DNA的结构和复制

重难点突破

中大附中 杨艳君

一．教材分析及处理：

本节内容包括DNA分子结构的发现、DNA分子结构的主要特点以及DNA分子的复制。通过上一节“DNA是主要的遗传物质”的学习，学生了解到DNA是主要的遗传物质，而不能理解DNA作为遗传物质的内在原因，即DNA应具有作为遗传物质所应有的结构和功能上的特点。通过本节课的学习，学生才能对此有深刻的理解了。

本节知识从结构和功能两个角度解释了DNA作为遗传物质的原因。体现了功能与结构相适应的唯物主义观点。DNA分子的双螺旋结构是分子领域的知识，这部分知识比较抽象，学生较难掌握。教材中安排设计“DNA分子双螺旋结构模型”的实践活动。有助于理解DNA分子的结构特点。

对于DNA的复制过程，教材利用传统的学科知识体系，通过描述使学生对DNA的半保留复制有一定的认识，并结合DNA的复制过程图解进行强化理解。这种微观的知识如此的平铺直叙，我认为学生是难以理解的。

教材处理：

本节教学分2课时，第一课时，为了将抽象的知识及时形象化，我将“制作DNA分子双螺旋结构模型”的实验改成“边学边做”的活动，为此专门针对性地设计了一份“活动报告”。第二课时，“DNA的复制”我吸收了其它新课标教材中关于梅索森(Meselson)和斯塔尔(Stahl)两位科学家利用氮的同位素¹⁵N标记法，通过实验证明DNA复制方式的实验，充实了内容，补充了论据，开发了学生的思维。

二．学生分析：

1、上学期学生对DNA的基本单位――脱氧核苷酸有了初步的认识。还学习过有丝分裂和减数分裂，了解DNA存在的部位和DNA复制的时间，加之上一节“DNA是主要的遗传物质”的学习，学生了解到DNA是主要的遗传物质，总结了DNA做为遗传物质应该具备的特点，这些知识为进一步学习DNA的结构，理解DNA复制的过程和意义作好了铺垫。

2、DNA分子的结构和复制都是分子领域的知识，比较抽象，学生难以理解。

三．确定重点难点：

基于教材分析和学生的情况我将本节的重点放在以下几个方面：

重点之一：制作DNA分子结构模型，讨论出DNA的特点，

既：稳定性、多样性、特异性的原因。

重点之二：组织学生分析梅索森(Meselson)和斯塔尔(Stahl)两位科学家利用氮的同位素（¹⁵N）标记法，进行DNA复制的实验结果，总结出DNA分子的复制的特点、方式、条件等。

重点之三：解题指导，前后知识的联系。

本节的难点是

1、怎样引导学生回顾旧知识，顺利地进入对本节知识的学习。

2、在“边学边做”的活动和讨论过程中，如何控制时间，把握讨论的范围，及时全面地归纳出DNA结构稳定、种类多样的原因。

3、如何引导学生学生积极地思考科学实验的结果，理解复制的方式。

4、将所学的知识应用到解决实质问题中，解答有关碱基数量关系的习题。

四．重难点突破策略（结合课件讲解，具体内容在课件上）

1、创设情景，引人入胜

“好的开端是成功的一半”上课一开始向学生展示北京中关村科技街“DNA双螺旋结构”的巨幅图片和与之有关的几个科学家的照片，用激励性的语言，激起学生的探索欲望，让学生以渴求的心情进入学习状态。

2、图文并用，准确提取旧知识

激将法提问，提取旧知识。DNA的基本单位是脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸由一分子的磷酸、一分子脱氧核糖、一分子的含氮碱基构成。本处知识采用合理的拼图设计配合板书来构建脱氧核苷酸的整体到局部，局部到整体的关系。

3、以科学为依据，从简到繁，边学边做边

阅读DNA衍射图，科学家的研究数据，引导学生探讨DNA分子结构不可能是一种平面结构，就此初步明确DNA的双螺旋结构及其特点。再安排学生进行“设计和制作DNA分子双螺旋结构模型”的活动，促进DNA双螺旋结构空间构象的形成。教师通过让学生真正动脑动手进行活动，使他们获得DNA分子的平面结构及双螺旋空间结构感性认识，为学生进一步理解DNA分子如何储备大量的遗传信息打下基础。

以下是“边学边做”活动的具体作法：

每班10个小组，每个组(4人)都配发一定数量的四种脱氧核苷酸模具(其中含碱基C、T的略短，A、G的略长)、按釦若干(用于连接，代表化学键)、活动报告每人一份

教师先引导学生观察DNA结构的FLASH立体图和平面图，然后以实验小组为单位，根据实验桌上所给的材料按各自的理解组装出DNA的平面结构，并填写实验报告。(活动报告内容附后)

这一步的关健是提示学生在碱基的排列顺序上尽可能地随机，防止各小组都照搬书上的碱基顺序。控制10分钟的时间。

4、组织学生进行讨论，相互交流，总结出DNA分子结构的稳定性、多样性和特异性。

这一步的突破难点的关键，需时15分钟左右。

教师可挑选一些碱基数相同的，不同的学生作品及活动报告，师生共同进行分析讨论，对照报告上的数据和模型直观地得出如下结论：

(1)不同的DNA分子的两条链的外侧都是由磷酸和脱氧核糖相间连接而成，并且反向平行排列。

(2)A与T配对(二个按釦连接)，G与C配对(三个按釦连接)

(3)每个不同的DNA分子中都存在A=T，G=C，A+G=T=C，A+C=T+G的关系，但

(A+T)：(G+C)的值各不相同等等。

(4)有的DNA之间碱基对的数量不同，碱基对排列也不同；有的DNA之间碱基对的数量相同，但碱基对的排列顺序不同。

在此基础上，提出遗传信息的概念------DNA分子中碱基对的排列顺序。不同的DNA分子有不同的碱基对排列顺序(储存不同的遗传信息)。

DNA分子的碱基虽然只有4种，但碱基对的排列顺序千变万化。教师可以引用简单的排列组合原理，从数据角度使学生感知DNA分子能够储存大量的遗传信息。这就需要引导学生首先探讨4⁴⁰⁰⁰这个数据是怎么来的，以及究竟有多大。针对此处知识，教师可结合计算机的数据表示(高中生对此已有一定的了解)来进行探讨，近似地用科学计数法表示过程如下：4⁴⁰⁰⁰=(2²)⁴⁰⁰⁰=2⁸⁰⁰⁰=(2¹⁰)⁸⁰⁰=(1024)⁸⁰⁰≈(10³)⁸⁰⁰=10²⁴⁰⁰

至此学生对DNA分子的多样性及特异性从感性认识升华到理性的认识，真正地理解了“世界上没有两个完全相同的人”“每个人的DNA就是自己的身份证”等道理。另外，DNA分子的多样性与蛋白质分子的多样性有很大的相通之处，教师可引导学生作适当迁移，为基因的表达埋下伏笔。

5、通过碱基比率题型练习，将DNA分子中碱基间的关系加以强化，彻底消化重点，突破难点。（5分钟）

(第二课时)

1、回顾有丝分裂和减数分裂的意义

形成“要想保证前后代遗传性状的稳定性，亲本的遗传信息必须要精确地复制传给后代”的观念。

2、“积极思维”总结出DNA精确复制的方式

提出问题：出示一件物品（杯子或笔筒）让学生思考：怎样才能精确地制作一个与该物品相同的物品。（学生畅所欲言）

然后介绍梅索森(Meselson)和斯塔尔(Stahl)这两位科学家，他们用氮的同位素¹⁵N标记法，设计出巧妙的实验证明了DNA的复制方式。教师引导学生通过这个科学家所设计的精巧实验的现象，启发学生从现象归纳出本质。得出DNA的复制方式―――半保留复制方式。

3、多媒体动感演示，强化理解边解旋边复制的过程。

学生已经知道DNA是半保留复制的，而半保留复制机制可通过DNA复制FLASH动画得到正确的解释。该动画将立体与平面，整体和局部结合起来，阐述了DNA复制的过程、条件、模板等。

4、精心设计习题，将DNA的结构和复制结合在一起，在运用中进一步加深对重点知识的理解。

另外，为了保持前后知识的连续性、统一性，将DNA复制与染色体复制结果进行比较，建立横向联系，帮助学生形成知识体系，巩固所学知识。如：在减数分裂的四分体时期，每条染色体上含有多少条脱氧核苷酸链？

五、对学生后续学习的作用：

DNA的结构及其特点的理解和掌握是学习DNA复制的基础，同时也是细胞分裂知识的延续，是学习基因控制蛋白质合成、基因突变等知识的基础。也是学习现代生物进化理论的基础

在教学中还运用了统计学的方法直观地得出了DNA分子中碱基之间的数量关系，有利于学生理解孟德尔杂交实验成功的秘诀。

六、教学中渗透新课标理念：

1．创造性地使用教材。

2．理论与实践相结合。

3．真正做到以学生为主体。

实验报告

制作DNA双螺旋结构模型

班级＿＿＿＿＿姓名＿＿＿＿＿第＿＿＿组

【实验原理】

1． DNA分子具有独特的空间结构----规则的___________结构，

2． DNA分子由两条_________排列的脱氧核苷酸长链盘旋而成，____________排列在外侧，_______排列在内侧。

【材料用具】

3．方条硬纸片4条、按釦若干（旧报纸代替也可）、四种脱氧核苷酸纸模（每种20个左右）。

橡皮泥代替也可

【方法步骤】

4．每个脱氧核苷酸都由（圆形的）__________、（五边形的）__________、（长方形的）_____________组成。

5．填写下表

	DNA（双链）	单链1	单链2
碱基种数
碱基数量
碱基对数
A的数量
G的数量
C数量
T数量
由以上数据推出碱基间的哪些关系？

【问题讨论】

6．作为遗传物质，应该储存有大量的遗传信息。DNA只有四种脱氧核苷酸，它是怎样储存足够量的遗传信息的？