基于“问题驱动,核素养”《DNA是主要的遗传物质(第一课时)教学设计》

1、 DNA是主要的遗传物质（第1课时）教学设计广东实验中学顺德学校邱金杰一内容分析与处理1、地位与价值分析DNA是主要的遗传物质是人教版生物必修二遗传与进化第三章第一节的内容，主要介绍了科学家们对DNA是遗传物质的探索历程，包含了对遗传物质的早期推测、肺炎双球菌的体内和体外转化实验、噬菌体侵染细菌的实验等内容，本节课为第一课时，介绍前两个内容，额外增加了一个“肺炎双球菌转化实质的探究”。本节内容在高中生物中具有承上启下的重要作用。通过对前两章内容的学习，学生对基因的了解从较为宏观的性状层面进入到了细胞层面，而本章内容将继续贯穿“结构与功能相适应”的生命观念，进一步激发学生思考和探究的欲望，从分子

2、层面对基因进行进一步的深入探究，逐步揭开基因神秘的面纱，为“基因的表达”的学习打下坚实的基础。2、问题分析在教材中，本课时内容涉及到的问题共有8个，对这些问题按知识点归类并进行合理性分析（见表1）。课本原有问题8个，其中合理并采用的问题有2个；设计合理但根据教学进行改编的问题有2个；由于问题难度或本课时内容暂时未涉及等原因，舍弃问题4个。同时，本人在教学中额外增加了若干问题（见表2），使教学过程形成更强的问题驱动力，更能突出学科核心素养的培养。（1）教材原有问题分析表1教材中问题归类及问题设置合理性分析知识内容教材中的问题合理性分析对遗传物质的早期推测1你认为遗传物质可能具有什么特点？这两个问

3、题思维发散，学2.你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？生答起来有较大难度，会占用课堂大量时间，舍弃3.科学家是怎样证明DNA是遗传物质的？是本节教学的核心问题，但这两个问题需要学生学完整节内容才能回答，属于总结性问题，故将该问题结合进课堂教学中体会。本节聚焦4.为什么说DNA是主要的遗传物质？肺炎双球菌化实验5这种转化因子究竟是什么物质呢？作为过渡性问题，合理6.虽然艾弗里与赫尔希等人的实验方法不同，但是实验的设计思路却有共冋之处。思考一下他们最关键的实验设计思路是什么？阶段总结性问题，合理7.艾弗里与赫尔希等人的实验选用了结构十分简单的生物细菌或病毒。以细菌或病毒作为实验材料具有

4、哪些优点？这两个问题需要学生学完整节内容才能回答，属于总结性问题，暂不采用。8.艾弗里和赫尔希等人都分别米用了哪些技术手段来实验他们的设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？2）知识问题化设计本人对课本原有的问题进行适当的删减及改编，并提出一些新的问题与教材原有问题相结合，形成更有驱动力的问题串，具体见表2表2教学过程中增加的问题知识内容问题改编或调整对遗传物质的早期推测1、如果你是当时的科学家，你觉得哪种物质才是遗传物质呢？肺炎双球菌的体内转化实验1、加热杀死的S型细菌为什么没有引起小鼠的死亡？2、单独注射R型细菌和加热杀死后的S型细菌时小鼠不死亡，为什么将二者混合注射后小鼠却

5、死亡？死亡小鼠中分离到的S型细菌是如何产生的？由此现象能得到什么结论？3、格里菲思的肺炎双球菌转化实验能否说明“转化因子”是什么？为什么？肺炎双球菌的体外转化实验1、为什么艾弗里等人没有分离提纯出脂质、水等物质与R型细菌共同培养，观察实验现象？2、该实验的结论是什么？3、资料二的这组实验是否有必要，它的作用是什么？4、结合资料进行思考，若要证明某个生理过程中某种物质的作用时，应当如何设计实验？肺炎双球菌转化实质探究1、结合资料分析，为什么S型细菌已经加热杀死了，还能将R型细菌转化为S型细菌？2、艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说

6、他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是什么呢？3、与核心素养相关性分析本节课内容侧重培养学生的理性思维和科学探究的学科核心素养。（1）通过设计不同的情境，将课本实验以资料的形式呈递给学生，设置问题串对相关实验进行提问，引导通过独立思考与小组讨论，分析并解决情境中的问题，提高科学思维。（2）通过问题6、问题9、问题11等问题的分析思考，培养学生以科学性原则去设计实验，同时通过提取资料中有关信息来探究肺炎双球菌转化的实质，培养学生科学探究的学科素养。（3）通过对各个时代科学家实验的方法、不足等进行分析，感受科学家们科研的艰辛历程。二、学情分析知识储备：通过对必修一及必修二前两章

7、内容的学习，学生已经知道核酸是遗传信息的携带者，DNA和RNA都可以作为生物遗传物质，并且染色体就是由DNA和蛋白质构成的，也了解了基因可以控制生物的性状，并且知道了基因就在染色体上，故本节课主要是跟随科学家的脚步，重走探索之路，分析实验设计，证明“DNA是遗传物质”这一结论。能力储备：授课学生为省实顺德学校笃行班的学生，他们具备较强的逻辑思维能力，善于思考、合作，能有效的组织讨论活动，并具备良好的语言表达能力，能够进行适当展示。三、教学资源的组织本节课主要通过呈现多个情境资料，对不同时代的科学家的实验进行分析，引导学生跟随时代的脚步，通过小组讨论与展示等方式，结合学案、课件，解决在各实验中设

8、置的不同问题串，激发学生探究欲望，逐步得出“DNA是遗传物质”的结论。四、教学目标与方法教学目标（1）.知识目标掌握肺炎双球菌体内和体外转化实验的过程和结论理解肺炎双球菌转化现象的实质（2）.能力目标通过分析不同情境中的资料，提取关键信息，分析肺炎双球菌体内和体外转化实验，通过思考与讨论，得出相关结论，培养科学思维和科学探究素养。（3）.情感目标体会科学探索的艰辛历程，认同科学与技术的相互关系，培养学生的社会责任。教学重难点（1）.肺炎双球菌转化实验的原理和过程。（2）.肺炎双球菌转化现象的实质。教学方法（1）情境设置、问题驱动法通过设置多个情境，设置有驱动性的问题串，由浅入深，环环相扣，不断

9、引导，激发学生的探究欲望，从而积极主动的获取知识。（2）小组合作探究法由于本节课侧重了实验的探究，凭学生个人能力可能很难解决问题，适当通过小组合作探究的方式进行讨论及展示，帮助学生解决学习问题。五、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图与效果分析导入自从摩尔根提出基因的染色体理论以后，基因在人们的认识中不再是抽象的“因子”而是存在于染色体上的一个个单位。但是基因到底是什么呢？在这个章节中，我们将跟着科学家的脚步重走探索之路，继续对基因的本质进行探究，揭开基因神秘的面纱。学生倾听总结本书中关于基因的探索历程，引发学生继续探究的欲望一、对遗传物质的早期推测【情境1】资料1在20世纪20年代，人们

10、已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子，其中20种氨基酸不同的排列组合，可以作为一种遗传信息。资料2在20世纪30年代，人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子，组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种，也能够出现不同的排列组合，储存遗传信息。问题1：如果你是当时的科学家，你觉得哪种物质才是遗传物质呢？学生分析资料并思考适当思考并回答通过两则资料，对比DNA与蛋白质在组成上的异同点，引发学生对遗传物质的讨论，体会当时科学家的探索过程【过渡】在当时的时代背景下，大多数科学家都认为蛋白质是遗传物质，通过确凿实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的是美国科学家艾弗里，而他的实验又

11、是在英国科学家格里菲思的实验基础上进行的。学生倾听二、肺炎双球菌的体内转化实验（格里菲思实验）【情境2】资料1肺炎双球菌，又叫肺炎链球菌，其中光滑型的菌株产生荚膜，有毒，在人体内它导致肺炎，在小鼠体中它导致败血症，并使小鼠患病死亡，其菌落是光滑的（S型）；粗糙型的菌株不产生荚膜，无毒，在人或动物体内不会导致病害，其菌落是粗糙的（R型）。资料2格里菲思将活的R型细菌或加热杀死的S型细菌注入小白鼠体内，结果小白鼠安然无恙；将活的S型细菌或将大量经加热杀死的S型细菌和少量活的R型细菌混合后分别注射到小白鼠体内，结果小白鼠患病死亡，并从小白鼠体内分离出活的S型细菌。问题2：加热杀死的S型细菌为什么没有

12、引起小鼠的死亡？问题3：单独注射R型细菌和加热杀死后的S型细菌时小鼠不死亡，为什么将二者混合注射后小鼠却死亡？死亡小鼠中分离到的S型细菌是如何产生的？由此现象能得到什么结论？问题4：格里菲思的肺炎双球菌转化实验能否说明“转化因子”是什么？为什么？学生阅读资料学生思考并回答学生讨论并回答学生思考并回答通过阅读资料1和资料2，让学生自行了解肺炎双球菌的特点及肺炎双球菌体内转化实验的基本过程及现象，思考实验过程中涉及的问题。引发学生对“加热杀死”进行思考，到底“杀死”的是什么？为后续的转化实质作铺垫。引导学生对该实验的关键现象进行思考讨论，得出实验结论引导学生评价该实验的不足，引导学生对实验思路的思

13、考三、肺炎双球菌的体外转化实验（艾弗里实验）【过渡】格里菲思并未找到“转化因子”是什么，那怎样才能确定S型细菌的哪种成分才是“转化因子”呢？【情境3】资料11944年，美国科学家艾弗里等人从S型肺炎球菌中分离提纯DNA、蛋白质和多糖物质，并分别与R型肺炎双球菌一起培养，发现只有DNA能使一部分R型细菌，转变为S型，而且转化的频率与DNA的纯度有关，DNA越纯转化率越高。已经转化的细菌，所获得的S型性状可以遗传给后代。资料2艾弗里将DNA事先用DNA酶降解，再和R型肺炎双球菌一起培养，R型菌就不能转化成S型菌。资料31864年，德国科学家萨克斯把绿色叶片放在暗处几小时，再把这个叶片一半曝光，另一

14、半遮光。过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片呈深蓝色。这一实验成功证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。问题5：结合资料1分析艾弗里等人的实验设计思路是什么？问题6：为什么艾弗里等人没有分离提纯出脂质、水等物质与R型细菌共冋培养，观察实验现象？学生阅读资料学生小组讨论并推选小组代表进行回答，其余组员进行补充引入艾弗里及其同事的体外转化实验通过阅读资料1了解肺炎双球菌体外转化实验的基本过程阅读资料2的肺炎双球菌体外转化实验的特殊操作，引导学生思考这步实验的作用引导学生思考问题9进一步明确实验设计的对照原则明确实验设计思路强调实验设计的科学性原则三

15、、肺炎双球菌的体外转化实验（艾弗里实验）问题7：该实验的结论是什么？问题8：资料二的这组实验是否有必要，它的作用是什么？问题9结合资料进行思考，若要证明某个生理过程中某种物质的作用时，应当如何设计实验？四、肺炎双球菌转化实质探究【过渡】格里菲思和艾弗里的实验过程中均出现了R型细菌转化为S型细菌的现象，这种转化是如何实现的呢？【情境4】转化现象的实质资料1DNA变性的实质是DNA双螺旋区的氢键的断裂，一般温度达到90C95C时会完全变性，缓慢降温后会恢复活性，而通过加热使蛋白质变性的温度大约在70C左右。资料2遗传转化是指同源或异源的游离DNA分子被细菌的细胞摄取，并得以表达的基因转移过程，分为

16、自然转化和人工转化。资料3肺炎双球菌的自然转化现象最早是由英国的细菌学家格里菲思于1928年发现的。当R型细菌生长到一定阶段时，就会分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子。这种因子能与细胞表面受体相互作用，诱导感受态特异蛋白的表达，使其处于感受态，能从周围环境中摄取DNA并整合到自身基因组中。明确实验结论学生小组讨论并推选小组代表进行回答，其余组员进行补充引导学生思考实验设计中的对照设置学生阅读资料通过阅读资料1，了解DNA和蛋白质在热稳定性上的差异学生阅读资料资料2和3意在让学生了解遗传转化现象，引导学生对肺炎双球菌转化实验中细菌转化现象的思考四、肺炎双球菌转化实质探究资料4基因工程是指将一

17、种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传，表达出新产物或新性状的技术。问题10：结合资料分析，为什么S型细菌已经加热杀死了，还能将R型细菌转化为S型细菌？问题11：艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是什么呢？小组讨论并回答资料4意在让学生了解基因工程的基本操作过程，引导学生与细菌转化现象进行比较引导学生对细菌转化现象实质的讨论，同时体会科学家的科学思维五、小结引导学生对各个科学家的实验进行总结归纳，回顾实验关

18、键过程及思路，明确实验结论学生倾听并自我总结培养学生总结归纳的能力，进步体会科学探究的严谨板书提纲：一、对遗传物质的早期推测二、肺炎双球菌体内转化实验加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”，把R型活细菌转化为S型细菌三、肺炎双球菌体外转化实验思路：将DNA和蛋白质分开，单独观察它们各自的实验现象结论：DNA是遗传物质，蛋白质等物质不是遗传物质四、转化现象的实质基因重组后附练习安排：课堂练习1（在格里菲思实验讲解完之后训练）：在肺炎双球菌转化实验中，将R型活细菌与加热杀死的S型细菌混合后，注射到小鼠体内，下列能在死亡小鼠体内出现的细菌类型有（B）有毒的R型活细菌无毒的R型活细菌有毒的S型活细菌无毒

19、的S型活细菌A.B.C.D.课堂练习2（在艾弗里实验讲解完之后训练）：艾弗里和同事用R型和S型肺炎双球菌进行实验，结果如下表。从表可知（C）不能证明S型菌的蛋白质不是转化因子说明S型菌的荚膜多糖有酶活性和说明S型菌的DNA是转化因子一说明DNA是主要的遗传物质六教学反思1、情景与问题设计反思实验组号接种菌型加入S型菌物质培养皿长菌情况R蛋白质R型艮荚膜多糖R型艮DNAR型、S型艮DNA经DMA酶处理）R型本节课共通过11则资料，创设情境4个，涉及问题或问题串11个，包含导入性问题（1个）、探究性问题（7个）、总结性问题（3个）等。其中运用教材原有问题2个，改造2个，其他都是根据自己教学进程的需

20、要设计的。这些问题的功能类型多样，形成了较强的问题驱动力，有效调动了学生的积极性，发展了学生的学科素养。2、提升核心素养反思本节课通过大量的情境资料引导学生分析并讨论实验，侧重培养学生的理性思维和科学探究方面的核心素养，但生命观念与社会责任在本课体现的不多，需要进一步挖掘，同时思考如何将学科核心素养更加自然的融入到日常教学当中。3、教学效果反思通过学生的反馈，这节课让他们感触最深的是老师通过创设各种情境，整合问题驱动和小组合作进行教学，问题紧密联系，环环相扣，节奏紧凑，使他们思想在处于一种比较紧张的状态，专注度大大提高，效率很高。在学习的过程中，培养了他们的团队意识和集体荣誉感，提高了科学素养。4、亮点与创新（1）在教材原有问题的基础上，通过多则资料整合设置了多个情境，同时对教材原有问题进行了较大幅度的改编和调整，并提出了一些