《基因突变》教学设计
生物的变异现象对于学生而言并不陌生。通过第四章《基因表达》的学习，学生已经初步认识到生物的性状不仅由基因控制而且受环境影响，已经初步了解基因如何指导蛋白质合成从而控制生物性状，在此基础上，教师进一步引导学生学习基因如何在DNA复制过程中发生基因突变的，基因突变的特点、原因和对生物进化的意义。本节课的设计基于2017年版《普通高中生物学课程标准》中对学生生物核心素养的要求，但又不能局限于课本内容，尽量运用有趣游戏、有效的案例、直观的视觉感受、科学的探究活动来激发学生的学习兴趣，旨在提高学生健康生活、珍爱生命的认识，使学生能够主动向他人宣传关爱生命的观念和基因突变的知识，崇尚健康文明的生活方式，成为健康中国的促进者和实践者，承担起应用的社会责任。
一、课程标准
由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的。
1.通过游戏、探究活动等概述出碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的改变，锻炼学生合作探究能力。
2.阐明基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化，甚至带来致命的后果。
3.描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变。培养学生正确的生活态度，健康生活珍爱生命。
二、教学重难点
重点：基因突变发生的概念，特点及原因
难点：如何理解碱基对的替换、增添、缺失不一定会引起生物性状的改变，碱基对替换对生物性状的影响最小，当DNA分子上增添或缺失3个碱基对时控制合成的蛋白质结构影响最小。
三、教学过程
课前准备：准备好PPT课件、DNA模板链模型、导学案、视频《基因突变完全是随机事件》、各种探究活动的准备、概念图的框架建构、学生合作学习小组建设等。
（一）激趣游戏，导入新课
模仿《王牌对王牌》传话筒游戏：请10位学生上台，2人一组分成5组，告知游戏规则：学生每组背对背站好排成一列，前排的同学看课件展示的一条视力表：
记下来并用手势将信息传给后面的同学，信息传完后要求各组的后排学生将自己记到的信息写在一张纸条上。然后通过展台展示，评价几位同学的信息是否准确，错误分类：替换、缺失、增添等。
DNA的遗传信息可以通过复制按照碱基互补配对原则精准传递给子代，那么如果在DNA复制过程中出现了类似的错误，遗传信息会发生怎么样的变化？
【意图】我一上课就给学生说了近期非常火的而且是现在的学生耳熟能详的真人秀节目《王牌对王牌》，这样从开始就可以牢牢的抓住学生的眼球和注意力，紧接着让学生亲自参与到游戏课堂中来，更能让学生明白DNA的遗传信息可以通过复制按照碱基互补配对原则精准传递给子代，在DNA复制过程中难免也出现了类似错误的客观性，从而养核心素养的生命观念。
（二）科学探究，讲授新课
基因突变发生极有可能引起生物性状的改变。通过镰刀型细胞贫血症的病例报告分析，了解基因突变引起的生物性状的变化。
资料一：1910年，一个黑人青年到医院看病，他的症状是发烧和肌肉疼痛，经过检查发现，他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血症，他的红细胞不是正常的圆饼状，而是弯曲的镰刀状，其携带氧的功能只有正常红细胞的一半。后来，人们就把这种病称为镰刀型细胞贫血症。红细胞异常，你会直接检查什么物质探究病因？（蛋白质）
资料二：1956年,英格拉姆(Ingram)等人用胰蛋白酶把正常的血红蛋白(HbA)和镰形细胞的血红蛋白(HbS)在相同条件下切成肽段,通过对比二者的滤纸电泳双向层析谱,发现有一个肽段的位置不同。
探究活动一：以图解的形式探究镰刀型贫血症的直接原因和根本原因。（从基因表达的角度分析镰刀形细胞贫血症的病因）。
【意图】让学生通过合作探究，明白镰刀型贫血症的直接原因是血红蛋白中谷氨酸被缬氨酸代替，而根本原因是血红蛋白基因中的其中一个碱基发生替换。用QQ软件实时传输展示学生作品。
探究活动二：请根据资料和模型，概括出了碱基对的替换外，还有哪些变化会引起基因结构的改变？
两位同学向大家展示事先准备好的豌豆皱粒性状和人类囊性纤维病发生的流程图，并分别介绍的两实例产生的直接原因和根本原因。
【意图】这两个实例是之前在第四章学习过的，只是两位同学以流程图的形式展示给同学们，显得更加明了易懂，更加具有说服力，从而引导学生总结基因突变的概念及意义。
DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变。基因突变是新基因产生的途径，为生物变异提供根本的来源。那么碱基对的替换、增添和缺失一定会引起生物性状的改变吗？引入学生思考题。
思考题1：基因突变引起基因结构的改变是否一定会引起生物性状的改变？
思考题2：在碱基对的替换、增添、缺失中，哪一种方式对性状的影响最小？
例：已知正常编码蛋白质的DNA碱基序列如下：
正常DNA分…… ATGGATATCCTCGGGTAA……
（基因） …… TACCTATAGGAGCCCATT……
mRNA…… AUGGAUAUCCUCGGGUAA……
氨基酸顺序……甲硫氨酸-天冬氨酸-异亮氨酸-亮氨酸-甘氨酸……
学生结合DNA模板链分组讨论，得出结论。基因突变不一定会引起生物性状的改变，原因有三：一是一种氨基酸一般都有很多个密码子，这是密码子的简并性，二是显性基因（AA ）突变为隐形基因（Aa），三是性状表现是基因和环境因素共同作用的结果。
学生代表利用DNA模板链模型讲解碱基对的增添、缺失和替换，碱基对替换对生物性状的影响最小，当DNA分子上增添或缺失3个碱基对时对其控制合成的蛋白质结构影响最小。在此过程中老师适当点拨升华。
【意图】如果还是单纯告诉学生知识，就有点“填鸭式”教学的嫌疑，不利于学生主动地接受。采用模型建构的方式，让学生自己讨论解释，更容易使学生理解基因突变不一定会引起生物性状改变的原因，当DNA分子上增添或缺失3个碱基对时对其控制合成的蛋白质结构影响最小，这样就比较容易的突破了本节课的难点。
探究活动三：探究基因突变有哪些特点？
学生观察视频《基因突变完全是随机的》， 让学生说出基因突变的特点和理解含义。
（1）随机性：基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞，可以发生在细胞内任何DNA分子上，同一DNA 分子的任何部位。
（2）多害少利性：分析玉米白化苗、人类白化病等，了解多数的基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，对生物体是有害的，但有些基因突变，也可能使生物产生新的性状，适应改变的环境，获得新的生存空间。基因突变对生物体产生的影响是相对的。
（3）普遍性：分析高产青霉素的青霉菌、太空南瓜、短腿安康羊和人类白化病等图片，无论是低等生物，还是高等动植物和人，都可能发生基因突变。
（4）不定向性：通过果蝇眼色的变异可以知道基因突变是不定向的，并且只能突变产生它的等位基因。
（5）低频性：分析表格几种基因的突变率可知，基因突变具有低频性。但是为什么还能为生物的进化提供了原材料。
资料三：1935年，美国科学家联合英国科学家在非洲大陆对 11270 种植物进行了检查，结果发现在过去的7 年间，就其中任何一种植物而言，在自然状态下，发生一次变异的概率为 1 /1988。但98.7%的植物都曾发生过突变。
学生活动：总结基因突变的特点，初步形成概念图。
【意图】从视觉上刺激学生，震撼学生，让学生明白在我们身边的生活中就存在基因突变，了解基因突变的普遍性和危害性，更重要的是使学生消除对基因突变的恐惧感。利用概念图的形式总结之前学习的内容，让学生建立知识间的联系，而不是单纯的记忆零碎的知识。
探究活动四：哪些因素可以引起基因突变？癌细胞就是原癌基因和抑癌基因突变产生的，联系学过的“致癌因子”和生活实际，学生举例说明有哪些因素会诱发基因突变。
【意图】联系生活实际分析物理因素和化学因素。提醒学生放下手机，拒绝吸烟，健康生活，珍爱生命。旨在提高学生健康生活、珍爱生命的认识，使学生能够主动向他人宣传关爱生命的观念和基因突变的知识，崇尚健康文明的生活方式，成为健康中国的促进者和实践者，承担起应用的社会责任。
（三）总结归纳，构建体系
探究活动五：形成概念图。请根据资料，概括出基因突变知识体系，构建概念图。用QQ软件实时传输展示学生作品，并且课下在班级学习园地中展示小组作品，相互交流学习。
【意图】利用概念图的形式总结之前学习的内容，让学生建立知识间的联系，而不是单纯的记忆零碎的知识。课下在班级学习园地中展示小组作品既是对学生本节课成果的肯定，又是课堂知识的延伸。
通过以上学习，我们知道了基因突变导致了遗传物质的改变，我们把遗传物质的改变引起的变异成为可遗传变异。而由于环境引起的变异成为不可遗传变异。可遗传变异除了基因突变外，还有基因重组和染色体变异两种类型，我们下节课还要学习基因重组和染色体变异。
【板书设计】
《基因突变》评测练习
1.下列有关基因突变的说法，不正确的是（ ）
A.在自然条件下，基因突变频率是很低的
B.基因突变是遗传物质改变引起的
C.基因突变能产生新的基因
D.人工诱导的基因突变都是有利的
2.在北京培育出的优质甘蓝品种，叶球最大的只有3.5公斤，当引种到拉萨后，由于昼夜温差大，日照时间长，叶球可重达7公斤左右，但再引种回北京后，叶球又只有3.5公斤，从甘蓝引种过程可以看出（ ）
A.甘蓝具有遗传性，而不具有变异型
B.仅由环境条件引起的变异不能遗传
C.环境的改变可引起生物产生可遗传的变异
D.甘蓝在生殖过程中无基因重组发生
3.若生物体的DNA分子增加或减少一个碱基，这种变化是（ ）
A.细菌转化 B.基因的自由组合 C.基因突变 D.等位基因分离
4.基因突变常发生在细胞周期的（ ）
A.分裂间期 B.分裂期前期 C.分裂期后期 D.在分裂期的各期均有可能
5.人发生镰刀型细胞贫血症的根本原因在于突变，其突变方式是（ ）
A.增添或缺失某个碱基对 B.碱基发生替换改变
C.缺失一小段DNA D.增添一小段DNA
7.一株世代都是开红花的植物，在一次突然性冰冻后，有一个枝条上出现一朵白花，白花授粉后代所结的种子在种下去长成的植株都开白花。试分析该白花是来自于___________，其原因是_______________，使发育成该花芽的细胞在_____________________________时发生差错，从而使_______________的分子结构发生了改变。
8.将生物随飞船带入太空，可进行多项科学研究。如植物种子经太空返回地面后种植，往往能得到新的变异特性。这种变异的来源主要是植物种子经太空中的___________辐射后，其_____________发生变异。现一般把这种育种方式称为______________。试举出这种育种方式的一个优点：____________________________________________。
9.人类血红蛋白由574个氨基酸按一定顺序
、一定结构组成特定的蛋白质，而镰刀型细胞
贫血症病人的血红蛋白中有573个氨基酸与
正常人一样，只有第四条肽链上的第六个氨基酸
谷氨酸被缬氨酸所代替，从而改变了血红蛋白的
结构和特征——缺氧时红细胞由圆饼状变为镰刀
状。试分析右图并回答：
图中的①代表___________，②的碱基组成
是_______，缬氨酸的密码子是______________。
DNA由正常变为异常是由于在___________过
程中，可能由于各种原因发生差错，使________________
发生局部改变，从而改变了____________。
（3）经科学家研究，镰刀型细胞贫血症是常染色体隐性基因所致。设正常人的基因型为HH，则患者的基因型为_____，H基因的碱基组成中有_________，h基因的碱基组成中则是_____。患者和正常人婚配生了个正常后代，其基因型是___________。
（4）通过以上图解和分析，充分说明了DNA分子上___________就会导致生物的________改变。
（5）目前对人类遗传病还没有有效的治疗手段，人们寄希望于21世纪生物技术的突破来解决，你认为要治疗人类镰刀型细胞贫血症主要依赖下面哪项生物工程？（ ）
A．基因工程 B．细胞工程 C．发酵工程 D．酶工程
