DNA是主要的遺傳物質(zhì)教學(xué)案例

1、DNA是主要的遺傳物質(zhì)教學(xué)設(shè)計高三生物備課組 劉陽教材內(nèi)容分析 DNA是主要的遺傳物質(zhì)是人教版普通高中新課程生物必修2遺傳與進化中第3章第1節(jié)的內(nèi)容。如果說第一章是在宏觀上，或說現(xiàn)象層面認(rèn)識基因?qū)π誀畹淖饔茫敲?，本章就是從分子水平上，或者說從實質(zhì)上來認(rèn)識基因。具體地說，是從基因的物質(zhì)基礎(chǔ)、分子結(jié)構(gòu)、復(fù)制功能以及在生物遺傳中的作用等方面來認(rèn)識基因。本章的內(nèi)容是在第2章基礎(chǔ)上完成的。本章內(nèi)容又為第4章基因的表達(dá)，第5章基因的突變及其他變異，以及第6章基因的應(yīng)用打下了必要的基礎(chǔ)。除此之外，本章的教學(xué)內(nèi)容也為第7章有關(guān)生物進化理論的內(nèi)容進行了必要的知識鋪墊。本節(jié)首先是以“問題探討”的形式呈現(xiàn)了曾經(jīng)在

2、科學(xué)界爭議了很長的問題：“ DNA 和蛋白質(zhì)究竟誰是遺傳物質(zhì)？”目的在于引導(dǎo)學(xué)生思考如何對這一問題進行研究，激發(fā)學(xué)生的探索欲望；接著介紹了20世紀(jì)早期人們對于遺傳物質(zhì)的推測，在此基礎(chǔ)之上教材詳細(xì)講述了DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”,引導(dǎo)學(xué)生重溫科學(xué)家的探究歷程，領(lǐng)悟科學(xué)的過程和方法，最終得出科學(xué)的結(jié)論。本節(jié)是從分子層面上認(rèn)識遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，為學(xué)習(xí)DNA的復(fù)制，基因的表達(dá)和基因突變打下了基礎(chǔ)。學(xué)情分析通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備了有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用等細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，了解了生物生殖發(fā)育過程，掌握了染色體、蛋白質(zhì)與DNA的化學(xué)組成等相關(guān)知識，熟悉同

3、位素標(biāo)記技術(shù)生物科學(xué)研究中的應(yīng)用，這為新知識的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。學(xué)生具備了一定的認(rèn)知能力，思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探究有激情，但往往對探究的目的性及過程，結(jié)論的形成缺乏理性的思考。教學(xué)策略由“問題探討”所呈現(xiàn)的曾經(jīng)在科學(xué)界爭論很長時間的問題“DNA和蛋白質(zhì)究竟哪個是遺傳物質(zhì)？”引入新課，讓學(xué)生思考如何對這一問題進行研究，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力，激發(fā)他們了解科學(xué)家當(dāng)年的研究過程和方法的興趣。通過重溫科學(xué)家的探究歷程，領(lǐng)會實驗選材的巧妙、思維的嚴(yán)謹(jǐn)和實驗方法的科學(xué)；通過實驗結(jié)果的分析理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)。教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能： (1)總結(jié)“

4、DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的探索過程； (2)分析DNA是主要的遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計思路； (3)理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 2、過程與方法： (1)領(lǐng)悟科學(xué)研究的過程和方法，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力； (2)探討實驗技術(shù)在證明DNA是主要遺傳物質(zhì)中的作用。 3、情感態(tài)度和價值觀： (1)體驗科學(xué)探索的艱辛過程； (2)認(rèn)同人類對遺傳物質(zhì)的認(rèn)識是不斷深化、不斷完善的過程；認(rèn)同科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系。教學(xué)重點 (1)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化的實驗原理和過程； (2)噬菌體侵染細(xì)菌的原理和過程。 (3)證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗的關(guān)鍵設(shè)計思路。教學(xué)難點 (1)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化的實驗原理和過程； (2)證明DNA是遺傳物

5、質(zhì)的實驗的關(guān)鍵設(shè)計思路。教學(xué)思路第1節(jié)DNA是主要的遺傳物質(zhì)，主要講述了DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”。本節(jié)的“問題探討”，首先呈現(xiàn)了一個曾經(jīng)在科學(xué)界爭議了很長時間的問題：“DNA和蛋白質(zhì)究竟誰是遺傳物質(zhì)？”提出這一問題的目的不是讓學(xué)生直接回答（因為節(jié)標(biāo)題已經(jīng)說明答案），而是讓學(xué)生思考如何對這一問題進行研究，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力，激發(fā)他們了解科學(xué)家當(dāng)年的研究過程和方法的興趣。在講述DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)前，本文首先講述了對遺傳物質(zhì)的早期推測。以簡潔的語言，指出20世紀(jì)中葉，為什么大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)，這樣講述可以

6、簡潔明確地引入對本節(jié)主題的討論。在講述對遺傳物質(zhì)的早期推測的基礎(chǔ)上，本節(jié)又講述了“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗”和“噬菌體侵染細(xì)菌的實驗”。之所以選擇這兩個實驗，是因為這兩個實驗是20世紀(jì)中葉證明DNA是遺傳物質(zhì)的最具影響力，也是最經(jīng)典的實驗。通過兩個實驗應(yīng)該使學(xué)生認(rèn)識到：這兩個實驗雖然實驗對象不同，方法不同，所處的時代背景不同，但都證明了DNA是遺傳物質(zhì)，從而認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的獲得，最基本的方法是實證的方法。并認(rèn)識到一個正確的結(jié)論可以通過不同的方法得出；人類對科學(xué)的認(rèn)識是不斷深化和不斷完善的過程，如在艾弗里實驗的8年后，赫爾希和蔡斯才通過噬菌體侵染細(xì)菌的實驗，最終使人們確信DNA是遺傳物質(zhì)。在講述這兩個

7、實驗時，為了讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的過程和方法，教材不僅按照科學(xué)家的探索歷程，以問題的形式引領(lǐng)學(xué)生層層深入地進行思考，還較詳細(xì)地講述了這兩個實驗的具體方法。雖然艾弗里與赫爾希等人的實驗方法不同,但是實驗的設(shè)計思路卻有共同之處。通過對兩個實驗方法的講述，使學(xué)生理解科學(xué)家最關(guān)鍵的實驗設(shè)計思路是：把DNA與蛋白質(zhì)區(qū)分開，分別觀察DNA或蛋白質(zhì)的作用。1.引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)探索過程，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法。建議教師在教學(xué)中，讓學(xué)生“重走探索之路”，以人類早期對遺傳物質(zhì)的推測為問題源頭，通過對上述實驗的介紹和分析，讓學(xué)生親身體驗科學(xué)研究的思路和方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和合作精神。對學(xué)生在分析過程中提出的疑問，應(yīng)及時給

8、予解答。教師在教學(xué)過程中，還可以讓學(xué)生分析“誰在轉(zhuǎn)化實驗中起作用”，“轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)”，“如果你做轉(zhuǎn)化實驗，你應(yīng)如何設(shè)計實驗”等問題，為探索艾弗里等人進行的轉(zhuǎn)化實驗做好鋪墊。在探索艾弗里等的轉(zhuǎn)化實驗時，可以結(jié)合掛圖和如圖22所示的板書，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論：只有DNA具有轉(zhuǎn)化作用。在學(xué)生得出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的結(jié)論后，可以進一步引導(dǎo)學(xué)生討論艾弗里實驗的不足之處，即DNA純度不夠，不能排除蛋白質(zhì)的作用，進而引出噬菌體侵染細(xì)菌的實驗。在介紹這個實驗時，教師可以首先闡明T2噬菌體的結(jié)構(gòu)特點、寄生方式，以及同位素示蹤技術(shù)，再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合掛圖或表9對實驗結(jié)果進行比較分析，進而確

9、認(rèn)DNA是遺傳物質(zhì)。2.直觀形象地呈現(xiàn)實驗過程，化解教學(xué)難點。由于DNA轉(zhuǎn)化等實驗是在特定的實驗室條件下進行的，學(xué)生無法親自動手操作，缺少感性認(rèn)識，因此，需要教師形象直觀地介紹實驗操作步驟。教學(xué)中可利用插圖、掛圖以及多媒體課件，分步演示實驗過程，讓學(xué)生置身于實驗探究的全過程。3.建議采用“設(shè)疑導(dǎo)入問題引導(dǎo)呈現(xiàn)探究過程討論實驗結(jié)果歸納總結(jié)反饋運用”的教學(xué)程序。 設(shè)疑導(dǎo)入：（1）遺傳物質(zhì)是染色體、蛋白質(zhì)，還是DNA？（2）遺傳物質(zhì)具有什么特征？教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)遺傳物質(zhì)的特征。有關(guān)實驗及結(jié)論：（1）肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗轉(zhuǎn)化因子是什么？（2）噬菌體侵染細(xì)菌的實驗遺傳物質(zhì)是什么？（3）煙草花葉病毒侵染煙

10、草的實驗進一步明確遺傳物質(zhì)是什么。教師可簡要介紹該實驗過程，適當(dāng)補充教材內(nèi)容。分步演示實驗過程，引導(dǎo)學(xué)生探究實驗將會怎樣進行，并得出以下結(jié)論。（1）DNA是轉(zhuǎn)化因子，是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是。（因為艾弗里及其同事對S型細(xì)菌中的物質(zhì)進行了提純和鑒定，他們將提純的DNA、蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)分別加入到培養(yǎng)了R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：只有加入DNA，R型細(xì)胞才能夠轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。）（2）遺傳物質(zhì)是DNA。（因為DNA進入了細(xì)菌體內(nèi)復(fù)制，并復(fù)制合成自身的蛋白質(zhì)。所以在子代噬菌體內(nèi)，沒有親代噬菌體內(nèi)蛋白質(zhì)被標(biāo)記的元素。）（3）RNA也可以是遺傳物質(zhì)。歸納總結(jié)，從三個實驗的結(jié)論中，拓展出下列規(guī)律：（1）

11、非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物體內(nèi)，只有一種核酸，只有一種遺傳物質(zhì)，即DNA或RNA；（2）在具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物體內(nèi)，有DNA和RNA兩種核酸，但DNA是主要的遺傳物質(zhì)；（3）染色體是DNA的主要載體；（4）遺傳物質(zhì)控制蛋白質(zhì)的合成，并由蛋白質(zhì)表達(dá)遺傳信息。教學(xué)方法根據(jù)主體性教學(xué)目標(biāo)，以“自主性、探究性、合作性”為學(xué)生學(xué)習(xí)的三個基本維度，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為指導(dǎo)，以側(cè)重科學(xué)方法教育為歸宿，本節(jié)課采用“引導(dǎo)探究”教學(xué)模式，融合討論法、比較法、歸納法等多種教學(xué)方法，并配以多媒體輔助教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，進行分析、討論、歸納和總結(jié)。教具準(zhǔn)備 DNA是主要的遺傳物質(zhì)的多媒體演示課件教學(xué)過程設(shè)計1、 復(fù)習(xí)

12、（導(dǎo)入） 通過前面的學(xué)習(xí)我們知道染色體主要是由DNA和蛋白質(zhì)組成的。那么，這兩種物質(zhì)究竟哪一種是遺傳物質(zhì)呢？首先我們先復(fù)習(xí)一下DNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成。2、 講授新課 科學(xué)發(fā)展到今天，DNA是遺傳物質(zhì)已經(jīng)是眾所周知，不容質(zhì)疑的了?？墒怯惺裁醋C據(jù)證明DNA是遺傳物質(zhì)呢？今天我們就和科學(xué)家一起來尋找DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)，同時我們還要理解科學(xué)家的設(shè)計思路和實驗設(shè)想，并且學(xué)會科學(xué)研究的方法。1928年，格里菲思利用肺炎雙球菌這樣一種細(xì)菌做實驗尋找遺傳物質(zhì)，請大家閱讀書本43頁，看看格里菲思怎樣做實驗的。 （一）、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗 1.體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗（1928年，英國，格里菲思） （1）兩種肺炎雙球菌

13、比較菌落（光滑、粗糙）有無莢膜有無毒性S型細(xì)菌光滑有莢膜有毒性R型細(xì)菌粗糙無莢膜無毒性請一學(xué)生敘述各組實驗的做法及現(xiàn)象： R型細(xì)菌小鼠體內(nèi)小鼠不死亡 S型細(xì)菌小鼠體內(nèi)小鼠死亡，鼠體內(nèi)有S型細(xì)菌活細(xì)菌R型活細(xì)菌加熱殺死S型細(xì)菌小鼠體內(nèi)小鼠死 亡，鼠體內(nèi)分離出S型細(xì)菌活細(xì)菌 加熱殺死S型細(xì)菌小鼠體內(nèi)小鼠_不死亡 思考并回答： 在第三組中被加熱殺死的S型細(xì)菌還有沒有毒性？（答：沒有） 從第組實驗鼠體內(nèi)可分離出有毒性的S型活細(xì)菌說明了什么？（回答：無毒性的R型活細(xì)菌與加熱殺死的S型細(xì)菌混合后，可轉(zhuǎn)化成有毒性的S型活細(xì)菌） 結(jié)論：已經(jīng)加熱殺死的S型細(xì)菌中含有某種“轉(zhuǎn)化因子”使得無毒的R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為有毒

14、的S型細(xì)菌。 2.體外轉(zhuǎn)化實驗（1944年，美國，艾弗里） 講述：格里菲思的結(jié)論：已加熱殺死的S型細(xì)菌中必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)。這種轉(zhuǎn)化因子是什么？格里菲思沒有找到。提問：如果請你設(shè)計一個實驗來確定轉(zhuǎn)化因子是什么，你覺得關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？（提示：排除干擾，設(shè)法將DNA與蛋自質(zhì)分開，單獨，直接地觀察DNA的作用。） （回答：從活的S型細(xì)菌中分離，提取出各種成分，分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，觀察其后代是否有S型細(xì)菌出現(xiàn)）講述：設(shè)計思路很好，但這個設(shè)計思路的實施需要依賴于分離提取技術(shù)和其它有關(guān)技術(shù)的。因此，直至1944年，美國的科學(xué)家艾弗里和他的同事才進行了確定轉(zhuǎn)化因子的實驗，并獲得了成

15、功。實驗如下：分別與R型活細(xì)菌混合培 養(yǎng) 蛋白質(zhì)_R_型S 型 分離 莢膜多糖_R_型 細(xì) DNA _R_型菌 提取_S_型 DNA+DNA酶 _ R_型 結(jié)論：“轉(zhuǎn)化因子”是DNA，也就是說DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。講述：因為艾弗里的實驗提取的DNA夾雜有少量蛋白質(zhì)，所以有人對實驗結(jié)論仍有懷疑，讓我們看看DNA是遺傳物質(zhì)的另一個證明實驗：噬菌體侵染細(xì)菌的實驗。（二）、噬菌體侵染細(xì)菌的實驗 a噬菌體噬菌體是專門寄生在大腸桿菌內(nèi)的一種病毒。它由蛋白質(zhì)外殼和內(nèi)部的DNA組成。b實驗原理噬菌體侵染細(xì)菌后，在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身所需的物質(zhì)，從而大量增殖。

16、 c實驗過程 簡述噬菌體侵染細(xì)菌的過程。 （吸附注入復(fù)制、合成組裝釋放）（多媒體演示） 那么存在一個問題，噬菌體的兩種成分中哪一種是遺傳物質(zhì)呢？我們需要設(shè)計實驗把DNA和蛋白質(zhì)分開來，1952年赫爾希和蔡斯設(shè)計了一個巧妙實驗：用放射性同位素標(biāo)記和測試。提問： 從元素組成看，DNA有但多數(shù)蛋白質(zhì)沒有的元素是哪種？（P）蛋白質(zhì)有，而DNA沒有的元素又是哪種？（S）請同學(xué)們仔細(xì)看教材P4的圖63，敘述實驗的方法步驟。（回答：一部分噬菌體只用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，另一部分噬菌體只用32P標(biāo)記DNA。用被標(biāo)記的兩種噬菌體分別去侵染細(xì)菌。當(dāng)噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)大量增殖時，對被標(biāo)記物質(zhì)進行放射性測試） 提問：測試的

17、結(jié)果如何？表明了什么？（回答：用35P標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體侵染后，細(xì)菌體內(nèi)無放射性，即表明噬菌體的蛋白質(zhì)沒有進入細(xì)菌內(nèi)部；而用32P標(biāo)記DNA的噬菌體侵染細(xì)菌后，細(xì)菌體內(nèi)有放射性，即表明噬菌體的DNA進入了細(xì)菌體內(nèi)。）結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是。講述：是不是所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA呢？（三）、DNA是主要的遺傳物質(zhì)現(xiàn)代科學(xué)研究證明，有些病毒只含有蛋白質(zhì)和RNA，如煙草花葉病病毒。從煙草花葉病病毒中提取出RNA和蛋白質(zhì)，分別侵染煙草，前者能使煙草感染病毒，而后者卻不能提問：對于這些病毒來說，什么是它們的遺傳物質(zhì)？（回答： RNA。）課堂小結(jié)因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有少數(shù)