基于“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》

1、基于“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)DNA是主要的遺傳物質(zhì) 邵武一中 吳英華一、教學(xué)設(shè)計(jì)理念蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò)：“人的心靈深處有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探究者”。 本課內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的工作方式和研究方式，深入理解生物學(xué)原理，感悟科學(xué)研究的基本過(guò)程與方法，促使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)觀念，培養(yǎng)科學(xué)探究精神。本課內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)流程如下：DNA和蛋白質(zhì)誰(shuí)才是真正的遺傳物質(zhì)？創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引出課題DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)：肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論提出質(zhì)疑引入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)：噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程分析結(jié)果得出結(jié)論提出質(zhì)疑（DNA是一切生物的遺

2、傳物質(zhì)嗎）引入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論DNA是主要的遺傳物質(zhì)本課采用問(wèn)題引導(dǎo)呈探究過(guò)程分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論提出質(zhì)疑引入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)程序，使各個(gè)實(shí)驗(yàn)一環(huán)扣一環(huán)，認(rèn)識(shí)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)在一步一步地完善，最后才得出最具說(shuō)服力的結(jié)論，并體會(huì)到科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。二、教材分析：DNA是主要的遺傳物質(zhì)是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)生物必修二第三章第一節(jié)內(nèi)容。是繼前兩章學(xué)習(xí)了“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”和“基因和染色體的關(guān)系”后，對(duì)有關(guān)細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)(有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用)、染色體在前后代遺傳中所起的聯(lián)系作用、染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)等知識(shí)有了一定的理解后來(lái)學(xué)習(xí)的。DNA是主要的

3、遺傳物質(zhì)主要講述了DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”，體現(xiàn)了科學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)探究的一般思維過(guò)程，從早期對(duì)于遺傳物質(zhì)的推測(cè)，到中期通過(guò)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的探索，到后期噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，整個(gè)過(guò)程體現(xiàn)了科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S歷程，與前面第一章和第二章所學(xué)的科學(xué)研究方法假說(shuō)演繹法與類(lèi)比推理法遙相呼應(yīng)，是進(jìn)行科學(xué)研究方法滲透的典型教學(xué)案例。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容涉及的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件完成，所以采用了引導(dǎo)探究式的教學(xué)方法，通過(guò)創(chuàng)設(shè)自主合作的學(xué)習(xí)情景、平等融洽的人際環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生積極主動(dòng)地走進(jìn)科學(xué)家的探究歷程，在觀察和思考中，愉快地學(xué)習(xí)，處

4、于主體地位。本節(jié)內(nèi)容既對(duì)前兩章的基因的有關(guān)知識(shí)作本質(zhì)性的闡述，也下啟后三節(jié)關(guān)于DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和遺傳效應(yīng)等，具有承上啟下的作用。三、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)（1）了解“DNA是遺傳物質(zhì)”的科學(xué)探索過(guò)程。（2）分析證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。（3）了解“同位素標(biāo)記法”在噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用。（4) 了解DNA是主要的遺傳物質(zhì)的原因。2能力目標(biāo)（1）通過(guò)圖文轉(zhuǎn)換，提高信息處理能力。（2）以噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)為例說(shuō)明DNA是遺傳物質(zhì)，訓(xùn)練學(xué)生由特殊到一般的歸納思維的能力。3情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）感悟科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)不斷完善、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折過(guò)程。（2）認(rèn)同科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，二者相互促進(jìn)，

5、相輔相成。遺傳、變異是生命最重要的特征，且遺傳的物質(zhì)主要是DNA，也有RNA，這就從遺傳和變異的角度，強(qiáng)調(diào)了生命的物質(zhì)性，有利于辯證唯物主義世界觀的樹(shù)立。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過(guò)程2噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)的原理和過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)：1.如何理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)，RNA也是遺傳物質(zhì)。2.探究科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法。五、教學(xué)策略教師教法：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(gè)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

6、導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，進(jìn)行分析、討論、歸納和總結(jié)。學(xué)生學(xué)法：1、認(rèn)真思考總結(jié)每個(gè)實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論，從而確立科學(xué)嚴(yán)密性的觀念。2、通過(guò)分組討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程，用語(yǔ)言描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)論。六、教學(xué)過(guò)程【創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課】課件演示遺傳現(xiàn)象。設(shè)問(wèn):親子代間相似的性狀由什么傳遞？通過(guò)之前對(duì)孟德?tīng)栆?guī)律的學(xué)習(xí)以及細(xì)胞的有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過(guò)程，我們已經(jīng)知道生物的遺傳和變異與細(xì)胞中的染色體有關(guān)，這些使人們認(rèn)識(shí)到染色體在生物的傳種接代中具有重要作用。現(xiàn)在我們都知道染色體的主要成分是蛋白質(zhì)和DNA。但是這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種才是遺傳物質(zhì)呢？這個(gè)問(wèn)題困擾著我們，也曾經(jīng)困擾這眾多的科學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間。今天我們就來(lái)弄清楚

7、究竟DNA是遺傳物質(zhì)還是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。一、 對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)請(qǐng)大家閱讀課本42-43頁(yè)，自主完成以下問(wèn)題1、20世紀(jì)20年代多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為 是生物體的遺傳物質(zhì)2、20世紀(jì)30年代對(duì)DNA的認(rèn)識(shí)（1）生物大分子：由許多 聚合而成。（2）基本組成單位-脫氧核苷酸 a、化學(xué)組成 、 和 三部分 b、種類(lèi)： 種，差別在于 的不同講述：限于當(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)水平，認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點(diǎn)處于主導(dǎo)地位。原因是人們對(duì)DNA的了解很少，而且構(gòu)成DNA的脫氧核苷酸只有四種，把它和生物多樣性很難聯(lián)系在一起，反而構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類(lèi)較多，和生物的多樣性聯(lián)系在一起看似容易理解。所以，大家以為蛋白質(zhì)遺傳物質(zhì)也就不足

8、為奇了。其實(shí)，從這個(gè)事實(shí)中我們也可以看出，科學(xué)的發(fā)展過(guò)程就是一個(gè)不斷糾正錯(cuò)誤的過(guò)程。科學(xué)家是如何認(rèn)識(shí)DNA是遺傳物質(zhì)的呢，讓我們重溫科學(xué)家對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)過(guò)程吧。1928年，格里菲斯肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和艾弗里的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)【自主學(xué)習(xí)，合作探究】細(xì)菌做實(shí)驗(yàn)尋找遺傳物質(zhì)，請(qǐng)大家閱讀書(shū)本43頁(yè)，看看格里菲思怎樣做實(shí)驗(yàn)的。請(qǐng)學(xué)生閱讀關(guān)于肺炎雙球菌的知識(shí)。認(rèn)識(shí)R型細(xì)菌和S型細(xì)菌。1.講述兩種菌落的比較；類(lèi)型 菌落莢膜毒性R型菌落粗糙無(wú)莢膜無(wú)毒S型菌落光滑有莢膜有毒PPT演示格里菲思肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的四個(gè)階段，同時(shí)完成四個(gè)階段的文字總結(jié)。師問(wèn)：閱讀課文第4

9、3頁(yè)實(shí)驗(yàn)圖，思考：哪些組可以作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)？其單一變量是什么？通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以得出什么結(jié)論？教師引導(dǎo)學(xué)生共同得出結(jié)論：第一、二組起對(duì)照作用，證明R型細(xì)菌和S型細(xì)菌的作用，同時(shí)可排除使小鼠死亡的其他原因。第一、二組說(shuō)明了R型細(xì)菌不具有致死性，S型細(xì)菌具有致死性；第二、三組說(shuō)明了死亡的S型細(xì)菌不具有致死性；第三、四組說(shuō)明了R型活細(xì)菌與S型死細(xì)菌混合培養(yǎng)后產(chǎn)生了S型活細(xì)菌，并且這種轉(zhuǎn)化的性狀可以遺傳。該實(shí)驗(yàn)不能證明DNA是遺傳物質(zhì)。其結(jié)論是S型細(xì)菌中有一種轉(zhuǎn)化因子能使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌。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

10、沒(méi)有找到。提問(wèn)：如果請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定轉(zhuǎn)化因子是什么，你覺(jué)得關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路是什么？（學(xué)生回答：設(shè)法將DNA與蛋自質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)，直接地觀察DNA的作用。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)）課件展示：1944年，美國(guó)科學(xué)家艾弗里和它的同事，把S型細(xì)菌的組成物質(zhì)全部分離，并分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，得出如下結(jié)果： S型細(xì)菌分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)R型 R型 R型 R型R型 S型R型 R型 S型多糖 脂類(lèi) 蛋白質(zhì) RNA DNA DNA的水解產(chǎn)物（1）第3步你得出什么結(jié)論？ 只有完整的DNA才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。脫氧核苷酸沒(méi)有轉(zhuǎn)化作用。 (2)艾弗里及其

11、同事的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？ 轉(zhuǎn)化因子是DNA。 講述：通過(guò)艾弗里實(shí)驗(yàn)的思考，可準(zhǔn)確地得出“轉(zhuǎn)化因子”是S型細(xì)菌的DNA的結(jié)論。證明了DNA能自我復(fù)制，具有連續(xù)性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。因?yàn)榘ダ锏膶?shí)驗(yàn)提取的DNA夾雜有少量蛋白質(zhì)，所以有人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍有懷疑，讓我們看看DNA是遺傳物質(zhì)的另一個(gè)證明實(shí)驗(yàn)：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。（4445頁(yè)）（引入噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn) ）三、噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)材料的選擇【自主學(xué)習(xí)】閱讀課本P44最后一段，根據(jù)圖3-4，填空。 1.選擇T2噬菌體的原因：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只含 

12、0;         和           。 2.生活方式：T2噬菌體是一種專(zhuān)門(mén)           在大腸桿菌體內(nèi)的病毒。 3.增殖特點(diǎn)：在            

13、        的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的原料來(lái)合成子代噬菌體。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量，大腸桿菌裂解釋放出大量的噬菌體。 4.選擇T2噬菌體的另一個(gè)原因：在侵染過(guò)程中，自然地就把DNA和   分開(kāi)了。（課件展示噬菌體侵染細(xì)菌的大體過(guò)程）講述：噬菌體是一種寄生在細(xì)菌體內(nèi)的病毒，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，外殼是蛋白質(zhì)，頭部?jī)?nèi)是DNA。它侵染細(xì)菌后，就會(huì)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(lái)合成自身的組成成分，進(jìn)行大量的增殖。簡(jiǎn)述噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程。（吸附注入復(fù)制、合成組裝釋放）那么，噬菌體的兩種成分

14、中哪一種是遺傳物質(zhì)呢？我們需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)把DNA和蛋白質(zhì)分開(kāi)來(lái)，1952年赫爾希和蔡斯如何設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙實(shí)驗(yàn)將這二者分開(kāi)。2、噬菌體的放射性同位素標(biāo)記 （合作探究，小組內(nèi)討論。 ）【問(wèn)題1】這個(gè)實(shí)驗(yàn)用了什么方法？在什么探究中還用過(guò)此方法？該實(shí)驗(yàn)用的是同位素標(biāo)記法?！締?wèn)題2】用35S、32P標(biāo)記物質(zhì)的理論基礎(chǔ)是什么？能否用14C和18O進(jìn)行標(biāo)記？用35S、32P標(biāo)記是因?yàn)镈NA中P的含量多，蛋白質(zhì)中P的含量少；蛋白質(zhì)中有S而DNA中沒(méi)有S。而DNA和蛋白質(zhì)中均含有C和O兩種元素?！締?wèn)題3】此實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)基本步驟是什么？a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。b用被標(biāo)記

15、的兩種噬菌體分別去侵染細(xì)菌。c當(dāng)噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)大量增殖時(shí)，對(duì)被標(biāo)記物質(zhì)進(jìn)行放射性測(cè)試）【問(wèn)題4】閱讀教材，思考如何得到35S和32P分別標(biāo)記的噬菌體？（結(jié)合T2噬菌體的生活方式）3.【合作探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程：學(xué)生觀察用語(yǔ)言描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察、分析、討論問(wèn)題】讓學(xué)生觀察分析噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)圖解，思考回答問(wèn)題：【問(wèn)題1】實(shí)驗(yàn)中攪拌的目的是什么？使噬菌體蛋白質(zhì)外殼與細(xì)菌分離【問(wèn)題2】離心后上清液、沉淀物分別是什么？上清液是噬菌體蛋白質(zhì)外殼，沉淀物是細(xì)菌及其細(xì)胞內(nèi)的噬菌體?！締?wèn)題3】為什么含35S噬菌體侵染細(xì)菌，沉淀物中還有很低放射性？由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心

16、到沉淀物中。 【問(wèn)題4】為什么含32P噬菌體侵染細(xì)菌，上清液中還有很低放射性？保溫時(shí)間太短，部分噬菌體尚未侵入大腸桿菌中，或者保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖釋放出子代噬菌體?！締?wèn)題5】測(cè)試的結(jié)果如何？表明了什么？用35P標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體侵染后，細(xì)菌體內(nèi)無(wú)放射性，即表明噬菌體的蛋白質(zhì)沒(méi)有進(jìn)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(jìn)入了細(xì)菌體內(nèi)。如下表：親代噬菌體寄主細(xì)胞內(nèi)子代噬菌體32P標(biāo)記DNA有32P標(biāo)記DNADNA有32P標(biāo)記35S標(biāo)記蛋白質(zhì)無(wú)35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼蛋白質(zhì)無(wú)35S標(biāo)記由此可知，DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是。提問(wèn)：是不是

17、所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA呢？（46頁(yè)）四、RNA是遺傳物質(zhì)實(shí)驗(yàn)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。課件展示煙草花葉病毒感染煙草花葉過(guò)程圖解，指出煙草花葉病毒的組成是蛋白質(zhì)外殼和RNA，讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)RNA或蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA五、DNA是主要的遺傳物質(zhì)設(shè)問(wèn)：不同生物的遺傳物質(zhì)是什么？學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分析、討論：因?yàn)榻^大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說(shuō)DNA是主要的遺傳物質(zhì)總結(jié)：因?yàn)榻^大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，因此說(shuō)DNA是主要的遺傳物質(zhì)。今天我們證實(shí)了DNA是主要的

18、遺傳物質(zhì)，那么DNA是怎樣的物質(zhì)？在遺傳過(guò)程中怎樣起決定性的作用？這些問(wèn)題將留給我們以后去研究。拓展升華1.請(qǐng)學(xué)生思考并回答教材課后習(xí)題。2.結(jié)合格利菲思、艾弗里、赫爾希與格勒等人的實(shí)驗(yàn)，分析作為遺傳物質(zhì)應(yīng)具備哪些特點(diǎn)？【板書(shū)設(shè)計(jì)】第一節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)一、 DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)體內(nèi)轉(zhuǎn)化 S型死菌含“轉(zhuǎn)化因1肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 體外轉(zhuǎn)化 “DNA是轉(zhuǎn)化因子”2噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn) 同位素標(biāo)記技術(shù) “DNA是遺傳物質(zhì)”二、DNA是主要的遺傳物質(zhì)教學(xué)反思1、本節(jié)課的創(chuàng)新之處在于改變了傳統(tǒng)的教師一味地灌輸知識(shí)的做法，緊緊圍繞“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的思想，引導(dǎo)學(xué)生探究、分析，掌握課堂的主動(dòng)權(quán)，在探索中求真、在求真中找到喜悅，增加學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的興趣與信心。肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)；噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)