3.4 基因通常是有遗传效应的DNA片段 教学设计（表格式）

教学设计
课程基本信息
学科 生物 年级 高一 学期 春季
课题 基因通常是有遗传效应的DNA片段
教学目标
1. 通过资料分析，举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。 2. 通过完成DNA模型构建，运用数学方法分析说明DNA的多样性与特异性。 3. 采用归纳与概括的方法，说明基因、DNA、染色体的关系。 4. 能以生命观念为指导，解释生物的遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序中。
教学内容
教学重点： 1. 举例说明基因通常是有遗传效应的DNA片段。 2. 运用数学方法分析说明DNA的多样性与特异性。
教学难点： 脱氧核苷酸序列与遗传信息的关系。
教学过程
学习任务教学组织与引导学生活动评价与设计意图导入绿色荧光水母和转基因小鼠的实例。 生长在大平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光，这是因为水母的DNA上有一段长度为5170个碱基对的片段绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转入了水母绿色荧光蛋白基因的转基鼠，在紫外线的照射下，也能像水母一样发光。 思考：（1）为什么水母和小鼠会发绿色荧光？ （2）导入小鼠的绿色荧光蛋白（GFP）基因是1个DNA分子，还是DNA分子的一段脱氧核苷酸序列？问题情境，作好进入课堂准备。设计意图：激发学习兴趣，明确学习目标。任务一：探究基因与DNA的关系 温故知新：回顾第一章、第二章所学的基因、DNA的相关内容。 问题1：基因就是DNA吗？ 给出两则资料。通过资料一分析说明基因是DNA片段 资料一：大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4.7×106个碱基对，在DNA分子上分布着大约4.4×103个基因，每个基因的平均长度约为1×103个碱基对。 讨论1：生物体内DNA分子数与基因数相同吗？生物体内所有基因的碱基总数与DNA分子的碱基总数相同吗？如果不同，说明了什么？ 通过资料二分析说明人类基因的DNA中有大量的非基因片段。 资料二：人类基因组计划测定的是24条染色体（22条染色体+X+Y）上的DNA的碱基序列。其中，每条染色体上有一个DNA分子。这24个DNA分子大约有31.6亿个碱基对，其中，构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过2%。 讨论2：人类基因的碱基数占碱基总数的比例远低于大肠杆菌。说明了什么？ 阅读资料并思考与讨论基因与DNA的关系。 评价标准：能根据科学资料，积极参与思考与讨论，并 能推理得出科学结论。 设计意图：通过资料分析，引导学生进行逻辑推理；通过层层递进的问题设计，帮助学生逐步理解基因与DNA的关系，并得出“基因通常是有遗传效应的DNA片段”这个结论。问题2：具有怎样功能的DNA片段才是基因？ 通过资料三分析归纳概括出基因的定义是具有遗传效应的DNA片段。 资料三水母绿色荧光蛋白基因序列（部分）： 讨论3： （1）该基因具有何种功能？ （2）结合三则资料，请给基因下一个定义。（要求既能反应基因与DNA的关系，又能体现基因的作用） 通过资料四分析完善基因的定义。基因通常是具有遗传效应的DNA片段。 资料四：RNA病毒（如流感病毒、新冠病毒等）的基因是RNA片段。 讨论4：基因的定义该如何完善？任务二：探究DNA片段中的遗传信息 问题3：遗传信息和碱基对之间具有怎样的关联？ 给出资料五，在资料四的基础上缺失一个片段。 通过资料五分析得出遗传信息与碱基的排列顺序有关，遗传信息蕴藏在四种碱基的排列顺序中。 资料五：水母绿色荧光蛋白基因部分序列（红色字体部分）缺失 讨论： （1）该基因功能是否改变？ （2）该基因遗传信息是否改变？ （3）请描述遗传信息与碱基的关系。根据教师提供的资料，分析遗传信息和碱基对之间的关联，得出自己的观点。评价标准：基于特定的生物学事实，进行科学思维。 设计意图：利用物质的结构和功能相适应的观点，建立碱基的排列顺序和遗传信息之间的逻辑联系，提升学生分析推理能力。问题4：为什么DNA能够储存大量遗传信息？ 学生活动：补充填写7个碱基对的核苷酸序列，比较同学之间DNA平面结构图的异同。 （1）你们所画的DNA碱基序列相同？ （2）绿色荧光蛋白的基因共含有5170个碱基对，理论上有多少种随机排列可能？如何判断细胞中提取出来的一段DNA序列是否是绿色荧光蛋白基因？ 介绍DNA测序技术的科学依据。 （3）基因是碱基对随机排列成的DNA片段吗？ （4）怎样理解DNA的多样性和特异性 你能从DNA的结构特点分析生物体具有多样性和特异性的原因吗 通过以上分析得出：碱基的排列顺序千变万化构成了DNA分子的多样性，而碱基对特定的排列顺序，又构成了DNA分子的特异性。DNA的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。完善平面结构模型，比较分析异同。用数学方法推理出核苷酸序列的组合数量，并思考讨论教师提出的问题，作出回答。评价标准：能进行合理逻辑推理，运用数学工具，解释生命现象。 设计意图：用数学方法推导出碱基排列顺序的多种组合方式，推出DNA分子具有多样性的结论。任务三：归纳与概括染色体、DNA、基因的关系问题5：根据所学知识内容，尝试用不同方式表示染色体、DAN、基因脱氧核苷酸之间的关系。 方式三：基因通常是染色体上有遗传效应的DNA片段。 拓展应用： 在严查偷猎野生动物的行动中，执法部门发现某餐馆出售的一种烤肉比较可疑，餐馆工作人员说是“山羊肉”，经实验室检验，执法部门确定这种“山羊肉〞来自国家二级保护动物中华斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法？为什么？ 思维进阶： 1.除少数病毒外，所有生物的DNA都是由4种相同的碱基组成，试从生命起源和进化的角度说明原因。 2.DNA中大量的片段属于非基因片段，能否把这些片段全部敲除，只保留基因片段？ 3.有些DNA分子上的片段，并不编码蛋白质的合成，但可以指导相应的RNA，如rRNA、tRNA等分子的合成。在大肠杆菌的DNA分子中，有一段序列，既不编码蛋白质也不能作为RNA合成的模板，但可以被阻遏蛋白结合，从而抑制下游基因指导蛋白质的合成。请问上述二种类型的DNA片段，是基因吗？构建概念图。 分析问题，思考与讨论，并回答问题。 评价标准：能用不同方式构建生物学概念图，并解释核心概念之间的关系。 设计意图： 通过建构概念网络，归纳与概括不同概念，画出概念图，通过不同方式的表达，加深对知识的理解。 评价标准：能运用生物学知识解决实际生活中的问题；具备对知识进行挖掘、拓展和提升的素养。 设计意图： 培养学生的创新意识，注重理论与现实生活的联系，引导学生关注健康的生活方式，增强社会责任。