第1节 DNA是主要的遗传物质-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 春季
课题 第1节 DNA是主要的遗传物质
教学目标
1. 通过对不同生物遗传物质的分析，概述生物遗传物质的基础及DNA作为遗传物质的证据，感悟结构与功能相适应的生命观念。 2. 通过对DNA、RNA作为遗传物质相关实验的分析，阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程，体会运用证据解释现象的科学思维方法。 3. 通过对科学史的学习，感受科学家潜心研究、追求真理的优秀品质，认可科学研究的过程是曲折的、不断修改完善的过程，认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的作用。
教学内容
“DNA 是主要的遗传物质”是人教版高中生物学教材（必修2）《遗传与进化》第3章第1节的内容。课标中对应的次位概念是“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”。 教学重点：教学的重点是引导学生归纳出DNA是主要遗传物质的原因，该结论的得出是建立在人们对事物认识先后的序列之上，是众多科学家层层深入实验探究的结果。后来者从前人实验探究的过程中发现疑点，进行深入探究，体现了科学家坚持实事求是、追求真理的钻研精神，培养学生敢于质疑的精神品质。教材以科学家的探究历程为主体，以遗传物质为DNA或蛋白质的争论为线索，在教学中可借助于科学家实验中的不足和需进一步探究的问题，精心创设问题情境，让学生置身于科学家的时代，更好地将学生引入探究的情境，在主动思考中内化所学的新知识。 教学难点：教学难点是如何引导学生对噬菌体侵染细菌实验进行分析，在教学中可借助多媒体动画演示以及教材插图，以问题链为导向，逐步引导学生利用科学思维分析问题的本质。
教学过程
1 提出问题，导入新课 这是一对母女小时候的照片，她们像吗？不像，这就是变异；像，这就是遗传。很高兴和大家一起来学习，今天让我们一起来探究什么是遗传物质。 2 指向明确，提问分析，寻找小鼠死亡真相 教师陈述：1928年，格里菲思首先进行了肺炎链球菌体内转化实验。我们首先向大家介绍一下肺炎链球菌。肺炎链球菌有两种类型，一种菌体没有多糖类的荚膜，在培养基上形成的菌落表面是粗糙的，因此称R型。另一种肺炎链球菌有多糖类的荚膜，由其形成的菌落表面光滑，因此称为S型。 设问1：（先展示格里菲思设计并完成的第一、二组实验）第一组和第二组起什么作用？（设计意图：掌握生物实验中的对照原则）学生回答：对照。 设问2：对比第一组和第二组，说明了什么？（设计意图：通过对照得出结论S型菌有致病性，而非教师告知）学生回答：R型菌无致病性，S型菌有致病性。 补充提问：S型菌有致病性，能让人和小鼠患肺炎，小鼠并发败血症死亡。为什么S型的细菌有致病性？（体会结构与功能相适应的观点）学生没有回答出来，教师从结构与功能观进行引导，学生想到：因为有荚膜。 教师点评：有荚膜的肺炎链球菌可抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主细胞内生活并繁殖。 设问3：（展示第三组实验）第三组和哪一组对比，说明了什么？（明确实验对照原则，能够运用科学思维得出实验结论）学生回答：第二组，加热使S型活细菌死亡 设问4：（展示第四组实验的实验处理）依据第一组和第三组的实验结果，请大家预测第四组的实验结果。（请学生预测实验结果，为后续问题“S型活细菌是怎么产生的？”作铺垫）学生回答：死亡或存活。教师补充并提问：单独注射R型活性菌小鼠不死亡，注射加热致死的S型细菌小鼠也不死亡。在二者的注射物混合之后，注射到健康小鼠体内，小鼠死亡，并且从中分离得到了S型活细菌。S型活细菌是怎么产生的呢？学生回答：S型活细菌中具有转化因子，使R型活细菌转化为了S型活细菌。 3 设计思路，分析结果，探寻S型菌转化因子 设问1：根据格里菲思的实验结论，S型活细菌中的转化因子是什么？如何设计实验寻找S型肺炎链球菌的遗传物质呢？你们有怎么样的实验思路？（设计意图：从实验的设计思路角度，训练学生的科学探究能力。） 学生回答不出来，教师利用成语“滥竽充数”进行启发。 教师追问：S型活细菌中有很多物质，我们如何知道什么是它的转化因子呢？学生回答：一个个来看，单独研究。 教师陈述：的确，想寻找这种物质，我们就需要把组成肺炎链球菌的物质进行依次分离实验判断。很可惜，格里菲斯在完成上述实验之后报名参军，从此没有再进行相关的实验研究。在格里菲斯的实验基础之上，进一步完成探究实验的是艾弗里。20世纪40年代，艾弗里在格里菲思实验的基础上，设计完成了肺炎链球菌体外转化实验。 设问2：请大家阅读课本44页的相关文字和图片，实验中的细胞提取物是如何得到的？（设计意图：这个问题是理解实验的前提，是得出实验结论的基础。） 学生回答：将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除大部分糖类、蛋白质和脂质，制成细胞提取物。 设问3：第一组的实验结果是什么？说明了什么？（设计意图：用证据来解释实验现象，得出实验结论，第一组实验的分析过程要清楚、明晰，为得出后面四组的实验结论作铺垫）学生回答：出现S型菌；除去的大部分糖类、蛋白质和脂质这些物质不是转化因子。 设问4：第二至五组的实验结果说明了什么？（设计意图：分析实验结果，得出艾弗里实验的实验结论）学生回答：第二~四组说明蛋白质、RNA和脂质不是转化因子；第五组说明DNA就是转化因子。 4 环环相扣，预测结果，探究噬菌体遗传物质 教师陈述：1952年美国遗传学赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，侵染细菌，完成了一个更有说服力的实验，证明了DNA是遗传物质。我们首先来介绍噬菌体的结构。请大家阅读书本，完成学习单中对应有关内容。 设问1：根据噬菌体的增殖特点，请小组讨论，推测噬菌体侵染大肠杆菌时，物质进入大肠杆菌体内的可能情况有哪些？完成学案中表格中的第一列：物质进入大肠杆菌体内的可能情况。（设计意图：教师提出问题，训练学生提出假设的科学探究能力）学生回答：有3种可能情况：只蛋白质进入；只DNA进入；DNA和蛋白质都进入。 设问2：哪一种才是正确的呢？需要实验来证明。用什么方法确定进入细菌的物质？（设计意图：训练学生实验设计的科学探究能力）学生回答：放射性同位素标记法 设问3：DNA和蛋白质，应分别标记哪一种元素？（设计意图：遵循将物质单独研究的实验思路，训练学生实验设计的科学探究能力）学生回答：DNA用P标记；蛋白质用S标记。 设问4：怎样将35S和32P标记到噬菌体的蛋白质和DNA上？（设计意图：训练学生方案实施的科学探究能力）学生回答：先在含有同位素的培养基中培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体。 设问5：请同学们阅读书本45页的文字，回答“噬菌体侵染细菌”的实验步骤是什么？（设计意图：自主阅读，明确噬菌体侵染细菌的实验步骤）学生回答：用标记的噬菌体侵染未标记的细菌，在搅拌器中搅拌、离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。 设问6：搅拌和离心的目的是什么？（设计意图：自主阅读，明确噬菌体侵染细菌的实验步骤的目的）学生回答：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质量较轻的T2噬菌体颗粒，沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。 设问7：离心管的上清液和沉淀物分别是什么成分 （设计意图：自主阅读，明确噬菌体侵染细菌的实验步骤的目的，为后续推测实验结果作铺垫）学生回答：上清液中是噬菌体；沉淀物中是大肠杆菌。 设问8：请依据实验步骤，根据之前推测的物质进入大肠杆菌体内的四种不同情况，预测对应的实验结果，小组讨论，完成表格。（设计意图：训练学生演绎与推理的科学思维） 物质进入大肠杆菌体内的 可能情况用32P标记的噬菌体 （放射性的位置）用35S标记的噬菌体 （放射性的位置）只蛋白质进入上清液沉淀物只DNA进入沉淀物上清液DNA和蛋白质都进入沉淀物沉淀物
设问9：（展示书本上插图）35S标记的实验现象是什么？说明了什么？（设计意图：根据实验结果得出实验结论，训练学生科学探究能力。）学生回答：放射性主要出现在上清液，被35S标记的噬菌体蛋白质没有进入大肠杆菌。 设问10：32P标记的实验现象是什么？说明了什么？（设计意图：根据实验结果得出实验结论，训练学生科学探究能力。）学生回答：放射性主要出现在沉淀物，被32P标记的噬菌体DNA进入了大肠杆菌。 设问11：科学家进一步检测，发现细菌裂解后，在释放的T2噬菌体中，可检测到32P标记的DNA，却不能检测到35S标记的蛋白质。说明了什么？（设计意图：根据实验结果得出实验结论，训练学生科学探究能力。）学生回答：DNA是遗传物质。 设问12：用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，若沉淀物中也有少量放射性，是什么原因造成的？大家可以从实验步骤的角度去考虑。（设计意图：训练学生对实验结果的交流与讨论的科学探究能力。）学生回答：搅拌不充分/离心不充分 教师总结：搅拌不充分，使有少量含35S的噬菌体蛋白质外壳吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 设问13：用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，若发现上清液中放射性也较高，可能是什么原因造成的？（设计意图：训练学生对实验结果的交流与讨论的科学探究能力。）学生回答：时间太短，部分噬菌体的DNA还没进去。还有可能就是保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖后释放出子代，这样的话用32P标记的噬菌体DNA就分布于上清液中。 5 说明RNA也是遗传物质，得出DNA是主要的遗传物质的结论 教师陈述：通过这三个实验，我们知道了DNA是遗传物质。只有DNA是遗传物质吗？我们必修一关于遗传物质是这样表述的，核酸是细胞内携带遗传信息的物质。核酸，包括DNA和RNA两大类物质。有些病毒不含有DNA，只含有RNA和蛋白质，如烟草花叶病毒。1957年科学家做了烟草花叶病毒感染烟草实验，从烟草花叶病毒中提取的蛋白质不能使烟草感染病毒，但是从这些病毒中提取的RNA却能使烟草感染病毒。因此，在烟草花叶病毒中，RNA是它的遗传物质。在生物界，除了烟草花叶病毒以外，以RNA做遗传物质的还有艾滋病病毒，SARS病毒以及最近的新冠病毒，它们的遗传物质都是RNA，我们称之为RNA病毒。除了RNA病毒以外，生物界还包括DNA病毒、包含了原核及真核生物在内的细胞生物。这样我们会发现，在生物界当中，只有RNA病毒，也就是少数生物的遗传物质是RNA，其余生物的遗传物质是DNA，因此我们说绝大多数的遗传物质是DNA，也就是说DNA是主要的遗传物质。通过这节课的学习，我们知道，对我们人类来说，起到遗传作用的物质就是DNA。上课刚开始的那对母女就是我和我的女儿。
教学反思
在有限的课堂时间内，运用问题驱动教学策略模式，提升了学生的上课参与度，调动学生的思维，引导学生主动参与学习、思考。通过对三个实验的分析，设计严密的问题串，创建高效的生物课堂，学生在主动思考中内化所学的新知识，提高对实验的分析能力，从而提高科学探究和科学思维能力。