探究?实践 DNA的粗提取与鉴定教案

课程名称	课时安排	教学类型	授课对象
高中生物学：探究·实践 DNA 的粗提取与鉴定	45分钟	新授课	高三普通城市校学生（中等生为主体，基础分化明显）

教材版本	授课教师	教学主题	课标依据
（未指定，按课程标准通用实验主题）	__________	借助溶解度差异与颜色反应，实现 DNA 的分离、析出与鉴定	生命观念、科学思维、探究实践、态度责任

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一、教材分析

本课题是高中生物课程中遗传信息分子基础模块的重要实验内容。学生在前面已经学习了 DNA 双螺旋结构、DNA 作为主要遗传物质的功能以及细胞核、细胞膜等结构，知道 DNA 主要分布在细胞核中，真核细胞的线粒体、叶绿体中也含有少量 DNA。本课将把这些知识从“课本上的分子”转变为“可以操作、可以观察”的实验对象，帮助学生理解 DNA 并不是抽象符号，而是一种能够被分离、纯化并通过颜色反应加以检验的化学实体。

本课在知识体系中具有承上启下的作用。“承上”体现在：学生需要调用 DNA 的分布、染色质（染色体）的组成、细胞膜的选择透过性、酶的作用特性等知识，才能理解实验材料选择和步骤设计；“启下”体现在：DNA 的粗提取技术是后续学习基因工程、PCR 技术、分子杂交等应用技术的方法基础。PCR 所需模板 DNA 的获取，正是从细胞中提取并纯化 DNA 的过程，本课让学生对这一过程建立直观认识，为后续技术学习降低难度。

本课还承载着明显的科学思维训练价值。学生需要在“破碎细胞—溶解 DNA—低盐析出—冷酒精纯化—二苯胺鉴定”的流程中，不断比较 DNA 与蛋白质、RNA 在物理和化学性质上的差异，理解每一步操作背后的原理。这不仅是操作技能的学习，更是“基于证据进行推理”“对变量进行分析与控制”的科学思维训练。因此，本课应把重点放在概念建构和方法的理解上，不宜只做机械记忆，也不宜过早陷入大量习题训练。

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二、学情分析

本课授课对象为普通城市校高三学生，班级学业水平两端分化明显，中等生是主体。高三学生已经具备一定的抽象思维能力和实验分析素养，能够在教师引导下从“细胞中有什么物质”走向“如何把这些物质分离开”。但是，由于学生来自不同家庭，课外科学阅读和实验经历差异较大，部分学生对“溶解度”“盐析”“显色反应”等概念仅停留在记忆层面，不能灵活迁移。

从已有知识看，大部分学生能说出 DNA 双螺旋结构的基本特征，知道 DNA 是主要遗传物质，也能辨认细胞核、线粒体等结构。但他们对“DNA 在细胞中究竟以什么状态存在”“DNA 与蛋白质如何结合成染色体”“怎样把 DNA 从细胞中单独取出来”缺乏直观经验。学生经常在生活化层面说出“亲子鉴定”“刑侦破案”等关键词，一旦追问“为什么能用一滴血做亲子鉴定”，就难以用科学原理表达。

学生可能遇到四类主要障碍。第一，混淆“DNA 的溶解”和“DNA 的析出”，误以为加入 2 mol/L NaCl 是为了破坏 DNA，而不是增大 DNA 的溶解度。第二，混淆“冷酒精析出”与“二苯胺沸水浴鉴定”两个环节，以为两种试剂可以互换或同时使用。第三，忽视实验材料选择背后的细胞学依据，例如不清楚鸡红细胞有细胞核而人成熟红细胞无细胞核。第四，不理解“加蒸馏水”的目的，容易把稀释过程简单理解为“加水让 DNA 更纯”，而不是降低 NaCl 浓度使 DNA 溶解度下降。

因此，教学设计应兼顾直观操作与原理归纳，用演示实验建立感性认识，用对比表格和同伴互述突破易混点，并设置基础与提高双层作业，满足不同学生的需求。

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三、教学目标（核心素养导向）

1. 【对应核心素养：科学思维】知识与技能目标： 通过比较 DNA 与蛋白质、RNA 在溶解度和酶耐受性上的差异，学生能解释 DNA 粗提取中“高盐溶解、低盐析出、冷酒精纯化”的试剂选择依据；能用自己的话描述 DNA 由溶解到析出的条件变化，并能举例说明“DNA 不溶于冷酒精”在实际操作中的应用。

2. 【对应核心素养：探究实践】过程与方法目标： 通过观察或模拟“破碎细胞→过滤→溶解→析出→纯化→鉴定”的全过程，学生能描述每个步骤的操作目的；能区分“DNA 析出”和“DNA 鉴定”两个环节所用试剂与条件的不同，并举例说明某一步骤操作不当可能导致的后果。

3. 【对应核心素养：生命观念】情感态度/价值观目标： 通过联系 DNA 在真核细胞中的分布规律和遗传功能，学生能解释为什么常选用鸡血或洋葱作为提取材料而不用人成熟红细胞；能举例说明“结构与功能相适应”的生命观念在生物技术中的应用，并能表达对 DNA 信息隐私的尊重。

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四、教学重难点

类别	要点
教学重点	① 理解 DNA 粗提取的整体流程：破碎细胞→溶解 DNA→低盐析出→冷酒精纯化→二苯胺沸水浴鉴定。 ② 理解 DNA 与二苯胺在沸水浴条件下变蓝的鉴定原理。
教学难点	① 区分“DNA 析出”与“DNA 鉴定”两个环节的试剂选择与条件差异：析出用体积分数为95%的冷酒精，鉴定用二苯胺并需沸水浴加热。 ② 理解 2 mol/L NaCl 和蒸馏水的配合使用如何使 DNA 析出，纠正“加入 NaCl 会使 DNA 变性破坏”的误解。

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五、教学资源与准备

教师准备：

• 多媒体课件：DNA 双螺旋结构模型图、亲子鉴定/刑侦情境图、DNA 粗提取实验微课视频。
• 实验器材与试剂：鸡血细胞液、2 mol/L NaCl 溶液、蒸馏水、体积分数为95%的冷酒精、二苯胺试剂、沸水浴装置、玻璃棒、纱布、漏斗、烧杯、量筒。
• 安全提示：二苯胺试剂有一定毒性，加热时使用沸水浴，防止烫伤；实验废液统一回收处理。

学生准备：

• 课前复习 DNA 分子结构、细胞膜和细胞核的结构，回忆“哺乳动物成熟红细胞没有细胞核”这一知识点。
• 准备实验记录本，用于记录观察到的现象和提出的问题。
• 不要求提前做大量资料查找，重点带着“DNA 到底怎么从细胞里被取出来”这个问题进入课堂。

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六、教学过程（总时长 45 分钟）

环节1：情境导入（生命现象联系，激发探究兴趣）（5分钟）

教师活动：

教师展示 DNA 双螺旋结构模型，同时播放一段刑侦题材影视片段或出示亲子鉴定报告单，提出问题：“我们常说 DNA 是遗传物质，它究竟藏在细胞里的什么位置？为什么只需要一滴血迹、一根头发，就能做亲子鉴定？”学生回答后，教师继续引导：“现在假设你面前有一杯鸡血细胞液，里面除了 DNA 以外，还有蛋白质、脂质、RNA 等物质。要单独把 DNA 取出来，你会从哪里下手？”教师听取 2—3 名学生的猜测，不急于判断对错，而是将关键词写在黑板中央：DNA“藏在细胞里→需要破碎细胞→需要分离杂质→需要证明它是 DNA”。教师追问：“鸡血的红细胞和人的红细胞都有细胞核吗？这个问题我们等会儿用实验回答。”接着揭示课题：“今天我们就来体验一个类似法医的工作——DNA 的粗提取与鉴定。”

板书要点： 中央写“DNA 的粗提取与鉴定”；左侧写“细胞核/染色体/蛋白质杂质”；右侧写“破碎→分离→鉴定”。

学生活动：

学生观察图片和模型后回答：“DNA 主要在细胞核里。”有学生补充：“线粒体里也有 DNA。”当教师出示鸡血细胞液时，有学生提出：“血液是液体，是不是直接离心就能拿到 DNA？”另一名学生不同意：“离心只能把血细胞和血浆分开，不能把 DNA 和蛋白质分开。”教师追问“那应该怎么办”，学生开始提出“要把细胞弄破”“可以用水让细胞胀破”“加东西让 DNA 沉淀出来”等想法。学生对“鸡血和人的血有何不同”表现出疑惑，为后续学习埋下问题。

设计意图：

从生活情境和科学史切入，把抽象的分子实验转化为“如何从细胞里取东西”的真实问题，激发学生探究兴趣。通过课前问题暴露学生已有认知，为后续概念建构提供起点。

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环节2：问题驱动（提出核心探究问题）（8分钟）

教师活动：

教师用问题串推进：“要从细胞中提取 DNA，首先需要解决哪些问题？”学生说出“要破碎细胞”后，教师回应：“很好，这是第一关：DNA 藏在细胞里，不破碎细胞就取不出来。”接着追问：“细胞破裂后，DNA 和蛋白质、RNA 混在一起，又该怎么办？”学生在讨论中自然生成三个子问题，教师逐一板书：

① 如何破碎细胞结构？ ② 如何去除蛋白质等杂质，使 DNA 与它们分离？ ③ 如何证明提取到的物质就是 DNA？

随后教师提出材料选择问题：“如果给你鸡血、猪血、洋葱三种材料，你选哪一种？为什么？”学生回答后，教师补充关键信息：“鸡的红细胞有细胞核，哺乳动物成熟红细胞没有细胞核，所以鸡血中 DNA 含量比猪血高；洋葱根尖细胞有细胞核，但植物细胞有细胞壁，需要研磨破坏。”教师进一步提问：“破碎细胞时，动物细胞和植物细胞的方法会一样吗？”引导学生说出动物细胞可用低渗吸水胀破，植物细胞需研磨或加石英砂。

板书要点： 左侧写“子问题1/2/3”；中间写“材料选择：鸡血（有核）/洋葱（有壁→研磨）”；下方写“目的：释放DNA”。

学生活动：

学生小组讨论 2 分钟后汇报：“可以用研磨的方法弄破细胞”“可以加清水让细胞吸水胀破”“加酒精可以把 DNA 沉淀出来”“加盐也许能把 DNA 和蛋白质分开”。谈到材料选择时，有学生凭直觉认为“猪血比鸡血多，应该选猪血”，立即有学生反驳：“猪血是哺乳动物血，成熟红细胞没有细胞核，DNA 很少。”教师追问“那为什么不用人的血液做实验”，学生笑道：“不卫生，也不好获取。”在教师引导下，学生认识到实验材料选择不是随手拿来的，而是依据细胞结构和 DNA 含量作出的理性判断。

设计意图：

将复杂的实验任务拆解为三个可探究的子问题，训练学生的问题拆解能力。通过材料选择的讨论，让学生体会“结构与功能相适应”的生命观念，同时为实验步骤的理解搭建思维支架。

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环节3：实验/观察（探究过程，数据收集）（12分钟）

教师活动：

教师用实物演示与微课视频相结合的方式展示 DNA 粗提取的关键步骤。每进行一步，都停下来提问：

第一步，向鸡血细胞液中加入蒸馏水，教师问：“加蒸馏水的目的是什么？”学生答“让细胞吸水胀破”后，教师指出：“这是利用渗透作用，使细胞膜破裂，DNA 从细胞核中释放出来。”

第二步，用纱布过滤，教师问：“这一步去掉的是什么？”学生答“细胞碎片和部分杂质”。教师强调：“滤液中仍然有 DNA、RNA 和蛋白质，还需要继续分离。”

第三步，加入 2 mol/L NaCl 溶液，教师问：“加入高浓度 NaCl 是要把 DNA 破坏掉吗？”学生齐答“不是”。教师解释：“DNA 在 2 mol/L NaCl 溶液中溶解度较大，加 NaCl 的目的是让 DNA 充分溶解，便于后续操作。”

第四步，向滤液中慢慢加入蒸馏水，教师问：“为什么加水？”学生回答后，教师明确：“加水使 NaCl 浓度降低，当浓度接近 0.14 mol/L 时，DNA 溶解度最低，会呈丝状物析出。”

第五步，用玻璃棒缠绕 DNA 丝状物，并放入体积分数为95%的冷酒精中，教师问：“为什么用冷酒精而不用温水？”学生回答后，教师强调：“DNA 不溶于酒精，冷酒精可以进一步让 DNA 析出，同时低温能降低 DNA 酶活性，减少 DNA 降解。”

第六步，取少量 DNA 溶于 2 mol/L NaCl 溶液，加入二苯胺试剂，放入沸水浴加热，教师问：“这个步骤能不能放到冰水里？”学生摇头，教师总结：“DNA 与二苯胺需要在沸水浴条件下才能产生蓝色反应，这是鉴定 DNA 的化学方法。”

板书要点： 中央写实验流程：破碎→过滤→2 mol/L NaCl 溶解→加水低盐析出→冷酒精纯化→二苯胺沸水浴鉴定；右侧写关键现象：丝状物、蓝色反应。

学生活动：

学生边观察边记录，看到加蒸馏水后鸡血细胞破裂、液体变浑浊，滤液逐渐变清；看到玻璃棒上缠绕出白色丝状物时发出惊叹；看到二苯胺沸水浴后溶液变为蓝色时，能立即说出“这是 DNA 的鉴定反应”。有学生提出疑问：“如果不加冷酒精，直接加二苯胺能不能看到蓝色？”教师反问：“你觉得酒精和二苯胺的作用一样吗？”学生想了想回答：“不一样，酒精是把 DNA 捞出来，二苯胺是证明它。”学生在记录表上写下“丝状物=DNA 析出”“蓝色=DNA 鉴定”两个关键现象。

设计意图：

通过直观实验现象建立感性认识，让学生先看到“ DNA 出现了”“DNA 变蓝了”，再在下一环节追问“为什么”，使抽象原理获得事实支撑。观察活动也训练学生收集证据、记录现象的实验素养。

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环节4：概念建构（归纳分析，形成生命观念）（12分钟）

教师活动：

教师引导学生在黑板左侧画出一张对比表：“DNA 析出”与“DNA 鉴定”两个环节在试剂、条件、原理、现象四个方面的差异。教师先带领学生填写前两行，再请学生补充后两行。教师追问：“为什么二苯胺鉴定需要沸水浴？”学生回答“加热才能反应”后，教师进一步解释：“颜色反应需要提供能量，沸水浴能让 DNA 与二苯胺充分发生反应，常温下反应极慢，几乎看不到明显颜色。”教师再问：“如果把冷冻的 95% 酒精用来鉴定，结果会怎样？”学生笑答“不会变蓝，只会看到白色絮状物”。教师总结：“析出和鉴定是两回事。析出解决‘DNA 在哪里’的问题，鉴定解决‘它到底是不是 DNA’的问题。”

教师还组织学生展开“30 秒同桌互述”：用自己的话向同桌解释“冷酒精析出”和“二苯胺沸水浴显色”的区别。教师巡视时重点倾听中等生的表达，发现表述不清的学生及时提醒：“要说清试剂名称、温度条件和观察到的现象。”

板书要点： 左表写“析出：冷酒精、低温、DNA不溶于酒精、白色丝状物”；右表写“鉴定：二苯胺、沸水浴、颜色反应、蓝色”；下方写关键词“溶解度变化”“化学显色”。

学生活动：

学生先独立完成对比表，再同桌互述。一名学生举例说：“如果我把二苯胺加到冷酒精里，肯定不能鉴定 DNA，因为二苯胺要加热才变蓝。”另一名学生补充：“加蒸馏水不是为了让 DNA 更纯，而是为了降低盐浓度，让 DNA 从溶液里析出来。”有学生提出自己的困惑：“为什么 DNA 在 2 mol/L NaCl 里溶解，加了水反而会出来？”教师引导全班用“溶解度曲线”解释，该学生恍然大悟：“浓度太高和太低都不利于析出，0.14 mol/L 附近最合适。”通过互述和纠错，学生能够用自己的话解释原理，而不是机械背步骤。

设计意图：

通过同桌互述、概念辨析，突破“析出”与“鉴定”的易混点，帮助学生从实验现象上升到原理理解，完成概念建构。互述活动也落实“理解”层级的目标：能解释、能区分、能举例。

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环节5：迁移应用（解释生命现象，渗透生命教育）（8分钟）

教师活动：

教师出示新情境问题：“某同学按教材操作步骤提取 DNA，最后却没有看到丝状物。请从材料处理、试剂使用、操作条件三个角度，推测可能原因并提出改进建议。”学生回答后，教师板书要点：①材料不新鲜，DNA 被 DNA 酶降解；②研磨或低渗处理不充分，DNA 没有释放；③加蒸馏水量不当，NaCl 浓度未到达 0.14 mol/L 的析出范围；④冷酒精温度不够低或浓度过低，DNA 不易析出；⑤玻璃棒缠绕过猛，DNA 被打断或没有充分收集。

教师继续追问：“PCR 技术中需要模板 DNA，和本节课提取 DNA 有什么相通之处？”学生回答后，教师补充：“都是从细胞中释放 DNA，并尽量去除蛋白质等抑制剂；只是 PCR 对 DNA 纯度要求更高。”最后，教师结合亲子鉴定进行态度责任教育：“DNA 能用于身份识别和亲缘鉴定，但 DNA 也包含个人隐私。没有法律授权或本人同意，不能随意采集、检测和传播他人 DNA 信息。”

板书要点： 下方写“失败原因分析：材料/试剂/条件”；右侧写“联系 PCR：模板 DNA”；末行写“尊重 DNA 隐私”。

学生活动：

学生分组讨论，一名学生先说：“可能是鸡血放太久了，DNA 被水解了。”另一名学生补充：“也可能是研磨不充分，细胞没有破。”还有学生提出：“酒精如果没放到冰箱里，效果会差很多。”教师追问“如果不再补水，而是继续加 2 mol/L NaCl，会怎样？”学生思考后回答：“DNA 会重新溶解，不容易析出，所以加水量要控制。”在联系 PCR 时，学生能说出“PCR 也要先提取 DNA，再去扩增”，并认识到 DNA 技术既是工具，也涉及伦理边界。学生完成课堂最后的“一句话总结”：一半学生写“DNA 析出靠溶解度变化”，另一半写“DNA 鉴定靠二苯胺沸水浴变蓝”。

设计意图：

将知识迁移到真实问题分析中，检验学生是否真正理解每一步操作的目的。通过“失败原因分析”训练因果推理能力；通过 PCR 联系科技应用；通过 DNA 隐私讨论渗透态度责任，落实育人价值。

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七、板书设计

板书区域	内容要点
中央主题	DNA 的粗提取与鉴定
左上分支	材料选择：鸡血（红细胞有核）/ 洋葱（植物细胞需研磨）
右上分支	实验流程：破碎细胞 → 过滤 → 2 mol/L NaCl 溶解 → 加水低盐析出 → 冷酒精纯化 → 二苯胺沸水浴鉴定
左分支要点	溶解度差异：DNA 在 2 mol/L NaCl 中溶解；加水至 0.14 mol/L 附近时溶解度最低，析出
右分支要点	鉴定原理：DNA + 二苯胺 — 沸水浴 — 蓝色
易错警示	析出用“95%冷酒精”；鉴定用“二苯胺+沸水浴”，两者不能互换
总结栏	核心方法：用溶解度变化分离 DNA；用颜色反应鉴定 DNA

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八、作业设计

基础作业（必做）：

1. 请用流程图或文字简述 DNA 粗提取的主要步骤，并在每一步后面标注操作目的。（预估用时：6分钟）
2. 概念辨析题：向同桌解释“DNA 析出”和“DNA 鉴定”所用试剂与条件有什么不同；如果互换试剂，你会看到什么现象？（预估用时：4分钟）

拓展作业（选做）：

1. 某同学在实验中未获得 DNA 丝状物。请从材料处理、试剂使用、操作条件三个角度列出至少 3 种可能原因，并写出改进建议。（预估用时：6分钟）
2. 举反例：请举出一种“不适合作为 DNA 提取材料”的细胞或组织，并用本节课所学原理说明理由。（预估用时：4分钟）

合计预估时长：20 分钟（若只完成基础作业，约 10 分钟；拓展作业按兴趣选做，关注学生整体学业负担。）

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九、核心公式与原理速查表

序号	公式/定理名称	LaTeX 表达式	适用范围
01	DNA 在 NaCl 溶液中的溶解规律	$\text{DNA 在 } c(\mathrm{NaCl})=2\ \mathrm{mol/L}\ \text{时溶解，在} 0.14\ \mathrm{mol/L}\ \text{时溶解度最低}$	粗提取中的溶解与低盐析出
02	低盐析出条件	$c(\mathrm{NaCl}) \rightarrow 0.14\ \mathrm{mol/L}$，DNA 呈丝状物析出	加蒸馏水降低盐浓度
03	冷酒精纯化原理	$\text{DNA 不溶于 } 95\% \text{ 冷酒精}$	进一步纯化 DNA、去杂质
04	二苯胺鉴定反应	$\text{DNA} + \text{二苯胺} \xrightarrow{\Delta} \text{蓝色物质}$	沸水浴加热鉴定 DNA
05	材料选择原则	$N_{\mathrm{DNA}} / N_{\mathrm{细胞}}$ 高的组织优先，无核成熟红细胞 DNA 含量极低	实验材料的选择与判断

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教学反思模板（课后填写）

1. 目标达成情况： 学生是否达到“理解”层级目标？能否用自己的话解释“冷酒精析出”和“二苯胺沸水浴鉴定”的区别？
2. 学生参与情况： 中等生在“同桌互述”和“失败原因分析”环节中的参与度如何？哪些问题仍需教师进一步搭支架？
3. 教学调整记录： 学生对哪些环节或概念存在困惑？是否需要在下一节课增加对比练习？
4. 下节课改进方向： 是否需要用 5 分钟重现“析出与鉴定”的辨析题？是否需要补充 PCR 中 DNA 提取的延伸材料？

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本教案由 BestTeach AI 辅助生成，依据《人工智能生成合成内容标识办法》（国信办通字〔2025〕2号）第四条标识。教师应独立审核修改后使用。