3.1 DNA是主要的遗传物质 教学设计 高中生物人教版必修1

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基于生物学学科核心素养下《DNA是主要的遗传物质》教学设计一、课标分析减数分裂”和“受精作用”是“模块2·遗传与进化”中“遗传的细胞基础”教学内容的重要组成。重要概念：概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。子概念：亲代遗传给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上。核心概念：遗传信息控制生物性状。学业要求：学生完成本模块学习后，应该能够结合DNA双螺旋模型，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，以及通过复制、转录、翻译等过程传递和表达遗传信息。二、教材分析“DNA是主要的遗传物质”一节是新课标教材人教版必修2第3章第1节的内容，是在前面学习了有关细胞学基础(有丝分裂、减数分裂和受精作用)、阐明了染色体在前后代遗传中所起的联系作用、分析了染色体的主要成分是DNA和蛋白质的基础上来学习的。在相当长的时间里，人们一直把蛋白质作为遗传物质，那么，遗传物质是DNA还是蛋白质呢？教材在此埋下伏笔，然后通过两个经典实验证明了DNA是遗传物质，最后列举少数生物只有RNA而没有DNA的事实，得出“DNA是主要的遗传物质”这一结论。本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材。在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。三、学情分析通过前面的学习，知识层面：学生已经具备了有丝分裂、减数分裂和受精作用等细胞学基础知识，了解了生物生殖发育过程，掌握了染色体、蛋白质与DNA的化学组成等相关知识，熟悉同位素标记技术生物科学研究中的应用，为新知识的学习奠定了认知基础，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善。心理层面：根据皮亚杰的心理发展理论，高中生属于形式运算阶段（12岁以后），该阶段的典型特征是抽象思维的发展与完善。高二的学生已经具备了一定的科学探究思想和理性思维能力，能自主阅读教材并获得相应的知识。因此本节课应在使学生把握相关知识的基础上，注重培养学生的科学探究能力和理性思维。交往层面： 高中生正处于学习基础知识和基本技能、了解社会、探索人生的重要发展阶段，高中生的所有活动都是在与他人交往的过程中进行的，良好的人际交往对高中生的健康成长起着积极的作用。与此同时，高中生的自我意识也在逐渐完善。因此教师在教学过程中不仅要注重引导学生积极互动，共同发展，培养学生的合作探究能力。还应注意培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，促进学生在教师的指导下主动地、富有个性的学习。四 、知识目标（一）科学思维1.知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”是研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，也是目前自然科学研究的主要方法。2.分析证明DNA是主要的遗传物质的实验思路。3.总结“DNA是主要的遗传物质”的科学探索过程。（二）情感态度1.通过总结DNA是遗传物质的科学探索过程，学习科学家善于总结他人经验、在工作中互相合作，严谨求实的科学态度以及对真理追求不懈的科学精神。2.遗传物质主要是DNA，也有RNA，强调了生命的物质性，树立辩证唯物主义世界观。3.认同科学与技术的关系，二者相互促进，相辅相成。（三）社会责任当科学研究面对质疑时，具有开展生物学社会时间的意愿和社会责任感。（四）生命观念通过观察到的生物性状多样性的生命现象，联系蛋白质和DNA结构的多样性，形成结构和功能观的生命观念。五、 教学重点1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程。2.噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。六 教学难点1.肺炎双球菌转化实验的原理和过程。2.如何理解DNA是主要的遗传物质。3.探究科学发现过程来学习科学研究方法。七 、教学策略由“问题探讨”所呈现的曾经在科学界争论很长时间的问题­──“DNA和蛋白质究竟哪个是遗传物质？”引入新课，让学生思考如何对这一问题进行研究，培养他们分析问题和解决问题的能力，激发他们了解科学家当年的研究过程和方法的兴趣。通过重温科学家的探究历程，领会实验选材的巧妙、思维的严谨和实验方法的科学；通过实验结果的分析理解DNA是主要的遗传物质。八 、教学手段根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，本节课采用“引导探究”教学模式，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程，进行分析、讨论、归纳和总结。“引导探究”教学模式流程: 设疑导入→引导探索→归纳总结→拓展升华九、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图引入新课 教师带领学生回顾遗传学从诞生到细胞遗传学的研究发展过程，引出问题：遗传物质是蛋白质还是DNA？学生根据学习任务单上提供的材料，通过分析推理的思维过程，对材料进行分类判断，列举出支持蛋白质是遗传物质或者支持DNA是遗传物质的证据。回顾历史，找到研究方向，激发探究愿望。使学生体验用事实或材料作为证据支撑观点的科学思维方式。 新知学习1.格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验提出问题串：第一、二两组实验对比得出什么结论？对比第二、三组实验，说明什么？第四组小鼠做了怎样的实验处理？实验结果是什么？第四组小鼠为何死亡？死亡小鼠体内能分离出S型活菌，说明什么？推测导致小鼠死亡的S型活菌是从哪里来的？得出推论：加热致死的S型细菌，含有某种物质，能把无毒的R型活菌转化为有毒性的S型活菌。我们把这种物质叫做“转化因子”。引导学生思考该转化因子究竟是什么呢？该如何验证呢？  同学们思考并回答：S型细菌具有致病性 同学回答;加热致死的S型细菌没有致病性学生以小组为单位进行讨论得出结论。通过合理的逻辑推理过程得到结论：已加热杀死的S型菌中必然含有某种促成这一转化的活性物质。          通过问题引导回顾对照实验、自变量处理、实验结果、实验结论等科学探究基本技能。认识到体内转化实验到体外转化实验的进步。    新知学习2．艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验讨论问题串：第一组将加热杀死的S型菌细胞提取液与R型活菌混合培养，实验结果是培养皿中长出了S型活菌。这说明什么？第二至四组用蛋白酶或RNA酶、酯酶分别处理S型菌的细胞提取液，之后再与R型活菌混合培养，本实验中蛋白酶、RNA酶、酯酶的作用是什么？这利用了酶的什么特点？第一至四组的实验结果为什么既有R型菌，又有S型菌？第五组，用DNA酶处理S型菌的细胞提取液之后再与R型活菌混合培养，为什么培养皿中只有R型菌？实验结果说明什么？引导学生概括本实验结论：DNA可能是转化因子。但是应引导学生认识到：艾弗里转化实验所提取的DNA中仍然含有极少量的蛋白质。因此人们认为不能完全排除蛋白质的作用。那怎样才能将蛋白质与DNA彻底分开呢？1952年科学家赫尔希和蔡斯利用T2噬菌体（一种病毒）作为实验材料完成了一个非常有说服力的实验。   同学回答：加热致死的S型细菌含有某种物质，能把无毒的R型活菌转化为有毒性的S型活菌。同学回答：利用了酶的专一性。    同学回答：因为蛋白质、RNA和酯类都不能使R型细菌转化为S型细菌。  学生通过合理的逻辑推理过程得出结论：DNA可能是转化因子。艾弗里转化实验所提取的DNA中仍然含有极少量的蛋白质。因此人们认为不能完全排除蛋白质的作用。      学习分析实验处理与实验结果之间的逻辑关系，推理得出实验结论：DNA是转化因子。        新知学习3.噬菌体侵染细菌实验及相关分析讲解：噬菌体的结构和生存方式。 安德森等科学家对噬菌体失活的研究。赫尔希和蔡斯的工作实验方案讨论：假说演绎的分析过程①如何“追踪”蛋白质分子和DNA分子，看它们是否注入大肠杆菌? ②选用何种元素对蛋白质分子和DNA 分子进行标记? 如何标记？能否同时标记? ③多长时间后进行放射性检测较为适宜? ④怎样使噬菌体外壳从大肠杆菌表面脱落下来，以便于检测?⑤观察到什么现象才能说明侵入细菌的只有噬菌体的DNA？对实验结果进行分析（1）搅拌处理的曲线和数据分析 搅拌可以把80% 左右的35 S 剥落下来; 在这些硫释放的同时，只有30% 左右的噬菌体32P 释放出来。（3）亲代噬菌体向子代噬菌体的传递赫尔希和蔡斯通过搅拌、离心、免疫沉淀等多种方法处理，最终确定含放射性硫35蛋白质外壳未进入细菌，之前论文的报道是错误的。含放射性磷32标记的DNA控制产生的子代噬菌体中，所含的放射性达到亲本的30% 以上。所以赫尔希和蔡斯推断: 含硫蛋白质在噬菌体增殖中不起作用，而DNA 起作用。   学生以小组为单位对每个问题进行分析讨论从而一步步得到实验结果。了解实验材料的特点，理解其优于化学提纯的方便之处。  同学回答：同位素示踪法      学生分析实验结果，并解释原因，理解采用搅拌和离心的作用分别是：搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。
离心的目的是让上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。     学生进一步分析细节，分析搅拌是否充分、培养时间长短对实验结果的影响，认同实验现象的理想情况与实验的真实情况有时会存在细微的差别的意义。    引导学生回忆、迁移必修1相关技术。引导学生思考实验设计思路，遵循实验设计的单一变量原则。感悟生物技术对研究的推动作用。          感悟科学结论的得出需要严谨的实证。呈现原始文献中的部分数据和结论，感悟科学实证的收集需要多角度完成。   小结提升总结反思：梳理生物的遗传物质，形成“绝大多数生物的遗传物质是DNA”的共识。概括认识：DNA是使细菌产生稳定遗传变化的物质。科学方法技术在研究中的重要作用学生在老师的引导下得出结论：由于绝大多数生物既有DNA，也有RNA，此时DNA是遗传物质；只有在没有DNA，只有RNA情况，RNA才充当遗传物质。所以，DNA是主要遗传物质。 科学概念的形成；科学探究方法的提升；科学精神与态度的感悟。课后作业练习与应用 复习巩固十、教学反思：