基因突變和基因重組教學設計

1、基因突變和基因重組的教學設計遼寧省朝陽市建平縣高級中學 胡長秀一、教材和學情分析本節(jié)課內容包含了兩種可遺傳變異基因突變和基因重組， 而基于前面已經學習了自由組 合定律和減數分裂知識， 學生們對于基因重組已經有了一定的了解， 在這個知識點處理上應 注重對學生實際理解能力和圖形分析能力的培養(yǎng)， 通過實踐提高學生的認知能力。 這節(jié)課的 重點和難點就集中于基因突變這個知識點， 要通過多種途徑來加深對基因突變的內涵和外延 的理解。二、教學目標及重難點知識目標1. 結合實例 .模型.游戲等方法從分子水平 （堿基對替換 .增添.缺失）分析基因突變發(fā)生 的時間，內因，推導出基因突變概念。2. 分析基因突變發(fā)生

2、在體細胞和生殖細胞時對其控制合成的蛋白質 . 對性狀與子代的 影響。3. 基因突變的產生外在原因 . 特點及意義。4. 掌握基因重組的概念 .來源. 意義，會辨別不同情況下的基因重組。能力目標1. 結合減數分裂過程， 學會用圖示形式表示發(fā)生基因重組的原因， 培養(yǎng)學生的作圖和識 圖能力。2. 借助示意圖的觀察和對問題的思考，提高學生判斷. 推理等能力。3. 通過游戲、模型演示推出基因突變概念的過程，鍛煉學生們合作探究的能力。情感態(tài)度價值觀目標1. 通過分析引起基因突變的外部原因培養(yǎng)學生正確的生活態(tài)度，珍惜愛護生命。2. 認同基因簡并性保持生物性狀穩(wěn)定性的意義，以及基因突變 . 基因重組對生物多樣

3、性 形成的積極意義。重點1. 基因突變發(fā)生的概念 . 原因及特點。2. 基因重組的來源以及減數第一次分裂后期和交叉互換后對應的的基因變化圖。難點基因突變及基因重組的意義。三、教學方法及教具針對教學內容和教學目標，選擇的教學方法為：情境教學法 . 問題教學法 .小組討論法 學生分析歸納法。教學流程大體為：提出問題一一觀察現象一一分析探索一一得出結論。針對學生的認知規(guī)律，由熟悉到陌生，我對教材做了調整，先學習基因重組，再進行基因突變的學習。教具：多媒體 . 游戲紙條 . 磁條（制成基因堿基對）四、課時安排 1 課時五、教學過程導入： （呈現水毛茛圖片），為什么在水中和空氣中，葉片的形狀差距這么大呢

4、？這種 變異可以遺傳么？如果是遺傳物質改變，會不會遺傳給后代呢？學生活動： 學生觀察分析， 說出環(huán)境引起的是不可以遺傳的變異， 而遺傳物質的改變一 般可以遺傳的變異。教師點撥總結：變異分為不可遺傳的變異和可遺傳的變異， （教師點撥）：可遺傳的變 異包括基因重組 . 基因突變和染色體變異。這節(jié)課我們來探討基因突變和基因重組這兩種變 異。（一）基因重組教師活動：多媒體呈現多幅圖片圖片 1：“一母生九子，連母十個樣”圖片 2： 美國一對夫婦和 6 個孩子的照片圖片 3：我們一家三口（丈夫 . 兒子和我）的照片學生觀察，討論教師問：生物子代與親代之間 . 子代與子代之間的個體差異又稱為什么現象？學生回

5、答：父母的遺傳物質的重新組合。教師導出基因重組概念1. 基因重組：是指在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合。圖片 4：本班中的兩個雙胞胎（王晶和王瑩）的照片學生們很感興趣，教師順勢指出同卵雙胞胎性狀非常相似，基本相同。教師問： 那么， 基因重組是如何實現的呢？ （出示減數分裂的圖片和學案上設計的交叉互換圖）學生任務： 重溫基因的自由組合定律及減數分裂的知識，完成學案上交叉互換后的基因重新組合情況，歸納產生基因重組原因。2. 基因重組的來源（1）減數第一次分裂時非同源染色體上的非等位基因的自由組合（2）減數第一次分裂時非姐妹染色單體上等位基因的交叉互換 設置問題情景：如何理

6、解人群中個體性狀是多種多樣的？（多媒體出示擁擠的人群） 人的體細胞中有 23 對染色體，請你根據自由組合定律計算，一位父親可能產生多少種染色體組成不同的精子，一位母親可能產生多少子種染色體組成不同的卵細胞？學生任務：計算 .分析后得到都是 2 23 種。指導學生通過計算總結：3. 基因重組的意義： 可以產生多種多樣的基因組合的子代， 其中有一些子代有含有適應 某種環(huán)境變化的基因組合。 因此， 基因重組是形成生物多樣性的來源之一，對生物進化具有重要意義?！驹O計意圖】 通過生動的圖片和身邊的人 （我和本班同學的照片） 的真實照片來導入新 課的學習， 學生們非常感興趣。 并且我做了大膽地內容調整，

7、把同學們已經有一定知識基礎 的可遺傳變異基因重組放到基因突變這個知識點之前進行學習， 學生們由自由組合定律和減 數分裂的熟悉的知識入手， 可以迅速地理解掌握基因重組這個知識， 然后就可以集中花大部 分時間在基因突變這個知識的學習上了。（二）基因突變游戲導入基因突變學習 ：教師帶領學生做了一個游戲， 把學生分成 5 排，給每排第一個 學生發(fā)一個紙條，上面都寫了一句英文句子THE CAT SAT ON THE MAT.。由每排第一個同學看完句子記住后口頭往后傳，每次只說一遍，每排最后一個同學回報結果， 出來的結果千奇百怪， 有的同學丟了一個單詞或一個字母， 有的增添了字母， 我又讓學生來 當評委給

8、這幾個句子找毛病，學生們利用了英語上學的知識找出了錯誤。順勢，教師導出： 字母好比是堿基對，句子好比是DNA片段，那么堿基對的增添.缺少或替換會不會影響句子本來的意思呀？學生異口同聲的說：會。教師又問：那么剛才我們傳遞句子的過程是指什么過程呀？學生思考回答：DNA復制過程。教師又問：那么堿基對的增添 . 缺少或替換從根本上改變了什么呀？學生思考回答：基因的堿基對排列順序。（教師點撥：基因結構改變。）1. 基因突變的概念： DNA 分子中發(fā)生堿基對的替換 .增添和缺失，而引起的基因結構的 改變。2. 實質：基因結構的改變3. 發(fā)生時期：細胞分裂間期（有絲分裂.減數第一次分裂前的間期）【設計意圖】

9、 通過游戲來導入， 充分發(fā)揮了直觀教學的作用， 學生們在親身實踐中發(fā)現 了基因突變這個抽象的概念就類似英語學習中句子中單詞的拼寫出了問題，并能發(fā)現基因突變發(fā)生的時期是 DNA 復制過程，也就是分裂間期。教師發(fā)問過渡： 那么基因突變又分為什么樣的類型呢？一定可以遺傳給后代么？突變后 一定會引起生物性狀的改變么？資料呈現： 1910 年，一位美國黑人青年由于發(fā)燒和肌肉疼痛到醫(yī)院看病，醫(yī)生檢查發(fā)現，他患的是當時人們尚未認識的一種特殊的貧血病一一鐮刀型細胞貧血癥。（附正常紅細胞和異常紅細胞的圖片）教師闡述 : 我們知道，正常人的紅細胞是圓餅狀的，而鐮刀型細胞貧血癥患者的紅細胞 卻是彎曲鐮刀狀的。 這樣

10、的紅細胞容易破裂， 使人患溶血性貧血， 嚴重時會導致死亡。 這種 病是怎樣形成的呢？我們一起來探究。教師多媒體呈現：血紅蛋白分子的部分氨基酸順序正常纈氨酸一組氨酸一亮氨酸一蘇氨酸一脯氨酸一谷氨酸一谷氨酸一賴氨酸一異常纈氨酸一組氨酸一亮氨酸一蘇氨酸一脯氨酸一纈氨酸一谷氨酸一賴氨酸一學習任務：找出鐮刀型細胞貧血癥患者血紅蛋白分子異常的原因。學生對比回答 : 谷氨酸被纈氨酸替換。學生借助學案和密碼子表分析推測相應的DNA分子的堿基片段發(fā)生了什么變化？學生分析后回答： T/A 被 A/T 取代。教師總結：直接原因：蛋白質中氨基酸被替換根本原因：堿基對替換教師設計模型，利用磁條構建的脫氧核苷酸在磁性黑板

11、上排成一個含有8 個堿基對的DNA片 段。學生活動：以小組為單位展開活動，隨機在這個基因片段中增添. 缺失或替換一個堿基對，并分別記錄下轉錄后的mRNA推測出這三種情況下對性狀的影響情況并對比影響程度的大小。 得出：一般情況下， 增添或缺失一個堿基對引起的基因突變影響大于替換引起的基 因突變。教師布置課下進一步探究任務：是不是增添或缺失的堿基對越多對性狀影響越大呢？【設計意圖】 通過模型的構建過程， 充分發(fā)揮了直觀教學的作用，學生們在親身實踐中發(fā)現了基因突變發(fā)生的幾種情況，突破了這個抽象的概念， 并利用了前面轉錄和翻譯的知識來解決分析了基因突變的幾種情況對性狀的影響。思考：基因突變一定可以遺傳

12、給后代么？學生結合有性生殖知識總結出：基因突變若發(fā)生在配子中，將會遺傳給后代，發(fā)生在體細胞中的基因突變，一般是不能夠遺傳的。（教師補充：發(fā)生在植物體細胞中的基因突變， 如何能夠遺傳？-無性繁殖營養(yǎng)繁殖）教師引出：突變后一定會引起生物性狀的改變么？學生分析學案中發(fā)生以下情況是否還有引起鐮刀型細胞貧血癥呢？CTT_QIcpNAGAA GAg學生合作：轉錄寫出密碼子并查密碼子表得出兩種密碼子決定的都是谷氨酸，不會引起 性狀改變。教師點撥：由于一種氨基酸可能有幾種密碼子，這一現象稱做密碼子簡并，以致DNA分子堿基對的替換不一定會導致生物性狀的變化?！驹O計意圖】通過小組討論和分析， 讓學生們發(fā)現問題并結

13、合以前的知識來解決現在的問題，提高了學生分析解決問題的能力和自我獲取知識的能力。引入下一知識內容：如果人體某些細胞基因突變，有可能發(fā)展為癌細胞。癌癥就是原癌 基因與抑癌基因的突變逐漸積累的結果。設置問題情境：在生活中有什么因素容易引發(fā)癌癥，從而發(fā)生基因突變呢？學生思考討論.舉例說明：物理因素：在強日光照射下容易得皮膚癌；在醫(yī)院放射室工作的醫(yī)生容易得癌癥等化學因素：咸菜等腌制食品必須檢測亞硝酸鹽的含量，亞硝酸鹽含量過多可能會致癌等 ）教師總結誘發(fā)基因突變的因素：4外因： 物理因素：紫外線.X射線激光等 化學因素：亞硝酸鹽堿基類似物等 生物因素：某些病毒細菌的代謝產物等內因：DNA復制過程中出錯。

14、【設計意圖】 通過分析引起基因突變的外部原因培養(yǎng)學生正確的生活態(tài)度， 珍惜愛護生 命。教師提問：基因突變的特點有哪些？學生閱讀學案上資料：資料 1：自然界中，流感病毒可分為甲乙丙三型；肺炎雙球菌的種類有有莢膜和無莢膜類型；豌豆種子的圓滑和皺縮； 番茄的紅果和黃果； 小麥的高桿和矮桿； 果蠅的白眼和紅眼； 雞的 玫瑰冠和單冠；兔的白毛和黑毛；正常綿羊和短腿安康羊；正常人和白化病病人等。用幻燈片展示 10 幅各種生物相對性狀的圖片教師提示：注意觀察以上展示的相對性狀發(fā)生在什么生物上？例子中列舉了病毒細菌動植物和人的一些相對性狀， 說明以上的生物體都有可能發(fā)生基因突變， 基因突變在生物界 中是廣泛存

15、在的。師生共同總結：基因突變的第一個特征：普遍性資料 2：基因突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期； 可以發(fā)生在細胞內不同的 DNA 分子上； 同一 DNA 分子的不同部位。學生閱讀材料，總結出基因突變的第二個特征：隨機性資料3:以基因A為例，它不但可以突變成為 ai，而且還可能突變?yōu)?a2.a3等一系列的等位基因。 如:控制小鼠毛色的基因可以突變成黃色基因，也可以突變成黑色基因。學生分析討論，教師總結拓展：基因的突變方向并不確定， 基因與其一系列的等位基 因之間的關系，是可以相互轉化的。教師畫出黑板圖：師生共同小結基因突變的第二個特點：不定向性資料4 :幾種生物不同基因的自然突變率生物名稱突

16、變類型突變頻率單位大腸桿菌組氨酸缺陷型2 X 10 6每個配子的突變 頻率玉米皺縮種子1 X 10 5每個配子的突變 頻率果蠅白眼54 X 10每個配子的突變 頻率小鼠粉紅色眼3. 5X 10 6每個配子的突變 頻率人軟骨發(fā)育不全55 X 10每個配子的突變 頻率教師提示：以上表格中各種生物的突變頻率的數量級在什么范圍?學生分析：各種生物的突變頻率的數量級別在105到10 1說明頻率極低。師生共同歸納：基因突變的第三個特征：低頻性設置問題情景，引導學生思考 . 分析：生物發(fā)生基因突變以后的性狀對生物的生存有何 影響？展示 4個幻燈片，引導探究：殘翅果蠅 . 短腿安康羊 .白化病病人 .鐮刀型細

17、胞貧血癥的 患者圖片。教師提示： 任何一種生物都是長期進化過程的產物， 它們與環(huán)境條件之間已經取得了高 度的協調。 如果發(fā)生基因突變， 就有可能破壞這種協調關系， 所以基因突變一般是對生物的 生存是有害的。師生共同歸納：基因突變多害少利性。設置問題情景，引導學生思考 . 分析：生物發(fā)生的基因突變一般是利少害多，這是絕對 的嗎？學生拓展思維訓練，閱讀資料，分析問題：材料 5：非洲是瘧疾猖獗的地區(qū)。瘧疾是一種經按蚊傳播而引起的寄生蟲病，惡性瘧疾 發(fā)病常侵犯內臟， 嚴重者或醫(yī)治不及時會引起病人的死亡。 鐮刀型貧血癥是一種溶血性貧血 癥，嚴重時會導致死亡，在非洲黑人中發(fā)病率最高，是一種在 20 世紀才

18、被人們發(fā)現的常染 色體隱性遺傳病。 在非洲具有鐮刀型細胞貧血癥突變基因的個體（即雜合體） 不表現鐮刀型貧血癥的癥狀， 因為該個體能同時合成正常和異常的血紅蛋白，但卻對瘧疾具有較強的抵抗力。師生共同總結歸納： 基因突變而產生的性狀對生物生存的有害或有利是相對而言的， 應 視環(huán)境條件而定。提出思考題： 既然突變一般利少害多， 自然條件下基因突變的頻率很低， 基因突變能否 成為生物的進化提供原材料呢？資料6 :在適宜的條件下，生長12天的大腸桿菌培養(yǎng)物的濃度約為每毫升10 9個細 胞，DNA復制的錯誤率約為10 - 9，也就是每連接10 9個核苷酸才可能發(fā)生一個錯誤。在含有10 9個細胞的培養(yǎng)物中，

19、由于 DNA的差錯就可能發(fā)生幾百萬個突變，可能包含大腸 桿菌基因的上千種變異形式。學生分析：基因突變頻率低是針對個體水平而言，但在進化時，并不是考慮生物個體。教師總結：一個物種在漫長的進化歷程中，由許多個體構成物種，在物種這個水平上，生物發(fā)生的基因突變是不少的， 其中也有不少的有利變異， 這對于生物的進化是很有意義的。教師提問：普遍發(fā)生的基因突變有何意義？引導學生思考分析： 基因突變能產生新基因嗎 ？ 新基因的產生對生物生存有意義嗎？ 自然環(huán)境會選擇哪個個體留存下來？ 基因突變對生物進化有何意義？學生思考回答：6基因突變的意義：基因突變是新基因產生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始

20、材料。教師點撥：基因突變是 新基因產生的途徑這個意義?！驹O計意圖】通過閱讀資料獲取有用的信息，創(chuàng)設問題情境引導學生通過自主學習和小組合作來總結歸納出基因突變的特點和意義。課堂總結：我們學習了兩種可遺傳變異，它們有何異同呢？列表對比:基因突變和基因重組的比較項目基因突變基因重組本質發(fā)生時期發(fā)生原因意義六.板書設計5. 1基因突變和基因重組一. 基因重組1. 概念：在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合2. 產生的原因（1）減數第一次分裂時非同源染色體上的非等位基因的自由組合（2）減數第一次分裂時非姐妹染色單體上等位基因的交叉互換3. 基因重組的意義基因重組是生物變異的來源之一

21、，對生物的進化具有重要的意義。二、基因突變1. 基因突變的概念DNA分子中發(fā)生堿基對的替換.增添.缺失，而引起的基因結構的改變，叫做基因突變2. 實質：基因結構的改變3. 發(fā)生時期：細胞分裂間期（有絲分裂 .減數第一次分裂前的間期）4. 基因突變的原因誘變因素的種類 物理因素：紫外線、X射線、激光等 化學因素：亞硝酸鹽、堿基類似物等 生物因素：某些病毒、細菌的代謝產物等5. 基因突變的特點普遍性、隨機性、不定向性自然狀態(tài)下基因突變的頻率很低多害少利性6. 基因突變的意義基因突變是新基因產生的途徑，是生物變異的根本來源，是生物進化的原始材料。七、教學反思建構主義學習理論認為： 在學習的過程中， 獲得知識的多少取決于學習者根據經驗去建 構有關知識的能力， 而不取決于學習者記憶和背誦教師講授內容的能力。