4.2 基因表达与性状的关系 教学设计（表格式）

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高一 学期 秋季
课题 基因表达与性状的关系
教学目标
1. 通过分析基因表达产物蛋白质与生物性状的关系的实例，认识到生物的性状主要通过蛋白质实现，培养学生建立生命的信息观，使学生形成生命是物质、能量和信息的统一体的生命观念。 2. 通过基因甲基化导致基因表达水平的改变，认同结构与功能相统一的生命观念。 3.基于材料，通过分析、比较、归纳等方法构建表观遗传的概念，培养学生多角度、多因素分析复杂生命现象的方法和能力，提升学生的科学思维品质。 4.通过对表观遗传案例的分析，认识到良好的饮食习惯、健康的生活方式对人类及后代健康都有长远的影响，确立健康生活的态度，关注环境问题。 5.通过比较同一生物体3种细胞中DNA和mRNA的检测结果，说明细胞分化是基因选择性表达的结果。 6.阐明基因、环境与性状之间的复杂关系，认同生命的复杂性。
教学内容
教学重点：1.基因表达与性状的关系。 2.表观遗传现象。 3.细胞分化的本质是基因的选择性表达。 教学难点：1.表观遗传现象。
教学过程
创设情境，导入新课 人的身高、长相、疾病都是可以遗传的，那么情绪，比如恐惧，可以遗传吗？教师播放美国埃默里大学的研究视频：将雄性小鼠暴露在苯乙酮的气味中后施以电击，小鼠很快对苯乙酮的气味产生恐惧。这没什么特别，特别的是，这些雄性小鼠的下一代乃至第三代也同样表现出对苯乙酮气味的恐惧。教师引导学生围绕下列问题展开思考：恐惧也会遗传吗？小鼠对苯乙酮气味的恐惧是小鼠表现出的一种性状，性状由什么控制？主要通过什么表现？基因如何控制性状？ 设计意图：运用真实的实验现象创设情境，引发学生认知冲突，激发学生的学习兴趣和探究欲，并促进学生联系前概念，为新课的学习做好铺垫。 探究基因表达产物与性状的关系 在前述问题情境下，教师提供资料1：研究表明，气味分子首先要与特定受体蛋白结合才能产生嗅觉。其中苯乙酮的受体蛋白是由Olfr151基因控制的。若Olfr151基因异常，则该受体蛋白结构异常，进而导致小鼠对苯乙酮气味的敏感性改变。资料2：当气味分子与受体蛋白结合后，激活G蛋白，G蛋白进一步激活腺苷酸环化酶，该酶能催化ATP转化为cAMP,在cAMP的作用下引发一系列信号转导，最终形成嗅觉（图1）。研究表明，若敲除小鼠的腺苷酸环化酶基因，小鼠会出现嗅觉失常。教师提问：资料1、2分别说明基因是如何控制性状的？教师引导学生阅读教材P71-72相关内容，从基因控制性状的角度解释豌豆的皱粒、囊性纤维化、人的白化症状形成的原因，并说出这三个实例分别说明基因是如何控制性状的？ 设计意图：在初创的情境基础上，尝试将新课教学的各个情境形成一个情境体系，建立一个前后连贯的整体式情境，所以在探究基因如何控制性状这一问题时，笔者没有马上利用教材提供的实例，而是提供与初创情境紧密相关的资料1、2，引导学生初步得出基因控制性状的两条途径，在学生有了初步认识的基础上，再结合教材实例，引导学生归纳总结出基因控制性状的途径。这样处理不仅能持续调动学生的积极性和探究欲，还能培养学生基于生物学事实和证据进行归纳与概括的科学思维能力。 探究表观遗传现象 教师提问：我们已经知道基因的碱基排列顺序改变，会导致性状改变，那么导入情境中雄性小鼠性状的改变也是由基因的碱基序列改变引起的吗？展示资料3：进一步研究发现，苯乙酮并未改变雄性小鼠基因的碱基排列顺序，而是降低了其精子中Olfr151基因的甲基化水平，从而提高了该基因的表达水平，增强了小鼠对苯乙酮气味的敏感性，并且这种改变在该雄性小鼠后代的DNA中得以延续。基于该资料，教师提问：雄性小鼠的基因碱基序列变了吗？性状改变的原因是什么？“表观”的改变可遗传吗？学生思考并感到困惑后，教师展示DNA甲基化示意图（图2），组织学生分组讨论：什么是DNA的甲基化？DNA甲基化的部位？DNA的甲基化对基因表达有什么影响？ 图1 嗅觉信号转导机制模式图 图2 DNA甲基化示意图 设计意图：引导学生结合资料3揭开雄性小鼠性状改变之谜，并通过对DNA甲基化示意图及教材P73资料1、2的分析，引发学生认知冲突，尝试自主构建“表观遗传”的概念。这样处理既能使学生在较好理解生物学概念的基础上形成生命观念，又能提升学生的科学思维。 四、探究环境因素对生物性状的影响 教师提供两则资料。资料4：将多只基因型为Avya的雌鼠与基因型为aa的雌鼠杂交，孕期分别饲喂正常食物和富含甲基的食物，与饲喂正常食物相比，在孕期饲喂富含甲基的食物所产生的子代（Avya）中黑鼠数量较多，进一步检测发现子代（Avya）基因前端特殊序列甲基化程度较高。资料5：研究发现，尼古丁会提高小鼠精子中基因的甲基化程度，影响基因表达，进而影响后代小鼠大脑的功能，损害认知能力。且后代小鼠即使不接触尼古丁，与正常的配偶交配所生育的后代仍然存在缺陷。教师提问： 基于资料4、5并结合表观遗传的概念，说说环境可以如何影响生物体的性状？对此你有什么启示？ 设计意图：基于对前面一系列连贯情境的分析，得出雄性小鼠性状改变是一种表观遗传现象，基于此继续设置相关情境，引导学生进一步分析得出环境因素可通过改变DNA的甲基化程度，引起表观遗传进而影响生物的性状。通过设置开放性问题及对表观遗传案例的分析，引导学生认识到良好的饮食习惯、健康的生活方式对人类及后代健康都有长远的影响，确立健康生活的态度，关注环境问题。 五、探究细胞分化与基因的选择性表达 教师提供资料6（即教材P72思考与讨论），提问：鸡的输卵管细胞、红细胞（有细胞核）和胰岛B细胞的基因组成是否相同？这三种细胞中都只检测到了一种基因的mRNA，这说明了什么？这三种细胞中表达的基因完全不相同吗？什么原因导致基因的选择性表达？ 设计意图：学生在之前学习过细胞分化的概念、 特点等，但并不理解细胞分化的本质。在学习了基因表达和表观遗传后，再分析细胞分化的实质，可以让学生更好地理解其本质，利于学生思维能力的提升。 六、探究基因、环境、性状的关系 教师提供资料7-10，提问：这些资料说明基因与性状间怎样的对应关系？性状除受基因决定外，还受什么影响？ 设计意图：通过资料分析，使学生能明白基因与性状间并不是简单的一一对应关系。基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间相互作用形成一个错综复杂的网络，精细地调控着生物体的性状。认同生命的复杂性，同时也培养学生的归纳总结能力。
教学反思
“问题教学”理论认为：教师在课堂教学中有意识的创设问题情境，能够让学生主动地思考探索，发现、提出并解决问题，提升学生的逻辑思维。而创设整体式教学情境是将学生的学习活动视为一个整体，将整体式情境作为学生学习的载体，学生在解决真实情境问题的过程中逐步形成学科大概念。整体式情境中的学习活动是一种基于实践的深度学习，所形成的大概念能有效地组织起学科中个别的、零碎化的知识与技能，并有助于知识的迁移与应用。本节课围绕“情绪会遗传吗？--基因如何控制性状？--基因碱基序列不变，性状是否会改变？--什么因素会引起表观遗传—什么因素调控基因的选择性表达—基因与性状是否是一一对应关系？”这一主线，创设整体式教学情境，教学效果有了明显的提升，既发展了学生的知识和能力，也培养了学生的学科核心素养。