含150个磷酸的双链DNA分子中有腺嘌呤25个，请问此DNA分子中有多少个胞嘧啶？（50）
例2：某DNA分子一个单链上（A+G）/（T+C）=0.5，则该DNA的另一条单链上同样的碱基比是（ ）（选D，此题可延伸，（A+G）/（T+C）在DNA的两条单链中的比值互为倒数）
A、0.5 B、1 C、1.5 D、2
例3：由某生物组织中提取的DNA成分中，鸟嘌呤和胞嘧啶之和占全部碱基含量的46%，已知其中的一条链的碱基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶，求：与已知链相对应的链中腺嘌呤占该链全部碱基的（ ）%。（26）
3、DNA分子的特性（尝试体验，评价反馈）
在前面知识的基础上，让学生分组交流，总结DNA分子的特性，教师设疑和引导，一切基本水到渠成。最后教师加以点拨。
（1）稳定性（从两个角度看它的相对稳定性：①DNA都是由磷酸连结着脱氧核糖；②碱基互补配对）；
（2）多样性（出示动画，让学生总结出DNA分子的多样性由DNA上的碱基对的排列顺序及DNA本身的空间结构所决定）；接着给予计算练习；还可以提前导入基因的概念（人细胞：46条染色体，46个DNA分子，约30亿个碱基对， 2 .7万个基因），有助于理解多样性和联系基因的表达的内容。
（3）特异性（对所有的DNA分子来说表现为多样性，但对每一种DNA分子来说，有其特定的脱氧核苷酸排列顺序，从而显示出单个的独特性）。
明确了这些问题，将为后面学习DNA的复制、基因控制蛋白质合成、基因突变等内容奠定基础。
4、DNA的复制及特点（联系实际，引导注意，探究分析，综合运用）
这部分内容知识理解上并不算很难，但学生在DNA结构与复制的关系、DNA复制练习题的解答等方面还是会存在一定的困难，因此在讲解过程中注意联系所有学知识和设置一定的问题情境有助于学生的掌握。
（1）播放《鉴证实录》剧情剪辑片，介绍DNA刑侦技术资料（或亲子鉴定资料），吸引学生的注意，指导讨论，让学生带着问题学习。
（2）导入美国生物化学家康贝格的实验（人类首次在试管中人工合成了DNA，见附录），设置问题情境。首先展示实验的两个基本过程，让学生分析实验成败的原因，分析DNA聚合酶、四种脱氧核苷酸、单链DNA引子、ATP的作用，了解DNA复制的基本条件，以及保证DNA准确无误的原因。
（3）动画展示DNA复制的过程，让学生形成初步感性认识。讲授边解旋边复制和半保留复制的特点。
接着可以进一步讨论或由师生共同小结如下的问题：①DNA复制一般发生在什么时候？②DNA复制的大致过程如何？③DNA复制需要哪些条件？④DNA复制的方式上有什么特点？⑤DNA的分子结构为DNA分子复制提供了什么样的分子基础？⑥为什么DNA复制能准确无误地完成？
最后让学生用自己的语言表达DNA复制的概念，并探讨DNA复制有什么重要的意义——进一步说明DNA作为遗传物质所必需具备的“能够自我复制，使前后代保持一定的连续性”的特点。
典型例题讲解（联系前面所学知识，及时应用巩固）
例1：根据噬菌体侵染大肠杆菌的实验，请指出DNA的复制场所、模版和原料分别是 （ ）
①噬菌体体内 ②大肠杆菌细胞内 ③大肠杆菌细胞核内 ④噬菌体的RNA ⑤噬菌体DNA ⑥大肠杆菌DNA ⑦大肠杆菌氨基酸 ⑧大肠杆菌核苷酸 ⑨大肠杆菌脱氧核苷酸
A、①⑤⑦ B、②④⑨ C、②⑤⑨ D、③⑥⑧
答案：C。
例2：某生物的双链DNA分子共含有氨碱基700对，其中一条链上(A+T)：(C+G)=2.5，问该DNA分子连续复制两次共需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数目是 （ ）
A．300个
B．400个
C．600个
D．1200个
答案：C。
例3：将N15 标记的一个DNA 分子放入N14培养基中连续培养四代，请问其后代DNA分子中含N14的DNA分子和含N15的DNA分子之比是 （ ）
A、1﹕1 B、7﹕
答案：B。
当然，以上各知识点在教学中要注意联系和综合应用，要及时强化小结，重复训练。本节知识的突破，不仅可以让学生明白为什么DNA可以作为主要的遗传物质，承续前面所学知识，更重要的是对后面基因控制蛋白质合成、基因突变等内容奠定了扎实的知识基础。因此，根据不同的学生情况选取适当的方法突破重难点，即使老师同学付出的时间较多也是值得的。同时DNA结构的发现历程的研究性课题，也是对学生高二上册探究能力的一次小结，这对接下来的学习也是有很大帮助作用的。
附录：
1、DNA结构的研究历程简史：
1950年夏天，美国人沃森获得了博士学位。此时的生物学界正在进行一种叫双结构螺旋研究竞赛。结晶学研究的权威富兰克林已成功推出DNA分子有多股链，呈螺旋状。对DNA一无所知的沃森，在丹麦皇家学会听完劳伦斯·布拉格关于DNA的演讲后，决定研究DNA的三维模型结构。真有些初生牛犊不怕虎的气魄。当时他的同学斯腾特认为他疯了。
沃森进入英国剑桥大学卡文迪许实验室后，认识了英国学者克里克，他们很快发现彼此都对DNA的分子结构极感兴趣，便决定合作研究。他们提出：生命分子的三维结构是由线性密码中所蕴含的信息所决定。然而，他们的研究招来实验室方面的非议：DNA的X射线衍射图提供者威尔金斯对他们的研究也不热心。几起几落的遭遇，使克里克心灰意冷。而沃森没有动摇，他坚信DNA是所有分子中最重要的王牌，是万木之本，是打开生命之门的钥匙。他和克里克一起，采用物理，化学的科学原理与方法，来揭示DNA结构的奥妙。最后，他们提出的DNA双螺旋模型认为，必须由两股核苷酸碱基的任意排列顺序，来决定高度有序的DNA三维结构。这是一个成功的模型，它由两条右旋但反向的链绕同一个轴盘旋而成，活像一个螺旋形的梯子，生命的遗传密码就刻在梯子的横档上。
1962年的诺贝尔医学生物学奖授予了沃森和克里克建立的DNA模型，能获得如此高的荣誉，说明它的作用是巨大的，影响是深远的。
沃森们的模型，引发了一门称为“分子生物学”的新科学的诞生；它为破译生物的遗传密码提供了依据，导致遗传工程学的出现。用人工的方法将生物体内的DNA分离出来，重新组合搭配，再放回生物体内，创造新的品种，成为本世纪下半叶最活跃的领域。例如我国科学家实验成功的杂交水稻，抗棉铃虫棉花等等，都是DNA重组的产物；目前国际上正热门的克隆技术，也是DNA的绝妙之作。1954年4月DNA双螺旋提出后，整个生物学界呈现出少有的五彩缤纷的景象，被认为是20世纪以来生物科学中最伟大的成果，是生物学史上一个新纪元，为生物科学，农业科学，医学的发展开辟了新天地。把DNA结构模型称为打开生命之门钥匙，是一点也不夸张的。
2、美国生物化学家康贝格的实验
1956年美国生物化学家康贝格首次在试管中人工合成了DNA。他将从大肠杆菌中提取出的DNA聚合酶加入到具有四种丰富的脱氧核苷酸和适量的Mg2+的人工合成体系中，四种脱氧核苷酸并不能聚合成脱氧核糖核酸链──并没有发生DNA的合成。当加入了少量DNA做引子和ATP作为能源物质，经保温孵育后，测定其中DNA的含量。发现其中DNA的含量增加了，并且这些DNA的(A+T)∶(C+G)的比值不是随意的，而与所加入的单链DNA引子相同。换句话说，新合成的DNA的特异性不决定于人工合成体系中四种脱氧核苷酸原来的比例，也不决定于DNA聚合酶来自哪种生物，而完全决定于作为引物的DNA分子。所以，后代DNA分子是以引物的DNA分子为模板进行复制的。这一实验证明了DNA双螺旋结构模型的正确性。