資源簡(jiǎn)介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
學(xué)科 生物學(xué) 年級(jí) 高一 學(xué)期 春季
課題 DNA是主要遺傳物質(zhì)的探索
教科書 書 名：生物學(xué)必修2遺傳與進(jìn)化教材 出版社：北京師范大學(xué)出版社
教學(xué)目標(biāo)
1.在理解DNA和RNA分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，形成結(jié)構(gòu)與功能觀等生命觀念，能用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，解釋多數(shù)生物的基因是DNA分子的功能片段。 2基于遺傳物質(zhì)探索實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和研究方法的學(xué)習(xí)，能運(yùn)用概括、歸納、演繹等科學(xué)思維方法闡述遺傳物質(zhì)的科學(xué)探究過程。 3.關(guān)注自然界遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)，能對(duì)流感病毒變異、疫苗研制和生產(chǎn)等社會(huì)熱點(diǎn)問題、科技前沿問題進(jìn)行理性討論和分析，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。
教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)： 肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程。 2. 噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過程。 教學(xué)難點(diǎn)： 肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)原理和過程。 2. 理解科學(xué)家證明“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”實(shí)驗(yàn)思路。 3. 運(yùn)用概括、歸納、演繹等科學(xué)思維方法用于實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)。
教材思路與策略分析
本節(jié)課以科學(xué)史為教學(xué)主線，滲透科學(xué)研究思維與方法為教學(xué)輔線，并采用“問題導(dǎo)學(xué)”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)策略，課程中有巧妙設(shè)計(jì)的梯度問題串以及課堂探究任務(wù)，突破科學(xué)史教學(xué)難點(diǎn)以及運(yùn)用概括、歸納、演繹等科學(xué)思維方法用于實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。具體策略如下： 1.“問題導(dǎo)學(xué)”策略——體會(huì)科學(xué)探究過程，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法 在格里菲斯科學(xué)史實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，課堂以“設(shè)疑導(dǎo)入—問題導(dǎo)學(xué)—觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—?dú)w納總結(jié)”的教學(xué)線條推進(jìn)，全程貫穿“問題導(dǎo)學(xué)”策略。具體做法為①使用科學(xué)史引起學(xué)生的求知欲，問題導(dǎo)學(xué)引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)與驗(yàn)證假設(shè)的思路；②呈現(xiàn)格里菲斯的研究方案,引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，初步驗(yàn)證假設(shè)。③進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生深層思考，再次分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 在赫爾希和蔡斯科學(xué)史教學(xué)中，利用多層問題導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生突破“同位素的選擇”、“噬菌體的同位素標(biāo)記方法”等實(shí)驗(yàn)步驟上的難點(diǎn)。 2.“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”策略——體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，突破教學(xué)重難點(diǎn) 在艾弗里科學(xué)史教學(xué)中，巧妙設(shè)置課堂探究任務(wù)，先讓學(xué)生嘗試用“加”、“減”兩種思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，讓學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)科學(xué)研究方法。 3.“模型構(gòu)建”——構(gòu)建“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”概念模型
教學(xué)過程
學(xué)習(xí)任務(wù)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖問題 導(dǎo)入同學(xué)們，今天我們一起學(xué)習(xí)北師大版生物學(xué)必修二第一章第1節(jié)DNA是主要遺傳物質(zhì)的探索歷程，讓我一起走進(jìn)科學(xué)史實(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，領(lǐng)略探索精神。 自1869年米歇爾從膿細(xì)胞核中首次分離得到“核素”，新研究成果不斷出現(xiàn)，到1924年科學(xué)家證明染色體的成分是由DNA和蛋白質(zhì)組成的，科學(xué)界開始對(duì)生物的遺傳物質(zhì)是DNA還是蛋白質(zhì)這一問題進(jìn)行探索，究竟生物體的遺傳物質(zhì)是什么？ 真實(shí)科學(xué)史，以引起學(xué)生興趣。格里菲斯——肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)了解肺炎鏈球菌 1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家格里菲思發(fā)現(xiàn)了兩種不同的肺炎鏈球菌。如圖所示，一種菌落呈光滑的形態(tài)，稱為S型菌。另一種菌落呈粗糙，稱為R型。有同學(xué)知道S型菌落呈現(xiàn)光滑外觀的原因嗎？ 沒錯(cuò)，請(qǐng)同學(xué)們看S型菌在電鏡下的圖片，多糖莢膜清晰可見，這層多糖莢膜使得S型菌具有致病性，而R型菌沒有。 格里菲斯的實(shí)驗(yàn)背景 格里菲斯在研究?jī)煞N肺炎鏈球菌時(shí)，發(fā)生了一個(gè)“美麗的誤會(huì)”，是什么呢？我們一起來看！ 研究肺炎雙球菌的過程中，格里菲斯因?yàn)榕既坏臋C(jī)會(huì)，錯(cuò)把經(jīng)加熱殺滅的肺炎鏈球菌Ｓ型菌液當(dāng)成注射液的佐劑，與R型菌一起注射入小鼠體內(nèi)，結(jié)果小鼠還是死亡 ，并從死亡小鼠體內(nèi)分離出了Ｓ型活細(xì)菌。重復(fù)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果沒有改變。 看似偶然的現(xiàn)象必然蘊(yùn)藏著某種規(guī)律，讓我們嘗試從格里菲斯的角度分析以下問題： 1.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，小鼠的直接死亡原因可能是什么？ 2.如何用實(shí)驗(yàn)判斷小鼠的死亡原因？ 很好，同學(xué)們的想法與格里菲斯不謀而合。同學(xué)們分析以上四組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分別得出什么結(jié)論？ 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，請(qǐng)推測(cè)小鼠體內(nèi)活的S型菌怎么出現(xiàn)的并說明原因。 你認(rèn)為R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌的過程是自發(fā)的還是由加熱致死的S型菌誘發(fā)的？請(qǐng)說明原因？ （請(qǐng)學(xué)生回答問題） 綜合以上分析，格里菲斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：加熱殺死的S型菌含有某種物質(zhì)，可促使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌，這種物質(zhì)成為“轉(zhuǎn)化因子”。 5.研究“轉(zhuǎn)化因子”對(duì)尋找遺傳物質(zhì)有什么意義？ （引導(dǎo)學(xué)生從遺傳物質(zhì)可以控制性狀，并能遺傳下一代的角度，分析轉(zhuǎn)化因子的作用是促使R型菌形狀發(fā)生改變，并可以遺傳給下一代。從而得出找到“轉(zhuǎn)化因子”就是找到遺傳物質(zhì)的答案。） 6.如何科學(xué)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)找出“轉(zhuǎn)化因子”？ 因?yàn)镾型菌有多糖莢膜。 1.可能的死亡原因： ①R型活細(xì)菌導(dǎo)致小鼠死亡。 ②活的S型菌導(dǎo)致小鼠死亡。 ③加熱殺死的S型菌導(dǎo)致小鼠死亡 2.用R型活細(xì)菌、S型活細(xì)菌、加熱殺死的S型菌分別注射小鼠，觀察現(xiàn)象。 活的R型無毒、活S型菌有毒、加熱殺死的S型菌。小鼠的直接死亡原因是因?yàn)榛頢型菌。 3.可能原因： ①加熱殺死的S型菌死而復(fù)生。 ②R型菌轉(zhuǎn)化而來。 4.由加熱致死的S型菌誘發(fā)的，如果是自發(fā)的，第1組小鼠體內(nèi)應(yīng)該出現(xiàn)活的S型菌。 5.（１）轉(zhuǎn)化因子使Ｒ型細(xì)菌出現(xiàn)莢膜 ，發(fā)生性狀的轉(zhuǎn)變 ，說明轉(zhuǎn)化因子可控制性狀 ； （２）轉(zhuǎn)化形成 的Ｓ型細(xì)菌后代依然是Ｓ型細(xì)菌 ，說明轉(zhuǎn)化因子促使的性狀改變是可遺傳的 ； 因此，可以認(rèn)為”轉(zhuǎn)化因子“就是遺傳物質(zhì)。 了解實(shí)驗(yàn)材料 了解實(shí)驗(yàn)背景 讓學(xué)生形成觀察現(xiàn)象，提出問題、做出假設(shè)的科學(xué)思維。 讓學(xué)生嘗試提出驗(yàn)證假設(shè)的實(shí)驗(yàn)思路，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方 法。 加深學(xué)生對(duì)遺傳物質(zhì)的作用的理解，并建立轉(zhuǎn)化因子與遺傳物質(zhì)的聯(lián)系。 艾弗里——肺炎鏈秋菌的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過渡問題：如果你是艾弗里，想知道轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)，你有什么思路嗎 總結(jié)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵思路：設(shè)法將DNA與蛋白質(zhì)等物質(zhì)分開，單獨(dú)地研究它們遺傳功能。 1.展示課堂任務(wù)，先讓學(xué)生嘗試用“加”、“減”兩種思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。 （尋找兩組不同的設(shè)計(jì)方案，分析課堂任務(wù)） 實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，艾弗里兩種思路都進(jìn)行了操作，展示艾弗里的實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果，所得的試驗(yàn)結(jié)果與課堂任務(wù)的預(yù)測(cè)是一致的。 2.進(jìn)一步問題思考，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 問題：“為什么S型菌的DNA能使Ｒ型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化 這種轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是什么 ” 引導(dǎo)：轉(zhuǎn)化后的R型肺炎鏈球菌具有了S型肺炎鏈球菌的DNA，其菌落特征及功能與S型肺鏈球菌一模一樣，說明肺炎鏈球菌的形態(tài)特征及功能是由其所攜帶的DNA決定的。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：DNA是細(xì)菌的遺傳物質(zhì)。將 S 型菌各種組分提純后，再分別去研究它們的作用 完成課堂任務(wù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并匯報(bào)。 思考并回答問題 S型菌的基因整合到了Ｒ型菌的DNA中，并且表達(dá)出來。轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是基因重組。 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，讓學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)科學(xué)研究方法。 赫爾希和蔡斯——噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)過渡：自從艾弗里等人證明了導(dǎo)致肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化的物質(zhì)是DNA之后，科學(xué)界掀起了一場(chǎng)“井噴”式的核酸研究熱潮。那么，是否還有其他實(shí)驗(yàn)證據(jù)來進(jìn)一步證明DNA是遺傳物質(zhì)呢？時(shí)間來到10年后,美國(guó)科學(xué)家赫爾希和他的助手蔡斯完成另一個(gè)具有說服力的實(shí)驗(yàn)，再次證明了DNA是遺傳物質(zhì) 介紹噬菌體 噬菌體是一種病毒，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成分只有兩種，蛋白質(zhì)的外殼及內(nèi)在的DNA。營(yíng)寄生生活，寄主是大腸桿菌。（展示噬菌體和大腸桿菌的模型） 噬菌體通過吸附—注入—合成—組裝—釋放這四部進(jìn)行增殖，產(chǎn)生下一代。 如果能夠證明噬菌體傳遞給后代的只有DNA而沒有蛋白質(zhì)，就能夠很好地證明DNA是遺傳物質(zhì)。 （開始設(shè)問） 1. 噬菌體侵染細(xì)菌這一微觀過程如何才能觀察到 （參考：分泌蛋白的合成與運(yùn)輸） 2. 如果有多種同位素( 如14 C、15 N、3 H、32 P、35S 等) ，選擇哪種元素進(jìn)行標(biāo)記 為什么 3.如果同時(shí)用32 P 和35S 標(biāo)記噬菌體的 DNA 和蛋白質(zhì)外殼可以嗎 為什么 4. 如何培養(yǎng)含放射性35S和32P的T2噬菌體？能否直接用含35S、32P的培養(yǎng)基來培養(yǎng)？ 綜上分析，本實(shí)驗(yàn)第一步應(yīng)該先分別培養(yǎng)大腸桿菌，再用已標(biāo)記的大腸桿菌培養(yǎng)噬菌體，獲得35S和32 P 標(biāo)記的兩組噬菌體。 5.如何將噬菌體外殼和大腸桿菌分開 梳理實(shí)驗(yàn)思路和步驟 分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 6.細(xì)菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)了放射性的32P，沒有發(fā)現(xiàn)35S，說明了什么？ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有32P的子代噬菌體，沒有發(fā)現(xiàn)含有35S的子代噬菌體，說明什么？ 基于以上的實(shí)驗(yàn)，赫爾希和蔡斯得出以下結(jié)論： 噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，DNA進(jìn)入到細(xì)菌的細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)的外殼仍留在外面。 子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA傳遞的。DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。 1.放射性同位素標(biāo)記法 2.用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)；用32P標(biāo)記DNA，因?yàn)閮H蛋白質(zhì)分子中含有硫，磷幾乎都存在于DNA分子中。 3.不可以，因?yàn)榻Y(jié)果檢測(cè)只是檢測(cè)放射性的強(qiáng)弱，不能分辨不同元素的放射性。 4.不能。 因?yàn)門2噬菌體營(yíng)寄生生活，無法獨(dú)立生存。故應(yīng)先培養(yǎng)細(xì)菌，再用細(xì)菌培養(yǎng)噬菌體。 5.用已標(biāo)記的噬菌體分別侵染未標(biāo)記的大腸桿菌。 攪拌、離心 上清液：噬菌體外殼或個(gè)別子代噬菌體 沉淀物：大腸桿菌（內(nèi)含子代噬菌體） 6.噬菌體的DNA進(jìn)入了細(xì)菌，噬菌體的蛋白質(zhì)沒有進(jìn)入細(xì)菌 7.噬菌體DNA通過細(xì)菌的生物大分子合成體系合成噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，進(jìn)一步組裝新噬菌體。 認(rèn)同DNA是遺傳物質(zhì) 幫助學(xué)生突破“同位素的選擇”、“噬菌體的同位素標(biāo)記方法”等實(shí)驗(yàn)步驟上的難點(diǎn)。 RNA是RNA病毒的遺傳物質(zhì)過渡：DNA是唯一的遺傳物質(zhì)嗎？當(dāng)然不是，研究證明，遺傳物質(zhì)除DNA，還有RNA。如以下病毒。那么,科學(xué)家是怎么證明RNA也是遺傳物質(zhì)的？ 1886年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種能夠讓煙草植物葉片出現(xiàn)病斑的病毒：煙草花葉病毒。經(jīng)研究，煙草花葉病毒由蛋白質(zhì)外殼和內(nèi)部的RNA構(gòu)成，是一種RNA病毒。這種病毒有不同的類型，且不同類型的病毒侵染煙草后產(chǎn)生的病斑也不同。 材料：1955年，美國(guó)生化學(xué)家康拉特分離出TMV的RNA和蛋白質(zhì)，然后再混合這種 RNA和蛋內(nèi)質(zhì)溶液，得到了有活性的重組 TMV。 請(qǐng)同學(xué)們思考： 1.用化學(xué)方法分別獲得純化的TMV蛋白質(zhì)和RNA，然后再把蛋白質(zhì)和RNA放在一起，又會(huì)形成新的可以繁殖的TMV，說明了什么？ TMV和HRV感染植物后，植物葉片上會(huì)出現(xiàn)不同類型的病斑，說明了什么？ 材料：康拉特不同類型的煙草花葉病毒TMV和HRV的重組實(shí)驗(yàn)。 3.把TMV的蛋白質(zhì)與HRV的RNA混合在一起侵染植物，植物葉片出現(xiàn)病斑，表現(xiàn)為HRV型，反之，把TMV的RNA與HRV的蛋白質(zhì)混合在一起侵染植物，植物葉片出現(xiàn)病斑，表現(xiàn)為TMV型，這說明了什么？ 1.說明病毒有自己的遺傳物質(zhì)。 2.說明了不同病毒的遺傳物質(zhì)會(huì)決定所感染葉片產(chǎn)生不同病斑特征 3.在由RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的病毒中，RNA是遺傳信息的傳遞者。 培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論的能力，形成科學(xué)探究思維。課堂總結(jié)——構(gòu)建概念模型形成歸納總結(jié)的科學(xué)思維?？茖W(xué)探索歷程總結(jié)——情感價(jià)值觀升華在遺傳物質(zhì)的探索歷程中，格里菲斯等科學(xué)家用理性縝密的科學(xué)思維及不屈不撓的科學(xué)探究精神，為后人敲開了遺傳信息的分子基礎(chǔ)的大門，將科學(xué)研究推向更高的水平。讓我們向科研路上的前輩們致敬！關(guān)注自然界遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)，理解科學(xué)探索過程的曲折與漫長(zhǎng)，感受科學(xué)家們理性的思維與不屈的精神。激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感、熱愛社會(huì)的責(zé)任感。

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