探究脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性教学设计

探究脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性教学设计昌吉州木垒县一中 路中玲 一、课程分析：探究脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性是人教版必修二第3章基因的本质、第4节“基因是有遗传效应的DNA片段”中“DNA片段中的遗传信息”这部分内容安排的一个探究活动。本节是学生在学习了DNA是主要的遗传物质、DNA分子的结构、DNA的复制等三节内容后的概括与提升。课前学生预习的导学案中安排学生在课外每人制作一个含12个碱基对的DNA分子双螺旋结构模型，在本节探究实验课前进行展示，找出DNA分子结构的不同，进而推出DNA分子由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列,足以储存生物体必需的全部遗传信息 。活动中激趣导入，创设问题情境，设法引导学生通过数学推算的方法，得出DNA分子中可以储存大量遗传信息的结论，从而推出DNA分子的多样性和特异性。通过介绍DNA指纹的应用，让学生感受到理论知识的奇妙应用，充分体现STS教育。二、教学活动目标1、通过模型对比推出DNA分子由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列,足以储存生物体必需的全部遗传信息。2、通过数学推算的方法说明脱氧核苷酸序列的多样性及与遗传信息的关系3、阐明DNA分子的多样性和特异性的辩证关系三、教学重点、难点及解决方法 教学重点：DNA分子具有多样性和特异性教学难点：脱氧核苷酸序列与遗传信息的关系 解决方法：在实验教学中尝试变教师讲解为学生尝试,把整个教学过程设计为：课前学生预习（提前一周）-教师激趣导入-学生设计尝试-“师生展示研讨”-“归纳练习总结”-“ 课后反馈反思”六个部分,每个活动都让学生分组操作、讨论,互帮互学，教师只起到一个组织者和顾问的作用。组织探究活动，用学生课前制作的DNA分子结构模型做对比，找出DNA分子结构的不同，即骨架内侧的四种碱基的排列顺序可以不同，进而推出DNA分子由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列,足以储存生物体必需的全部遗传信息 。 用数学方法推算碱基排列的多种组合方式，推理出DNA分子的多样性和特异性。进而得出遗传信息多样性的结论。 四、教学方法 ：自主探究问题法、实验课教学的六步教学法五、教学活动设计 （一）课前学生预习（提前一周）教师设计实验的导学案，提前一周发给学生，提出自学要求，如本节探究的目的和要求是什么？小组准备设计什么方案来自主探究探究实验过程中还需要准备那些材料等(二）教师激趣导入创设情境，发现问题：学生课外制作的含12个碱基对的DNA分子结构模型课前展示（教师在学生中选出制作标准的DNA分子结构模型在讲台展示，四人小组组内对照互查，是否有连接错误的DNA结构模型。）问题导入：遗传物质DNA的结构我们已经清楚了，那么仅仅由四种基本单位构成的DNA分子能不能储存大量的遗传信息呢？如果能，DNA分子中的哪一部分可以储存遗传信息呢？对比结构模型，小组进行问题探讨：1、请学生找出DNA分子结构的不同2、DNA分子储存的遗传信息与它结构中的什么有关? 那么你提出的问题是什么？学生活动： 分析DNA分子的结构： 外侧：磷酸与脱氧核糖交替排列信息一致。 内侧：碱基对 信息可变。推测：从DNA分子结构中可以推测遗传信息与4种碱基（或脱氧核苷酸）的排列顺序有关。（三）学生设计尝试，自主探究1、提出问题：遗传信息的多样性与DNA结构中脱氧核苷酸的排列顺序有什么关系？2、作出假设：DNA结构中脱氧核苷酸排列顺序的多样性决定遗传信息的多样性。3、实施探究 （即数学推算过程）引导1：DNA分子为什么能储存大量的遗传信息? 由4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列,足以储存生物体必需的全部遗传信息吗？ 我们不妨将这个问题看成一个数学问题，进行推理。 设置探究情境：情境1：若1个碱基对组成1个基因，4种碱基对能形成多少种基因？ 情境2：利用学生自己制作的模型，12个碱基对可以有多少种排列方式？情境3：（教材的情境1），17个碱基对可以排列出多少种基因？ 4、分析结果：DNA分子是通过碱基对的排列顺序来储存遗传信息，且遗传信息的储存量可以用4的n次方来表示（n代表碱基对对数）碱基（或脱氧核苷酸）排列的千变万化，满足了遗传信息的多样性。碱基（或脱氧核苷酸）序列的多样性，构成了DNA分子的多样性。5、得出结论：DNA结构中脱氧核苷酸排列顺序的多样性决定了遗传信息的多样性。继续推算，深入探究：引导2：当基因的碱基对数相同时，其碱基排列顺序相同的可能性是多大？ 情境4：若模型中的12个碱基对组成1个基因，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？ 分析结果得出结论：虽然每个人的碱基对的排列是多样的，但对具体的个体、具体的基因来说，只能是其中的一种，即DNA分子具有特异性。（四）“师生展示研讨”各小组汇报展示自己的探究结果，互相研讨达成共识，教师适时评价（五）应用练习总结设置情境：假如你是一名法医，你怎样处理这个案件？ 引导3：什么是DNA指纹？从“DNA”和“指纹”两个词的组合中，你能够分析出DNA 指纹与平时我们所说的指纹之间，有什么相同，有什么不同呢？ 引导4：DNA指纹图上相似的部分是什么片段？不相似的部分又是什么片段？我们确定罪犯，主要看的是哪一部分？ 引导5：在人类的DNA分子中，脱氧核苷酸序列的多样性表现为每个人的DNA几乎不可能完全相同，因此，DNA可以像指纹一样用来鉴别身份。你知道DNA指纹还有哪些用途吗？ 课堂小结： 遗传信息蕴藏在4种碱基的排列顺序之中；碱基对排列顺序的千变万化，构成DNA分子多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性；DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。（六）课后反馈反思1、根据你对基因的了解，12个碱基对的随机排列真的都能形成基因吗？如果不能，为什么要作出这种假设呢？2、通过探究，你认为数学方法在生物学中应用时可能具有什么作用和局限？六、教后反思：本节课设计了实验探究教学过程，教学过程的设计始终注重提问的艺术，教师激趣导入,创设情境，设计问题串，组织探究活动，能够调动起学生的学习热情，始终保持认真、主动的学习态度和情绪。整个教学中教师只起启发引导作用，让学生在动脑的过程中学