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时间:2018-11-19
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1、基于回溯推理的“DNA的复制”课堂教学 摘要叙述教师在“DNA的复制”一节教学中有意识地运用回溯推理法,贴近学生实际,引起他们的共鸣,唤起他们的参与意识,取得良好的教学效果。 关键词回溯推理DNA复制课堂教学 中图分类号G633.91文献标志码B “DNA的复制”一节在教材中占有十分重要的地位,同时由于其过程较微观、抽象,学生往往较难理解。在实际教学中,笔者借助回溯推理的方法,通过由果溯因的推理,在让学生体味科学思维方法的同时,加深对课本知识的理解。 1课堂实录 师(屏幕上出现2个完全一样的DNA双螺旋结构模式图):屏幕上这两个DNA分子,它们看起来很像,但如
2、果我告诉大家,它们是两个不同的DNA分子,那么你认为它们的不同表现在哪里? 生:碱基排列顺序可能不同。 师:很好。我们已经知道,在细胞有丝分裂间期,必须完成DNA分子的复制,复制的结果是什么? 生:形成2个完全一样的DNA分子。 师:(课件显示复制结果)对。那么,完全一样的关键是什么? 生:碱基排列顺序完全相同。 师:现在问题来了:DNA分子为双螺旋结构,且碱基位于螺旋的内侧,你认为在复制过程中怎样才能读出碱基的排列顺序? 学生表现出茫然的神情。 师:(启发)比如有一条名牌拉链,它的链牙很有特色,但现在它正处于闭合状态,我们该如何研究它? (学生热烈讨论
3、,教师适时引导) 生1:DNA要准确复制,应该先把双链解开。 生2:在此之前,螺旋应该先解开。 师:解开以后的两条链一样吗?(生:不一样,它们是互补关系)那么,把螺旋和双链解开后,DNA要如何复制?是否如磨钥匙一般,由每一条链为模板“磨”出另一条完全一样的链? 生:不大可能。“磨”出两条一模一样的链,它们无法组成双链。复制形成的应该是互补链比较合理。 师:怎么保证新形成的链与原来的链互补? 生:碱基互补配对原则。 师:好,根据刚才几位同学的推断,DNA复制过程大致是这样的:①解开螺旋;②解开双链;③以解开的每一条链为模板,按照碱基互补配对原则形成互补链,对吗
4、? 生:对。 师:大家的设想看起来很合理。那么,要完成这些过程,需要细胞提供什么条件?如果提供相应的条件,DNA能不能在体外完成复制呢?其实,早在1956年,美国生物化学家康贝格已经首次在试管中人工合成DNA。[课件显示:实验一:把大肠杆菌提取液加入到具有4种丰富的脱氧核苷酸的人工合成体系中。结果未发生DNA的合成。实验二:再加入少量DNA做引子以及ATP后,再放在适宜的温度和pH条件下培养一段时间,测定其中的DNA含量。结果,DNA数量增加了,且这些DNA的(A+T)/(C+G)的比值与所加入的DNA相同。] 师:请根据以上实验结果推测DNA复制需要哪些条件,并说
5、明理由。 生1:DNA复制需要模板。因为加入少量DNA做引子后才有DNA数量的增加,这些“引子”应该就是模板。 生2:DNA复制应该需要酶的催化,因为需要适宜的温度和pH条件。奇怪,怎么没有加入酶? 师:你的推断非常正确,DNA复制确实需要酶的催化,酶就存在于大肠杆菌提取液中,它叫做DNA聚合酶。同学们也可以想一想这种酶的作用是什么。 生3:DNA复制是一个耗能的过程。理由是需要ATP。 生4:四种脱氧核苷酸应该是复制的原料。 生5:新形成的DNA结构应该与原来的DNA相同,因为它们的(A+T)/(C+G)的比值与相同。 师:通过刚才几位同学的推理,我们对D
6、NA的复制过程已经有了初步的概念了。下面我们一起总结一下DNA复制所需的条件(边总结边板书):①模板:以解开的每条单链分别作模板;②原料:四种脱氧核苷酸;③能量:由ATP提供;④酶:DNA聚合酶。 师:还有几个小问题需要进一步完善:①DNA的复制是以解开的每一条链为模板形成互补链,根据上节课我们所学的DNA两条链的关系以及两条链上碱基的连接方式,作为原料的脱氧核苷酸是怎么连接形成新链的?新合成的DNA怎么才能保证与原来一样?黑板上有DNA一条链的片段,我们请一位同学把复制结果补充完整。 学生板画(略)。 师:②DNA复制时首先要把两条螺旋的双链解开,包括使碱基之间的
7、氢键断裂,这一过程称之为解旋。这一过程在体外一般可以通过加热实现。想一想,在细胞中如何解旋? 生:应该要有酶的催化。 师:对。这种酶叫解旋酶。所以DNA复制过程所需的酶可不止DNA聚合酶一种,还要有解旋酶等(补充板书)。 师:③某DNA分子长36mm,已知DNA复制速度约为4μm/min,也就是说完成该DNA的复制约需要9000min,再加上解旋的时间,应该远高于这个数值,但实际复制过程却仅用了40min。试推断DNA复制过程快的原因。 师生共同总结:①边解旋边复制;②多起点分段复制。 师:④根据本节课的分析,我们知
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