2021-2022学年高一下学期生物人教版必修2-4.2基因对性状的控制教案(表格式教案）

第2节 基因对性状的控制
一、教学指导思想：
以《普通高中生物课程标准（实验）》中的“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导研究性学习，注重与现实生活的联系。”的课程理念来设计教与学的过程。创设教学情景，激发学生的学习兴趣。教学过程中，要充分体现学生的主体地位，发挥教师的主导作用，师生在平等和谐的情景下获得知识，提升问题探究能力。
根据维果斯基的“最近发展区”理论，着眼于学生的最近发展区，学生在前几节课学习过程中，对DNA的复制、转录、翻译等过程已经有了比较深入的了解，并且对基因、性状等概念已经有了深入的认识，这些都是理解本节内容的基础，在教学中要紧紧依托这些知识。根据学生已有知识，为学生提供可以与之建构的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平，在此基础上进行下一个发展区的发展。
当代建构主义学习理论强调学习的主动性、社会性和情境性。在“中心法则的提出和发展”这部分内容的教学中加入模型建构的思想，充分调动学生学习积极性。而有关“基因、蛋白质与性状的关系”这部分知识，是学生感兴趣，又与生活实际相联系的内容。因此，教师可从学生感兴趣的内容切入，创设问题情境，引起学生的认知冲突，完成该部分内容的教学。
二、教学分析
1、教材分析
本节选自人教版高中生物必修二《遗传与进化》中第四章第二节，之前教材已经在第二章和第三章就“基因在哪里”和“基因是什么”等问题上作了详细的阐述和分析，接下来本章研究“基因是如何起作用的”。本节课在本章第1节的《基因指导蛋白质的合成》的基础上对基因如何控制性状展开分析，与教材之前的知识内容层层递进，并为解释第五章基因突变及其他变异奠定了理论基础。所以本节在教材体系上起到了结构桥梁的作用。
本节在内容上包括“中心法则的提出及其发展”和“基因、蛋白质与性状的关系”两部分内容。其中“中心法则的提出与发展”教材首先介绍了1957年，克里克提出的中心法则的内容，然后安排了一则资料分析，意图让学生根据提供的实验证据，分析最初的中心法则的不足，并作出适当的修改。使学生认识到科学是一个逐步完善的过程，科学发展是永无止境的。而“基因、蛋白质与性状的关系”这部分内容是对三者关系的总结。教材通过给出两类遗传现象的实例来加以说明，通过引导学生对遗传现象实例的分析，更容易总结出三者的关系。
2、教学目标
（1）知识目标：解释中心法则
举例说明基因与性状的关系
（2）情感态度与价值观目标：认同科学是一个逐步完善的过程，科学发展是永无止境的
（3）能力目标：尝试通过阅读、分析资料从遗传现象归纳总结出结论，提升解决问题的能力
3、教学重、难点
（1）教学重点：中心法则
基因、蛋白质与性状的关系
（2）教学难点：基因、蛋白质与性状的关系
突出重点、突破难点的方法：中心法则是本节课的重点，在这部分内容的教学中，可以先通过动画展示DNA复制、转录以及翻译等过程，通过动画让学生建构遗传信息的流动模型，并且充分运用教材中的资料分析，让学生分组讨论并对克里克所提的中心法则进行补充，不仅让学生了解中心法则的本身，而且让学生感受到科学发展的过程是怎样一步一步接近真理，由此来突出重点。基因、蛋白质与性状的关系既是本节课的重点又是本节课的难点。在教学过程中可以从遗传现象的实例入手，分析其本质原因，让学生自己来总结三者的关系，由此来突出重点、突破难点。
4、教学策略
新课标注重学生的主动学习，发挥学生的主体作用。因此，本节课在教学设计上将充分发挥学生的主观能动性，引导学生分组讨论资料分析中的内容，理解中心法则的实质，并认识到科学的发展是永无止境的。并且注重知识与实际生活的结合，在处理基因、蛋白质与性状的关系时，可以从遗传现象的实例入手，引起学生的学习兴趣，引导学生分析其本质原因，让学生自己来总结三者的关系。
5、教学方法
（1）教法：讲述法、讨论法、启发探究法
（2）学法：讨论法、归纳法、小组合作法
三、学情分析
高中学生具备了一定的观察和认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，从知识储备上看，学生已经了解DNA结构、复制等知识，并对基因、性状等概念有了基本的认识，并已经掌握蛋白质结构功能特征及合成过程，这些都是学生理解本节内容的基础。但关于基因、蛋白质和性状的关系的内容，比较复杂，也比较抽象，若由教师直接讲述，学生难以理解。如果从遗传现象的实例入手，引导学生进行分析总结三者的关系，则学生更容易理解本部分的内容。
四、课前准备：PPT
五、课时安排：1课时
六、教学过程
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
导入 中心法则的提出及发展 基因、蛋白质、性状之间的关系 细胞质遗传 总结 上课，之前我们已经学习了基因通过复制把遗传信息从亲代传递到子代，即完成遗传信息的传递，并且基因可以通过转录和翻译使遗传信息以一定的方式反映到蛋白质分子上，从而使后代表现出与亲代相似的性状，也就是基因的表达。那么基因是如何具体控制性状的呢？下面我们就进入到今天第4章第2节的学习，基因对性状的控制。 课前我们已经说了基因能够进行复制和表达，你能不能根据DNA复制和基因的表达来绘制一个流程图，表示遗传信息的传递方向呢？（此过程学生不易答出，因此紧接着引导学生在DNA复制过程中遗传信息是由什么分子流向了什么分子，在基因表达的过程中遗传信息又是由什么分子流向什么分子。由此学生画出遗传信息的流程图）对，我们说遗传信息是指核酸碱基的排列顺序，遗传信息首先是存在于DNA上，通过转录到RNA碱基排列顺序当中，最后通过翻译传递到蛋白质当中。并且遗传信息还能通过复制从DNA流向DNA。其实早在这个过程弄清楚之前，科学家克里克就已经预见了在这一过程中遗传信息的传递规律。并将这个规律命名为中心法则。所以中心法则的内容就是遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。那我们来看中心法则事实上表示的就是遗传信息的传递规律或者说是流动方向。那么这一中心法则是否还有什么不足之处？或者说生物界中是否还存在其他遗传信息的流动途径呢？下面请同学们来看一下以下几则资料。在1965年，也就是在克里克提出中心法则后的8年，科学家在某种RNA病毒中发现了一种RNA复制酶，这种酶能像DNA复制酶能对DNA进行复制一样，RNA复制酶也能对RNA进行复制，得到RNA。那么从这则资料中你能看出遗传信息的流动方向是怎样的呢？（由RNA到RNA）这则资料是一个事实，也就是说明在生物界中确实存在遗传信息从RNA向RNA流动的这种现象。那么遗传信息从RNA流向RNA是否广泛存在于所有生物当中呢？（不是）对，题干上说它只存在于某种RNA病毒当中，并且这一过程是需要RNA复制酶的催化，也需要ATP提供能量。那么同学们思考一下，在这一过程当中原料应该是什么？（4种核糖核苷酸）模板应该是什么？（应该是RNA）没错，并且RNA复制过程也应该是遵循碱基互补配对原则的。下面我们来看资料二，1970年科学家在致癌的RNA病毒当中发现了逆转录酶，它能以RNA为模板合成DNA。这则资料又说明了什么？（遗传信息能从RNA流向DNA）对，生物界存在着另一种遗传信息的流动方向，从单链的RNA流向双链的DNA，由于这一过程跟转录过程相反，因此我们把这一过程叫做逆转录或反转录。并且这一过程也不是普遍存在于生物界中的，它是存在于逆转录病毒当中，这一过程需要的酶是逆转录酶，并且这一过程同样也需要ATP提供能量。该过程的模板就应该是？（RNA）原料是？（4种游离的脱氧核糖核苷酸）这一过程也是遵循碱基互补配对原则的。资料三：1982年，科学家发现疯牛病是由一种结构异常的蛋白质在脑细胞内大量“增殖”引起的。这种因错误折叠而形成的结构异常的蛋白质，可能促进与其具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误，从而导致大量结构异常的蛋白质的形成。那么从这则资料当中我们还能不能得出遗传信息可以从蛋白质流向蛋白质这个结论？（不能）题干中说可能促使具有相同氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠，就说明事实是否是这样还没有得到全部的证实。并且根据资料可知它改变的应该是多肽链的折叠方式。那多肽链的折叠方式是不是一种遗传信息呢，科学界也一直未能达成共识。通过我们刚才对资料的分析，我们在传统中心法则的基础上增加了由RNA到RNA和由RNA到DNA的这两条途径，我们把这部分内容叫做中心法则的发展，中心法则的发展过程也告诉我们科学的发展是永无止境的。下面我们将中心法则拆开，具体来看一下每种生物的遗传信息的传递途径是怎样的。首先真核生物和原核生物的遗传信息的传递途径应该是遗传信息可以通过复制从DNA流向DNA，然后通过转录流向RNA，最后通过翻译流向蛋白质。原核生物和真核生物都是有细胞结构的生物，那么没有细胞结构的生物的遗传信息传递途径又是怎样的呢？没有细胞结构的生物是病毒，其中DNA病毒的遗传信息的传递途径应该和有细胞结构的生物是一样的。即也是DNA可以通过复制流向DNA，通过转录流向RNA进而流向蛋白质。除此之外，还有RNA病毒，RNA病毒又根据需要的酶的不同而种类不同，有的RNA病毒需要RNA复制酶，有的RNA病毒需要逆转录酶。需要RNA复制酶的RNA病毒的遗传信息的传递途径怎样的呢？（是通过RNA的复制流向RNA ，再通过翻译流向蛋白质）而逆转录病毒的遗传信息的传递途径是RNA通过逆转录流向DNA，也可以通过转录和翻译流向蛋白质。那么同学们思考这样一个问题，DNA病毒和RNA病毒它遗传信息的传递途径是发生在细胞中的吗？（是，因为病毒就是寄生在细胞中）以上就是不同生物体遗传信息的传递途径。 通过以往的学习，你能尝试描述一下基因、蛋白质和性状他们两两之间的相互关系吗？（基因指导蛋白质合成，基因能控制生物体性状）那蛋白质和性状有什么关系呢？（蛋白质可以表现性状）事实上性状就是通过蛋白质表现出来的，在上一册我们已经学习蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者，那么基因、蛋白质和性状三者之间的相互关系又是怎样的呢？下面我们再通过几个具体的例子来一同探究一下。请同学们阅读教材第69页第2段的课文，并且建构一个流程图来解释豌豆圆粒和皱粒的形成。首先圆粒豌豆的形成是由于淀粉分支酶基因正常，所以淀粉分支酶能够正常合成，就能促使蔗糖合成淀粉，因此淀粉含量高，而淀粉能吸水膨胀，蔗糖却不能。所以豌豆成熟时淀粉含量高的豌豆能够有效地保留水分，表现为圆粒。所以建构出的流程图就是这样的。（编码淀粉分支酶的基因正常→淀粉分支酶能够合成→蔗糖能合成淀粉，淀粉含量高→淀粉吸水、豌豆表现为圆粒）那么根据这个流程图谁能来建构一下皱粒豌豆的流程图？（编码淀粉分支酶的基因异常→淀粉分支酶不能合成→蔗糖不能合成淀粉，淀粉含量低→吸收的水分少、豌豆皱缩）对，皱粒豌豆的DNA中插入了一段外来DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因，导致淀粉分支酶不能合成，而淀粉分支酶缺乏导致细胞内淀粉含量降低，游离蔗糖含量升高，淀粉能吸水膨胀，蔗糖不能，所以豌豆出现皱缩的现象。但是皱缩的豌豆应该比圆粒豌豆更甜一些，对吧。以上就是豌豆的圆粒和皱粒这对相对性状的基因控制方式。下面我们再来看一下人的白化病。图片中展示的就是白化病患者，白化病是一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起的疾病。我们来看这类病人通常是全身皮肤、毛发、眼睛缺乏黑色素，表现出怕光等行为。白化病的产生是由于酪氨酸酶基因异常引起的，也就是说正常人应该是编码酪氨酸酶的基因正常，酪氨酸酶就能正常合成，酪氨酸酶能将酪氨酸转变为黑色素，所以表现型正常。（同样用PPT展示流程图）而白化病患者由于编码酪氨酸酶基因异常所以酪氨酸酶不能合成，没有酪氨酸酶酪氨酸就不能转变为黑色素，表现为白化。那么通过这两个例子同学们反思一下基因是怎样控制性状的？我们来看基因首先控制酶的合成，酶又能催化化学反应，也就是说酶能影响代谢，代谢过程最终影响生物的性状。所以我们总结一下就应该是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。我们常说的苯丙酮尿症也是通过这种方式控制性状的。 下面我们再来看一个实例，囊性纤维病，囊性纤维病是北美白种人中常见的一种遗传病，患者汗液中氯离子的浓度升高，支气管被异常的黏液堵塞，所以常于幼年时死于肺部感染。研究表明在大约百分之七十的患者中，编码一个跨膜蛋白（CFTR蛋白）的基因缺失了3个碱基，所以经过转录翻译发现CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，这样就会导致CFTR蛋白的结构发生异常，结构异常就会导致功能的异常，也就是使CFTR转运氯离子的功能异常，导致支气管中粘液增多，管腔受阻，所以细菌在肺内大量繁殖，导致肺部感染。通过这种方式控制性状的还有人类的镰刀型细胞贫血症。正常人的红细胞呈圆饼状，而镰刀型细胞贫血症的人红细胞呈镰刀状。正常人类编码血红蛋白的基因是正常的，血红蛋白的结构是正常的，所以表现型正常，细胞成圆饼状。而镰刀型细胞贫血症的人，编码的基因中一个碱基对发生了变化，所以血红血红蛋白蛋白结构发生了变化，使细胞呈镰刀状。这样的细胞容易破裂，易患溶血性贫血。那么同学们来回顾一下囊性纤维病和镰刀型细胞贫血症，它们还是通过基因控制酶的合成来控制性状的吗 (不是)那他是怎样控制性状的呢？（基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状）没错，基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状。与这一控制方式相比，基因通过控制酶的合成控制代谢进而控制生物体的性状其实是一个间接的过程。我们来看无论是基因直接控制性状还是基因间接控制性状，其实都是基因通过控制蛋白质的合成来控制性状的，这里我们说的酶主要是指蛋白质。 同学们思考一下，一对基因可不可以控制一种生物性状，（可以）一对基因可不可以控制多对生物性状？（可以）你能举一个例子吗？（刚才我们讲了淀粉分支酶基因可以控制豌豆的圆粒和皱粒，还可以控制豌豆的甜和非甜）所以，一对基因是可以控制多对生物性状的。那么存不存在多个基因控制同一性状的情况呢？（存在，以前做题做过，基因1控制一种酶，基因2控制一种酶，在酶1和酶2都存在的情况下才能表现出最后的性状）没错，确实存在这样的情况。其实人的身高就是由多个基因控制的，所以说生物的性状和基因之间并不是简单的线性关系。既可以是一对基因控制一种生物性状，也可以是一对基因控制多种生物性状，还可以多对基因控制一种生物性状。图片中的姚明长得高是单单受基因控制的吗？如果总是不给他吃饭他还能长这么高吗？（不能）所以我们说生物的表现型是基因与环境共同作用的结果。由此可以看出基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成一个错综复杂的网络，精细地调控着生物的性状。 我们所说的基因除了细胞核基因还包括细胞质基因，下面请同学们阅读书中70页第四段来从细胞质基因的位置和遗传特点方面了解一下什么是细胞质基因？（细胞质基因是叶绿体和线粒体中的基因，所以它存在的位置是线粒体和叶绿体）那么它的遗传特点又是什么呢？（能进行半自主复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成）那么什么是半自主复制呢？线粒体和叶绿体都是半自主细胞器，它们中的DNA能进行自我复制，但是在一定程度上需要细胞核基因的支配，所以我们把它叫做半自主复制。除此之外，细胞质基因在遗传时还有什么特点？（只能由母亲传递给后代）那它为什么会有这样的特点呢？（因为在受精作用过程中，精子的细胞质留在细胞外，没有进入卵细胞。）没错，也就是说受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以这种遗传病只能由母亲传递给后代。那么细胞质遗传遵循孟德尔遗传定律吗？（不遵循）为什么呢？（因为孟德尔遗传定律只适用于细胞核基因）同学们再思考一下细胞质中的基因，是否还遵循中心法则呢？（遵循，因为中心法则表示的就是遗传信息的传递途径。） 以上就是本节课的内容，下面我们一同来回顾一下，首先我们学习了克里克的中心法则，遗传信息可以从DNA流向DNA，即DNA的自我复制；也可以从DNA流向RNA进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。之后随着科学的发现，增加了遗传信息从RNA到RNA和从RNA到DNA的过程。然后我门学习了基因控制性状的两条途径，即基因通过控制酶的合成，来控制代谢过程，进而控制生物性状。这是基因控制性状的间接途径。基因也可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物性状。除此之外，我们还学习了细胞质基因和细胞质遗传的特点。细胞质基因是指线粒体和叶绿体中的基因，而细胞质遗传的特点细胞质基因能进行半自主复制，并能通过转录、翻译控制某些蛋白质的合成。并且只能通过母亲传递给后代。不遵循孟德尔遗传定律。下面做练习。 思考教师的问题，对本节的学习产生兴趣。 学生动手画遗传信息的流程图 分析资料分析中的例子，思考遗传信息的其他传递途径。 分析不能得出遗传信息从蛋白质到蛋白质的原因。 尝试描述基因、蛋白质和性状之间的关系。 建构皱粒豌豆形成的流程图。 通过以上两个实例分析基因控制性状的方式。 通过对囊性纤维病和镰刀型细胞贫血症的分析得出基因控制性状的另一种方式。 分析生物的性状和基因之间并不是简单的线性关系的原因。 阅读书中有关细胞质基因的内容，分析细胞质遗传的特点。 回顾本节课内容。 回顾之前学习的内容由此导入新课 增强学生分析问题的能力 增强学生分析问题的能力。 提高学生精细阅读材料的能力。 学生根据提供的材料，分析最初的中心法则的不足，并作出适当的修改。使学生认识到科学是一个逐步完善的过程，科学发展是永无止境的。 将以往学习的内容书里整合，加强学生知识网略意识。 通过具体实例分析，引导学生归纳总结出基因控制性状的方式。提高学生自学教材，总结归纳形成答案的能力。 引入基因控制性状的另一种方式。提高学生自学和总结归纳问题的能力。 使学生对所学知识有所提升和拓展。而且更能全面地理解基因、蛋白质与生物性状间的关系。以及性状与环境之间的关系。 开动学生的脑筋，活跃学生的思维，锻炼学生的表达能力。 回顾本节课内容使学生建立知识网略。
七、板书设计
八、教学反思
本节课以教材为授课的基础进行授课，并且通过分析资料以及实例证明来突出重点，突破难点。在教学的过程中也存在着诸多问题。首先，课堂的总体进程较快，对时间的掌握不够精准，应该根据讲课进程合理的增加与学生的互动过程。其次，在授课的过程中更加注重自己知识的讲授，缺乏对学生积极的关注，应该关注全体学生，增加跟学生的互动过程，尽量调动学生学习的积极性。在教学的过程中缺乏教学机智，对学生回答的问题应该加以合理引导，使其自己总结出问题的答案，不应该在学生还没有探索总结出问题答案时，急于给出问题的答案。除此之外，应该提前了解学生的知识储备情况，根据学生的实际情况设计问题，注意问题串的使用，逐步在学生头脑中形成知识网络。在处理习题时应该关注学生的关注点，从学生不懂的点出发来解决问题。并且在习题的选择时应该进行筛选，选出有代表性的习题在课堂上进行讲解。