高中生物人教版高中必修2遺傳與進(jìn)化第4章基因的表達(dá)-3《遺傳密碼的破譯》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、遺傳密碼的破譯的教學(xué)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)思路科學(xué)史展現(xiàn)了科學(xué)家探索生物新知的過程，不同的科學(xué)家在不同時(shí)期都對(duì)某同一個(gè)問題進(jìn)行反復(fù)的研究和驗(yàn)證，資料中涉及的一些知識(shí)背景、設(shè)計(jì)思路、技術(shù)手段與學(xué)生的認(rèn)知水平存在一定的距離。在本節(jié)課中，通過還原遺傳密碼破譯的研究場景，讓學(xué)生親歷科學(xué)知識(shí)的獲得過程，運(yùn)用問題引導(dǎo)的教學(xué)模式，采用個(gè)體學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)相結(jié)合、體驗(yàn)探究與自主構(gòu)建相結(jié)合的教學(xué)策略理解科學(xué)的本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)方法。二、教材分析遺傳密碼的破譯是高中生物必修2第4章 基因的表達(dá)的一節(jié)內(nèi)容，是對(duì)本章第一節(jié)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的重要補(bǔ)充，在教材中本來屬于選學(xué)內(nèi)容。該內(nèi)容是理解基因突變和基因工程的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也蘊(yùn)涵著

2、豐富的科學(xué)史探究素材，包含了“假說-演繹”的完整案例，也體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的許多科學(xué)方法，非常適合學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。通過探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，能使學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，體味科學(xué)的本質(zhì)，激發(fā)其學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的生物科學(xué)達(dá)素養(yǎng)，是達(dá)成三維目標(biāo)之一“情感態(tài)度價(jià)值觀“的難得載體。三、學(xué)情分析（1）學(xué)生對(duì)基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的具體過程有了一定的知識(shí)準(zhǔn)備，對(duì)遺傳密碼的特點(diǎn)、作用有了清楚的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。（2）高二的學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚、思維較活躍。通過高中階段生物課程的學(xué)習(xí)，具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析能力。學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的一般過程的理解程度，將影響其對(duì)于蛋白質(zhì)體外

3、合成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。因此在探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)，細(xì)化各步驟的問題，做好知識(shí)的鋪墊。四、教學(xué)重難點(diǎn)（1）教學(xué)重點(diǎn)：通過遺傳密碼破譯的過程，理解科學(xué)的本質(zhì),體會(huì)“假說-演繹”的重要作用, 體驗(yàn)科學(xué)探究的方法態(tài)度。（2）教學(xué)難點(diǎn)：遺傳密碼閱讀方式的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，無細(xì)胞系統(tǒng)破譯遺傳密碼的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。五、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與能力（1）遺傳密碼的破譯過程。（2）遺傳密碼的特點(diǎn)。 2過程與方法（1）從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)推理能力。（2）通過再現(xiàn)科學(xué)史，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)探究能力。 （3）通過總結(jié)遺傳密碼的特點(diǎn)，提高對(duì)比分析、歸納總結(jié)能力。 3情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過再現(xiàn)科學(xué)史，體驗(yàn)

4、科學(xué)探究的方法和態(tài)度。（2）感受科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛和漫長，理解科學(xué)的本質(zhì)。（3）培養(yǎng)敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神。六、教學(xué)策略和手段運(yùn)用問題引導(dǎo)的教學(xué)模式，采用個(gè)體學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)相結(jié)合、體驗(yàn)探究與自主構(gòu)建相結(jié)合的教學(xué)策略開展教學(xué)。情景導(dǎo)入 環(huán)節(jié)一幾個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸 結(jié)論：1個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸 環(huán)節(jié)二遺傳密碼的閱讀方式結(jié)論3：用實(shí)證驗(yàn)證了三聯(lián)體假說。 資料 大腸桿菌T4噬菌體的移碼突變實(shí)驗(yàn) 結(jié)論2：遺傳密碼的閱讀方式是非重疊閱讀 資料 鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因 環(huán)節(jié)四哪幾個(gè)堿基決定某一種氨基酸？ 環(huán)節(jié)四資料4尼倫伯格和馬太的大腸桿菌實(shí)驗(yàn) 分析第一個(gè)密碼子發(fā)現(xiàn)的方法，體會(huì)探索實(shí)驗(yàn)中的巧妙設(shè)計(jì)酸

5、？ 課后作業(yè) 小組合作，設(shè)計(jì)對(duì)照組，提升認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)七、教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師的組織和引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖情景導(dǎo)入生活中我們常常會(huì)遇到需要破譯密碼的情況，如圖，在森林里，小兔子意外受傷，警察懷疑是大象，獵豹，猴子其中一人所為，在現(xiàn)場找到了一張密碼表和一串?dāng)?shù)字，你能根據(jù)這兩樣?xùn)|西找出誰是兇手。 （給大家兩分鐘的時(shí)間，大家互相討論一下）學(xué)生根據(jù)密碼表和數(shù)字破譯出信息通過小故事激發(fā)學(xué)生對(duì)密碼破譯的理解和興趣，引入新課。堿基編碼蛋白質(zhì)背景資料 1958年，克里克提出了“中心法則”假說，揭示了DNARNA蛋白質(zhì)的信息傳遞途徑。DNA中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給了RNA，RNA中堿基的排列順序轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)中氨基酸

6、的排列順序，而我們知道組成RNA的堿基只有4種，組成蛋白質(zhì)的氨基酸卻有20種，那么4種堿基是如何決定20種氨基酸的呢？換句話說，4種堿基是如何編碼20種氨基酸的呢？思考：1、細(xì)胞核內(nèi)的DNA如何指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的合成？2、對(duì)于mRNA上的堿基序列轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)中相應(yīng)氨基酸排列次序，需要解決哪些問題。確定“堿基編碼氨基酸”，并具體編碼提出問題。環(huán)節(jié)一幾個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸資料1：mRNA只有4種堿基，而組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，這4種堿基是怎么決定蛋白質(zhì)的20種氨基酸的呢？=首先發(fā)起挑戰(zhàn)的是學(xué)者伽莫夫，他應(yīng)用排列組合計(jì)算來研究遺傳密碼，提出3個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸的假說。通過排列組合計(jì)算，明確：

7、當(dāng)3個(gè)以上的堿基決定1種氨基酸時(shí)，4種堿基才夠決定20種氨基酸引導(dǎo)結(jié)合數(shù)學(xué)方法解決生物問題。環(huán)節(jié)二遺傳密碼的閱讀方式接下來，人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會(huì)有什么不同呢？呈現(xiàn)教材P74圖片。首先舉例說明重疊式和非重疊方式閱讀的特點(diǎn)和區(qū)別。1.當(dāng)圖中的DNA的第3個(gè)堿基發(fā)生改變的時(shí)，如果密碼子是非重疊的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸？如果密碼子是重疊的，這一改變又將影響多少個(gè)氨基酸？2.當(dāng)圖中的DNA的第3個(gè)堿基T后插入一個(gè)堿基A的話，如果密碼子是非重疊的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸？如果插入兩個(gè)堿基呢？如果插入3個(gè)堿基呢？當(dāng)圖中

8、的DNA的的第3個(gè)堿基T后插入一個(gè)堿基A的話，如果密碼子是非重疊的，這一改變將影響多少個(gè)氨基酸？如果插入2個(gè)，3個(gè)呢？資料3 鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因1957年英格蘭姆闡明了鐮刀型細(xì)胞貧血癥的分子機(jī)制。由于正常人血紅蛋白基因產(chǎn)生了堿基替換突變，T取代了A，導(dǎo)致正常血紅蛋白多肽鏈上第六個(gè)氨基酸谷氨酸被纈氨酸取代。正常模板鏈GGACTTCTCCCTGAAGAG轉(zhuǎn) 錄 異常模板鏈GGACATCTCCCTGTAGAG轉(zhuǎn) 錄從實(shí)例中可以得出堿基的閱讀是重疊還是非重疊方式。遺傳密碼真的是以3個(gè)堿基為一組嗎？閱讀方式究竟是重疊的還是非重疊的？必須拿出實(shí)驗(yàn)證據(jù)。資料2 大腸桿菌T4噬菌體的移碼突變實(shí)驗(yàn)1961年

9、，克里克與布倫納合作，利用大腸桿菌的野生型T4噬菌體作實(shí)驗(yàn)。用丫啶類藥物處理野生型噬菌體，在此噬菌體DNA發(fā)生缺失1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或插入1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)核苷酸的各種突變類型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1缺失一個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長；插入一個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長。2缺失兩個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長；插入兩個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上不生長。3缺失三個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上生長（擬野生型）；插入三個(gè)核苷酸時(shí)，在K菌株上生長（擬野生型）。克里克對(duì)遺傳密碼提出了4個(gè)特點(diǎn)：3個(gè)堿基一組，編碼一個(gè)氨基酸。密碼是不重疊的。堿基的順序是從固定起點(diǎn)解讀的。密碼是簡并的，即某個(gè)特定的氨基酸可以由幾個(gè)堿基三聯(lián)體來編碼。學(xué)生討

10、論后寫出不同的突變對(duì)于mRNA的影響。當(dāng)插入一個(gè)核苷酸時(shí)：當(dāng)插入兩個(gè)核苷酸時(shí)：當(dāng)插入三個(gè)核苷酸時(shí)：總結(jié)：增加或減少 3個(gè)核苷酸對(duì)編碼的蛋白質(zhì)影響最小。思考：如果按照不同的遺傳密碼閱讀方式，分別改變幾個(gè)氨基酸?？偨Y(jié)遺傳密碼的閱讀方式引導(dǎo)學(xué)生通過理解移碼突變所引起的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)差異，并結(jié)合數(shù)學(xué)的思想，從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證“密碼子的三聯(lián)體特性”。能夠通過資料提供的信息，依靠學(xué)案的問題提示，總結(jié)出遺傳密碼的閱讀方式等問題。環(huán)節(jié)三哪幾個(gè)堿基決定某一種氨基酸？資料4 1961年，美國兩位年輕的生化學(xué)家尼倫伯格和馬太利用大腸桿菌的破碎細(xì)胞溶液，建立利用人工合成的RNA在試管合成多肽鏈的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，破譯了第一個(gè)遺傳密碼

11、。實(shí)驗(yàn)步驟：20支試管中均加入除去DNA和mRNA的破碎細(xì)胞溶液（也稱為無細(xì)胞系統(tǒng)）、人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸（UUU），并分別加入一種氨基酸。 思考：1可能觀察到什么現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？2除了添加的氨基酸和多聚尿嘧啶核苷酸外，無細(xì)胞系統(tǒng)為合成多肽鏈提供了哪些條件？3為什么要除去破碎細(xì)胞溶液中存在的DNA和mRNA？4如果是你是尼倫伯格同期的科學(xué)家，你覺得是否要設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，如何設(shè)計(jì)？解決問題1、2： 添加的氨基酸原料；多聚尿嘧啶核苷酸模板；無細(xì)胞系統(tǒng)為翻譯提供了酶、核糖體、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，合成需要的ATP需另行添加。通過除去破碎細(xì)胞溶液中存在的DNA和mRNA保證翻譯模板的唯一性；由于mRNA

12、不能用常規(guī)辦法去除，若有對(duì)照試驗(yàn)，可將mRNA的影響排除 ；通過提示，讓那個(gè)學(xué)生了解當(dāng)時(shí)的知識(shí)背景和已有的技術(shù)手段；通過問題串，引導(dǎo)學(xué)生理解設(shè)計(jì)意圖。體會(huì)科學(xué)家在探索前進(jìn)的過程中面臨困難時(shí)，如何摸索、如何解決，提高實(shí)驗(yàn)探究的能力?？偨Y(jié)遺傳密碼破譯的歷程從1954年伽莫夫大膽的假設(shè)到1966年尼倫伯格和霍拉納完全破譯遺傳密碼。科學(xué)家不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，從研究突變對(duì)蛋白質(zhì)的影響到合成人工RNA再到建立無細(xì)胞系統(tǒng)，終于將64個(gè)密碼子的含義一一解讀出來，這些工作成為生物科學(xué)史上一個(gè)偉大的里程碑！ 體會(huì)探索過程中科學(xué)家的大膽嘗試、方法改進(jìn)、思路更新。體驗(yàn)科學(xué)方法與科學(xué)態(tài)度，感受科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程的艱辛。課后

13、作業(yè)密碼子不可能全都由相同的3個(gè)核苷酸構(gòu)成，在1個(gè)密碼子中可以是2種或3種不同的核苷酸的任意順序，怎樣才能知道其他氨基酸的密碼子呢？ 請(qǐng)同學(xué)們分組下課后查閱相關(guān)的資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，下次上課前請(qǐng)學(xué)生起來回答。并完成相關(guān)練習(xí)題。嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)思路。鍛煉學(xué)生的小組合作能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和科學(xué)探究的能力。板書設(shè)計(jì) 第3節(jié)遺傳密碼的破譯一、遺傳密碼的閱讀方式 - 非重疊式二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)三、遺傳密碼對(duì)應(yīng)規(guī)則的發(fā)現(xiàn)九、教學(xué)反思1. 應(yīng)該重視學(xué)生樹立正確的情感態(tài)度價(jià)值觀 新課標(biāo)的理念中，希望通過生物這樣一門科學(xué)課程，進(jìn)一步的提高、發(fā)展學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)，特別是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生理解生

14、物科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的相互關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)自然和社會(huì)的責(zé)任感，促進(jìn)學(xué)生形成正確的世界觀和價(jià)值觀。而這些目標(biāo)的達(dá)成需要一個(gè)情感態(tài)度價(jià)值觀的良好載體。通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生更真實(shí)的了解科學(xué)知識(shí)的獲得過程，它并不是一帆風(fēng)順的，有停滯也有曲折，有時(shí)需要不同國籍、多位科學(xué)家的合作交流和相互佐證。同時(shí)其中包含的科學(xué)方法和態(tài)度也有利于學(xué)生在今后更好的分析思考問題。2.重視探究活動(dòng)的進(jìn)行，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維探究性學(xué)習(xí)的目的在于能夠使學(xué)生掌握科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，如果不親自參與探究，學(xué)生就無法理解科學(xué)的本質(zhì)。在分組探究性學(xué)習(xí)的過程中，通過科學(xué)史整合出來的資料逐步呈現(xiàn)，使學(xué)生的探究方向更為明確，在一定程度上彌補(bǔ)了探究性學(xué)習(xí)課堂容量小的缺憾，若課堂時(shí)間不足，也可作為課后作業(yè)繼續(xù)探索，更有利于教學(xué)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。 在實(shí)驗(yàn)過程中，要讓學(xué)生大膽地進(jìn)行猜測和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不管結(jié)果怎樣，他們都經(jīng)過了思維的訓(xùn)練，如在探索“遺傳密碼表的初步破譯”實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)于如何排除mRNA對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響時(shí)，教師的意圖是設(shè)計(jì)空白對(duì)照。學(xué)生則有不