DNA復(fù)制探究性教學(xué)的對話案例

1、“ DNA復(fù)制”探究性教學(xué)的對話案例富陽中學(xué)傅建利周朝勇一、本案例指導(dǎo)思想探究性學(xué)習(xí)作為一種能夠有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)方法，已被絕大多數(shù)教學(xué)工作者所認(rèn)同和倡導(dǎo)。因此，通過引導(dǎo)學(xué)生探究、模擬科學(xué)研究的過程來調(diào)動學(xué)生課堂主動參與是本節(jié)課的基本指導(dǎo) 思想。本節(jié)課突出了對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，精心設(shè)計課堂教學(xué)，將科學(xué)研究的過程作為本節(jié)課的教 學(xué)主線，讓學(xué)生親身參與探究、模擬研究過程，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)工作的方法。二、學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有絲分裂、減數(shù)分裂，學(xué)習(xí)和制作了DNA吉構(gòu)，對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)已有一定的了解。學(xué)生在“遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)”中已經(jīng)學(xué)習(xí)了提取DNA的實驗方法，并了解用放射性元素研究物質(zhì)的方

2、法。DNA復(fù)制屬于肉眼看不到的抽象知識，本人考慮到在高中階段， 學(xué)生已經(jīng)具備一定的抽象思維、辨證思維和創(chuàng)造思維的能力，所以在教學(xué)中，通過探究式教學(xué)，設(shè)置大量的問題情景，提供一定的實 驗材料，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生通過實驗探究解決科學(xué)事實的能力。三、教學(xué)過程1 1.師：通過學(xué)習(xí) DNA吉構(gòu)，你們知道 DNA勺基本組成單位是什么嗎？2 .生：DNA勺基本組成單位是脫氧核苷酸，脫氧核苷酸有四種：腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸。3 .師：通過學(xué)習(xí) DNA吉構(gòu)和制作DNA模型，你們知道 DNA的結(jié)構(gòu)嗎？4.生：DNA具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，是由兩條反

3、向平行的脫氧核苷酸鏈盤旋而成的。在雙螺旋的外側(cè)脫氧核糖和磷酸交替出現(xiàn)構(gòu)成了DNA的基本骨架，堿基在內(nèi)側(cè)，通過氫鍵形成堿基對，其中A與T配對，C與G配對。2 5 .師：DNA作為遺傳物質(zhì)必須要保持前后代的連續(xù)性，DNA是如何保持前后代連續(xù)性的？6 .生：進(jìn)行復(fù)制。7 .師：是的。那么 DNA復(fù)制的場所在哪里？&生：DNA主要分布在細(xì)胞核中，所以復(fù)制的場所主要在細(xì)胞核。9 .師：對。那么，DNA在什么時候進(jìn)行復(fù)制的呢？10. 生：有絲分裂間期、減數(shù)第一次分裂間期。11. 師：完全正確。那么，從數(shù)目上分析，DNA復(fù)制的結(jié)果是什么？12. 生：一個 DNA變成了兩個 DNA13. 師：正確。（

4、看下圖）14. 師：經(jīng)過復(fù)制，一個 DNA變成了兩個 DNA這兩個DNA一樣嗎，與原來的 DNA相相同嗎？15. 生：應(yīng)該相同。16. 師：為什么？17. 生：在有絲分裂一節(jié)課已學(xué)過，一個細(xì)胞經(jīng)過間期的染色體復(fù)制和分裂期的分裂，變成兩個細(xì)胞，這兩個細(xì)胞是相同的。由此可知，染色體上的DNAM制后形成的兩個 DNA應(yīng)該是相同的，也應(yīng)該與原來的相同。18. 師：嗯，有道理。3 19.師：現(xiàn)在有四根電線（兩紅、兩藍(lán)），每根電線表示一條脫氧核苷酸鏈。請你模擬一下你想象中的DNA的復(fù)制過程。并且要保證實現(xiàn)你之前的肯定：復(fù)制后的兩個DNA與原來的DNA相同。20.生：思考后回答。我想應(yīng)該是這樣的：假設(shè)原來D

5、NA是由兩條紅色的電線構(gòu)成（滿足堿基互補配對），當(dāng)DNA復(fù)制時，兩條紅色的電線解開雙螺旋，然后根據(jù)堿基互補配對的原則（A與T配對、C與T配對），分別配對形成新的脫氧核苷酸互補鏈（新形成的鏈用藍(lán)色電線表示），最后構(gòu)成兩個 DNA每個DNA中一條紅色鏈一條藍(lán)色鏈，即每個DNA中含有一條舊的鏈和一條新的鏈。因為在此過程中遵循堿基互補配對原則，這兩個DNA與原來的DNA應(yīng)該是相同。21 生：也可以是這樣的：假設(shè)原來DNA是由兩條紅色的電線構(gòu)成 （滿足堿基互補配對），當(dāng)DNA復(fù)制時，兩條紅色 的電線解開雙螺旋，然后根據(jù)堿基互補配對的原則（A與T配對、C與T配對），分別配對形成新的脫氧核苷酸互補鏈（新形成

6、的鏈用藍(lán)色電線表示），然后兩條新形成的脫氧核苷酸 鏈分別從配對狀態(tài)脫落，組成新的DNA（兩條藍(lán)色鏈），原來的兩條脫氧核苷酸鏈也重新配對，重新形成雙鏈 DNA（兩條紅色鏈），最后構(gòu)成兩個 DNA因為在此過程中遵循堿基互補 配對原則，這兩個 DNA與原來的DNA應(yīng)該是相同。4 22 師：聽起來都很有道理。那么DNA復(fù)制到底是怎樣的，是兩種假設(shè)中的其中一種，還是兩種假設(shè)同時進(jìn)行？23.生：（思考）難以選擇。24 師：DNAM制是微觀的，很難觀察。那我現(xiàn)在給你一些實驗材料，你設(shè)計一個實驗驗證一下你的假設(shè)到底哪種正確，可以嗎？25 .生：可以。141526 .師：我所給的實驗材料有：含N的DNA的大腸桿

7、菌若干、含N的DNA的大腸桿菌若干、含14N脫氧核苷酸的培養(yǎng)基若干、含 15N脫氧核苷酸的培養(yǎng)基若干、提取DNA的各種試劑和器材、離心機、離心管。（假設(shè)：大腸桿菌 DNA復(fù)制一次的時間設(shè)為 a）27 .生：我想想。（3 5分鐘后）我是這樣設(shè)計實驗的：實驗分為兩組：將含14N的DNA的大腸桿菌和含15N的DNA的大腸 桿菌分別培養(yǎng)在含15N脫氧核苷酸的培養(yǎng)基和 14N脫氧核苷酸的培養(yǎng)基上，分別培養(yǎng)a段時間。實驗結(jié)束，分別從培養(yǎng)基中提取DNA用離心機進(jìn)行離心，觀察各個離心管中是否發(fā)生DNA分層現(xiàn)象。28 .師：你預(yù)測的結(jié)果是怎樣的？5 29.生：假如離心管中沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，則說明符合假設(shè)；假如離

8、心管中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，貝U說明符合假設(shè)。30.師：很精彩。但是你有沒有想過，當(dāng)離心管中沒有出現(xiàn)和或出現(xiàn)分層現(xiàn)象時，DNA在離心管中的位置分別是怎樣的？31 .生：這個沒有想過。32.師：那么，在你的兩種假設(shè)下，DNA在離心管中出現(xiàn)的位置有沒有特殊性呢？33.生：我再想想。（3 5分鐘后）我把實驗改成這樣：在剛才實驗的基礎(chǔ)上再增加一個對照組。對照組又分為兩小組：將含14N的DNA的大腸桿菌和含15N的DNA的大腸桿菌分別培養(yǎng)在含 14N脫氧核苷酸的培養(yǎng)基和 含15N脫氧核苷酸的培養(yǎng)基上，分別培養(yǎng)a段時間。實驗結(jié)束，分別從培養(yǎng)基中提取DNA用離心機進(jìn)行離心，觀察各個離心管中DNA的位置。1呷的醐對照

9、組t1刼的培養(yǎng)基（注釋：右圖是教師在11郎的培養(yǎng)貳學(xué)生陳述中所畫）呻的DNAI實槪組：II1蒯的曙養(yǎng)甚的培養(yǎng)辛34 師：那你預(yù)測的實驗結(jié)果是怎樣的？35. 生：假如離心管中沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且實驗組間位置，則說明符合假設(shè)；假如離心管中出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且實驗組 置一半位于對照1的位置，一半位于對照組DNA在離心管中的位置正好處在對照組的中DNA在離心管中的位2的位置，則說明符合假設(shè)。It ft*假設(shè)36. 師：真是太精彩了。在 1958年，Meselson是正確的。37. 生：太好了。38師：現(xiàn)在我們可以說，DNA的復(fù)制是以親代成的子代DNA中含有一條母鏈和一條子鏈。Stehl也是如此設(shè)計實驗的，

10、證明了你的假設(shè)DNA分子的每一條鏈為模板合成兩個子代DNA形我們把這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。（注釋：下圖是教師在學(xué)生陳述中所畫）8946 .生:47 .師:48 .生:49 .師:50 .生：51 .師：39 .師：如你所想，DNA復(fù)制過程中需要什么條件？40.生：模板（DNA的每一條鏈）、原料（脫氧核苷酸）、能量（ATP、酶（各種酶）。41 師：為什么需要這些條件？42.生：DNA的每一條鏈作為模板，使 DNA精確復(fù)制成為可能；合成新的DNA過程中需要脫氧核苷酸作為原料；DNA在解開雙螺旋和合成新的脫氧核苷酸鏈的過程需要消耗能量和各種酶（例女口：解旋酶、DNA連接酶等）。43 .師：說的很

11、有道理。但是還有一個小問題沒有解決。44 .生：什么問題？45.師：你在陳述假設(shè)時說“當(dāng)DNA復(fù)制時，先是解開雙螺旋，然后根據(jù)堿基互補配對的原則進(jìn)行復(fù)制。但是在生物體內(nèi)最短的DNA也大約有4000個堿基對，當(dāng)DNA把所有的堿基對先解開,然后再進(jìn)行復(fù)制，你認(rèn)為會有什么弊端或會發(fā)生什么意外？浪費時間或者可能會更容易發(fā)生斷裂，從而產(chǎn)生復(fù)制的誤差。那么你認(rèn)為復(fù)制過程應(yīng)該是怎樣的？邊解旋邊復(fù)制。為什么？既省時有精確。到現(xiàn)在為止，你所了解的DNAM制是怎樣的過程？52.生：有絲分裂間期和減數(shù)第一次分裂間期，細(xì)胞中DNA邊解開雙螺旋以兩條脫氧核苷酸鏈為模板，根據(jù)堿基互補配對的原則，利用細(xì)胞中所含有的脫氧核苷

12、酸、酶和能量，邊進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制形成的子代DNA中含有一條母鏈和一條子鏈。53 .師：非常好。那么，DNA通過這樣的復(fù)制有什么意義？54. 生：使遺傳信息從親代傳遞給了子代，從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。55. 師：很好。你已理解了所有有關(guān)DNAM制的知識。請你看 DNAM制的動畫過程。56 .生：好的。四. 教學(xué)過程分析1 在1至4對話中，教師為了更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)DNAM制，讓學(xué)生回顧原先已經(jīng)知道 DNA結(jié)構(gòu)。為后面對話所需要的有關(guān) DNA勺復(fù)制確定了初始目標(biāo)。2 在5到18對話中，教師通過DNA如何保持連續(xù)性的提問，弓I導(dǎo)學(xué)生回憶已有知識，發(fā)現(xiàn)新的問題。3 在19到21對話中，教師通過提供實

13、物模型（不同顏色的電線），促使學(xué)生構(gòu)建一個有關(guān) DNA是如 何復(fù)制的假設(shè)。4 在 22 到 28 對話中，教師建立了新的目標(biāo)，即在學(xué)生建立了兩個假設(shè)的基礎(chǔ)上，教師提供實驗材 料，并建議學(xué)生用實驗來驗證假設(shè)及對實驗結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。5 在29到32對話中，學(xué)生一開始偏離了教師的目標(biāo)，然而教師利用“兩種假設(shè)下的DNA在離心管中的位置有沒有特殊性？”的提問，引導(dǎo)學(xué)生走上如何正確觀察實驗結(jié)果的方向。6 在33到37對話中，在學(xué)生得出正確的實驗方法，并正確預(yù)測的兩種假設(shè)下DNA在試管中位置的前提下，教師提出前人已做的實驗及實驗結(jié)果，肯定了學(xué)生的驗證實驗，并讓學(xué)生修正自己的假設(shè)。7 在38到42對話中，教師進(jìn)一步建立了新的目標(biāo)，即讓學(xué)生思考DNA復(fù)制所需要的條件。8 在43到50對話中，教師通過質(zhì)疑來鼓勵學(xué)生不要接受現(xiàn)成的結(jié)論，進(jìn)一步修正DNA復(fù)制過程的特點。9 在51到56對話中，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)DNA復(fù)制過程。并用動畫加以強化，使學(xué)生完成由感性到理性知識的過渡，達(dá)到突出重點、突破難點的目的。在2 9 教學(xué)過程中，