3.1《DNA是主要的遗传物质》人教版高中生物教学设计-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

以《DNA是主要的遗传物质》为例进行合作学习教学策略的教学设计《DNA是主要的遗传物质》教学设计课标要求概念3遗传信息控制生物性状，并代代相传亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上概述多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上教学内容分析“DNA是主要的遗传物质”一节是人教版高中生物教材必修2《遗传与进化》第3章第1节的内容，通过必修一和前两章学习了“遗传因子的发现”和“基因和染色体的关系”后，对染色体的主要成分是DNA和蛋白质、蛋白质与核酸的化学元素组成、遗传物质控制着生物的性状以及前后代遗传中基因与染色体之间的关系等知识有了一定的理解，并且学会使用假说演绎法完成实验的推理验证，再来学习本节内容的。在相当长的时间里，由于对DNA分子结构没有清晰地了解，人们一直把蛋白质作为遗传物质。那么，遗传物质到底是DNA还是蛋白质呢？本节内容主要通过两个经典实验证明了DNA是遗传物质，最后列举少数生物只有RNA而没有DNA的事实，得出“DNA是主要的遗传物质”这一结论。本节内容既对前两章的基因的有关知识进行大致回顾，也下启后三节关于DNA分子的结构、复制和遗传效应等，更对后续学习基因的表达、突变进行了必要的知识铺垫，具有承上启下的作用。学情分析起始能力分析：1.学生在必修一已经学习了染色体的主要成分、蛋白质与核酸的化学元素组成相关知识，对于遗传物质控制生物的性状、基因与染色体的关系等知识点在前两章也有了清楚地了解，这些对本节课内容的学习起到必不可少铺垫的作用。2.学生在必修一中学习了蛋白质与核酸的化学元素组成后，能够更好的理解在噬菌体侵染细菌实验中，所采用同位素标记法来进行探究；在前两章中学习了假说演绎法，因此在本节的学习中对于该种方法的运用不会感到陌生。一般特征分析：3.高中生已经具备一定的逻辑思维推理能力，但仍有待加强，需要教师设计探究教学活动，引导学生针对问题串进行思考、讨论及实施探究活动。此外，他们行动的目的性、专注性更强了，对于教学目标以外知识的兴趣会有所减少。但是，他们掌握的科学方法非常少，很难自主设计完成实验，需要教师引导。所以在教学中，可以通过典型事例分析，创设问题情境，激发学生学习趣，引导学生探索，学习怎样观察、分析、推理和归纳；学习怎样选择材料、设计实验，进行科学方法训练。4.实验中所用到的实验材料有一些都是微生物，学生对他们没有感性上的认识，对枯燥的实验过程也不是很感兴趣教学目标分析生命观念：通过对肺炎双球菌转化实验的探究过程，从结构与功能相适应的角度说明遗传的物质基础，进一步稳固结构与功能观。科学思维：通过对肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌的实验结果作出推断、论证与反思，对实验现象的分析及归纳概括，得出合理结论，鼓励学生积极探讨，提升批判性思维能力，养成严谨、求实的科学态度和科学精神，锻炼合作能力；感受并认同科学研究并非是一蹴而就的；阐明放射性同位素标记在科学研究中的重要作用。科学探究：通过制订实验方案，梳理科学探究的一般方法，并对可行性方案进行分析比较，鼓励与他人合作开展探究活动，阐明自己的观点；从探寻遗传物质本质的过程学习科学家们锲而不舍、追求真理的科学精神。社会责任：通过搜集关于新型冠状病毒的资料，对该病毒的遗传物质、特点有一个了解，关注社会热点，感受生物学与医学跨学科之间的密切联系，增加社会责任感。教学重、难点1．重点：（1）肺炎链球菌转化实验的原理和过程（2）噬菌体侵染细菌实验的原理和过程2．难点：噬菌体侵染细菌实验的原理和过程教学策略——合作学习策略选择合作教学策略的原因：内容要求：本节内容主要由肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌这两大实验构成，通过对实验的探究过程来掌握本节课的主要内容，学生能够针对特定的生物学现象设计实验进行探究，但是，由于实验探究的过程具有一定的难度，学生独立完成探究可能会有一定的困难；能力要求：基于高中学生生物学科核心素养，要求学生乐于并善于团队合作，勇于创新，提高交流与讨论能力。本教学设计按“学生是主体，教师是主导”的原则，以合作学习教学方法为主线，四人一小组为单位，开展合作学习，让学生在讨论、探究、交流中相互启迪，获得新知，形成良好的学习习惯和学习方法。同时，充分利用现代声像技术及多种媒体工具，借助多媒体动画，把噬菌体侵染细菌的过程直观地展示给学生，有利于学生由感性认识上升到理性认识。教师适时进行点拨，以帮助学生建构正确的知识结构，把课堂的主动权交给学生。教学方法讲授法、直观法、讨论法、实验探究法、类比法课前准备将学生进行分组，每组4人，课前按前后位置坐好制作多媒体课件，搜集照片、视频以及相关的文字资料制作噬菌体侵染大肠杆菌的实验结果预测表教学过程教学过程教师活动学生活动设计意图新课导入【课堂活动】学生找出图片中的几对父与子【提问】①这是一种什么现象？②作为遗传物质应该具备哪些特点？随机抽取学生回答，教师进行总结，补充【小组活动】学生完成小游戏，并找出他们之间的共同点，再结合自己的生活经历，大胆猜测作为遗传物质应该具备哪些特点课前的小活动既能够调动课堂气氛，激发学生的学习动机，又引入了本堂课的教学内容“遗传物质”的概念，帮助学生更好的理解后续实验中转化因子的实质，锻炼学生的分析、归纳的能力对遗传物质的早期推测带学生回顾遗传物质与染色体的关系以及染色体的主要组成成分【提问】遗传物质可能是什么？让学生阅读课本P4243学生回顾染色体的主要组成成分是DNA和蛋白质，遗传物质存在于染色体上【小组讨论】遗传物质可能是：DNA或者蛋白质阅读课本，了解当时的科学家们的猜测学生建立起遗传物质、染色体、DNA、蛋白质之间的关系，从而有了猜测的依据和来源，引导学生将答案锁定在了DNA和蛋白质之中，鼓励学生联系旧知识，大胆猜测格里菲斯实验（小组讨论）展示肺炎链球菌的培养基图片、两种细菌结构模拟图【提问】从图中可以看出两种细菌的各自具有什么特点？多媒体展示格里菲斯实验的4组实验过程图【提问】①前3组实验可能的实验结果？②为什么加热杀死的S型细菌不具有致病性？③第1、2、3组实验说明了什么？展示第4组实验的结果【提问】①第4组实验产生的原因有哪些？②实验说明了转化因子具有什么性质？转化因子的本质是什么？【补充讲解】转化因子的概念学生观察图片，对比两种细菌结合细菌的特点可知，R型活菌不具有致死性，S型活菌具有致死性，而加热杀死的S型菌由于荚膜结构遭到破坏失去致病能力第4组小鼠体内加热杀死的S型细菌中含有转化因子，使得R型活细菌转化为S型活细菌，并发现转化因子的特点（可遗传、可控性状）与遗传物质十分相似。图片可以直观的将两种细菌的特点展现在学生面前，观察更加方便，也锻炼了学生搜集、分析信息的能力活跃学生的思维，锻炼学生的分析、推理能力引导学生将转化因子与遗传物质进行对比，从而得出转化因子就是遗传物质这一概念，而不是直接告诉学生，这样会造成理解的困难。多媒体教师提问学生活动（知识）图片1：实验材料实验材料有什么特点？掌握肺炎链球菌的特点图片2：4组实验过程图前3组实验可能的实验结果？为什么加热杀死的S型细菌不具有致病性？第1、2、3组实验说明了什么？掌握R型活菌、S型活菌和加热杀死的S型菌对小鼠的致病情况，为理解第4组的实验现象做知识铺垫图片3：播放第4组实验结果第4组实验现象产生的原因有哪些？实验说明了转化因子具有什么性质？转化因子的本质是什么？对比分析4组实验的现象和结果，归纳出转化因子的性质，推出转化因子就是遗传物质（导入环节已经对遗传物质的特点做了讲述）艾弗里实验（合作学习）【提问】S型细菌体内含有多种物质，到底哪一种或哪几种物质才是转化因子？【成果汇报、评价】有哪些实验思路，鼓励学生代表积极发言，并相互评价。动画演示艾弗里实验【教师质疑】当时的实验技术手段，不足以使分离提取的纯度达标，如果是你，该如何改进实验呢？【合作探究】请小组设计探究性实验为了探究转化因子是何物质，学生可能会提出两种方法：①减法：在两种细菌的混合物中，分别把Ｓ型菌的蛋白质、DNA、RNA等物质依次除去，如果可以转化，则说明去除的物质不是转化因子；如果不转化，则说明去除的是转化因子。②加法：将各种物质分离提纯，分别与Ｒ型菌混合，确定转化效果。学生积极讨论，比较得出更好的实验思路①，并说出思路②的缺点，相互评价【合作探究】设计验证性实验，证明遗传物质就是DNA设计DNA+DNA酶的实验，与加入DNA的R型菌作对照鼓励学生大胆思考、发散思维，培养学生设计实验、进行探究的能力，勇敢表达自己的观点，同时学会倾听其他人的意见锻炼学生的语言表达能力鼓励学生勇敢质疑，培养学生严谨的科学态度教学媒体教师提问学生活动（知识）无S型细菌体内含有多种物质，到底哪一种或哪几种物质才是转化因子？怎样设计实验？学生提出可能性的实验方案，相互比较，选择最佳的设计动画：艾弗里实验当时的实验技术手段，不足以使分离提取的纯度达标，如果是你，该如何改进实验呢？对实验结果产生质疑，引起学生的矛盾，设计验证实验噬菌体侵染细菌的实验探究CO2探究CO2中的C在光合作用中转化为有机物中的C的途径时，科学家用14C标记的14CO2来进行追踪【提问】既然艾弗里的实验中DNA和蛋白质不能完全分离，那有没有DNA和蛋白质天然分开的生物呢？【教师讲授】展示T2噬菌体的模式图，讲解噬菌体的化学组成成分，播放侵染细菌的动画【提问】①噬菌体注入的是什么成分？②如何“追踪”蛋白质和DNA，看它们是否注入大肠杆菌?③选用何种元素对蛋白质分子和DNA分子进行标记?能否同时标记?④怎样使大肠杆菌和其他结构分开，以便于检测?⑤该实验的实验思路？教师在学生讨论过程中给予即时的帮助【教师讲解】教师适时引出赫尔希和蔡斯的实验，让学生与自己设计的实验进行对比【提问】①保温、搅拌、离心的目的是什么？操作的时间会影响到实验结果吗？②为什么上清液和沉淀物中均检测到放射性且只是强弱差别？实验结果说明了什么？【提问】实验结果可以说明DNA就是遗传物质吗？如果不能，你怎样设计补充实验来证明DNA就是遗传物质？【教师质疑】所有生物的遗传物质都是DNA吗？学生会想到病毒的结构特点：遗传物质和蛋白质是分开的【合作学习】让学生总结侵染细菌的过程【合作探究】①对于注入的成分，学生可能会提出3种可能：DNA、蛋白质、DNA和蛋白质②学生会想到采用放射性同位素示踪法（必修一有所涉及）③之前对噬菌体的化学成分有所了解，学生会想到用S标记蛋白质，P标记DNA小组合作在解决上述问题后，再来设计实验，对可能的实验结果进行预测，完成表格学生对比科学家的实验，得出正科学的实验结果【小组讨论】学生分析原因，得出结论：噬菌体侵染大肠杆菌时，将DNA注入细菌，将蛋白质外壳留在了细胞外。【小组讨论】学生得出方案：可以通过检测细菌裂解释放出的子代噬菌体中的放射性情况。如果在释放的噬菌体中可以检测到32P标记的DNA，但不能检测到35S标记的蛋白质子代噬菌体的各种性状是通过DNA遗传的学生得出结论：DNA是遗传物质学生反思，对实验结论提出质疑比起直接讲解噬菌体，在讲解之前让学生有一个思维过程：为什么要使用噬菌体这一实验材料？跟实验有什么关系？由于学生对实验材料和方法比较陌生，教师必须让学生对这些知识有了解，为后面的探究学习奠定基础。通过学生回答问题串的形式，引领学生层层深入地进行思考，使学生领悟到科学探究的方法和过程，认同科学结论的获得必须基于实证。学生往往在对上清液和沉淀物中的放射性进行检测之后，就很容易得出DNA就是遗传物质的结论，此时得出的结论是没有依据的，这时候教师要对学生进行正确的引导，通过提问的方式，让小组合作对实验结果进行补充实验的设计，培养学生严谨的科学态度，发展严密的逻辑思维。组别预测T2噬菌体侵染大肠杆菌的可能方式35S标记的噬菌体侵染、离心、测放射性预期现象(有/无)放射性32P标记的噬菌体侵染、离心、测放射性预期现象(有/无)放射性1DNA注入，蛋白质留在细菌外上清液：上清液：沉淀物：沉淀物：2蛋白质注入，DNA留在细菌外上清液：上清液：沉淀物：沉淀物：3DNA和蛋白质均注入细菌内上清液：上清液：沉淀物：沉淀物：多媒体教师提问学生活动无艾弗里的实验DNA和蛋白质并不能完全分离，有没有DNA和蛋白质天然分开的生物呢？引入病毒的概念，为后面学习噬菌体这一实验材料做铺垫噬菌体的结构模式图，噬菌体侵染大肠杆菌的动画①噬菌体注入的是什么成分？如何“追踪”蛋白质和DNA，看它们是否注入大肠杆菌?②选用何种元素对蛋白质分子和DNA分子进行标记?能否同时标记?③怎样使大肠杆菌和其他结构分开，以便于检测?④该实验的实验思路？在解决这些问题之后，小组再进行实验设计，提出可能的假设，并对结果进行预测，完成表格图片：实验过程图实验结果验证了哪个猜测？实验现象说明了什么？学生根据实验结果，知道了噬菌体注入的成分是DNA烟草花叶病毒实验教师以资料的形式介绍烟草花叶病毒【提问】类比赫尔希与蔡斯的实验思路，如何设计实验验证RNA是烟草花叶病毒的遗传物质？教师展示实验结果【合作探究】学生采用类似的实验思路，设计实验学生得出结论：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA【归纳总结】DNA是主要的遗传物质，只有RNA的生物遗传物质是RNA学生比较前面两个实验，找出实验的相似之处总结梳理以时间线为线索，带着学生梳理DNA是遗传物质的发现过程，将几个实验进行比较，归纳总结他们之间的相似之处。回顾整节课，梳理几个实验之间的连贯性。通过回顾科学探究的历程，学生能够体会到科学研究的艰辛与严谨，科学的发展也总是一个肯定否定再肯定的循环过程，要鼓励学生勇敢质疑。作业设计：在格里菲斯肺炎链球菌转化实验中，实验材料有何特点？从肺炎链球菌的角度，对第3组、第4组实验现象产生的原因进行解释。【考察对实验的理解】赫尔希和蔡斯的实验中，为什么用35S和32P分别对蛋白质和DNA进行标记？A．这两种放射性元素容易获取，成本低B.生物学中大多数实验均采用这两种元素C.根据T2噬菌体的化学组成特点D.这两种元素容易标记3．请完成下列表格步骤目的时间35S的放射性与正常情况相比