基于“科学探究”核心素养的教学设计《DNA是主要的遗传物质》

基于基于 科学探究科学探究 核心素养的教学设计核心素养的教学设计 DNA DNA 是主要的遗传物质是主要的遗传物质 邵武一中邵武一中 吴英华吴英华 一 教学设计理念一 教学设计理念 苏霍姆林斯基说过 人的心灵深处有一种根深蒂固的需要 就是希望自己是一个发现 者 研究者 探究者 本课内容引导学生体会科学家的工作方式和研究方式 深入理解 生物学原理 感悟科学研究的基本过程与方法 促使学生领悟科学观念 培养科学探究精 神 本课内容教学设计流程如下 本课采用问题引导呈探究过程 分析实验结果 得出结论 提出质疑 引入下一个实 验 的教学程序 使各个实验一环扣一环 认识到科学实验在一步一步地完善 最后才得 出最具说服力的结论 并体会到科学研究的严谨性 二 教材分析 二 教材分析 DNA 是主要的遗传物质 是人教版普通高中课程标准实验教科书生物必修二第三章第一 节内容 是继前两章学习了 遗传因子的发现 和 基因和染色体的关系 后 对有关细胞学 基础 有丝分裂 减数分裂和受精作用 染色体在前后代遗传中所起的联系作用 染色体 的主要成分是 DNA 和蛋白质等知识有了一定的理解后来学习的 DNA 是主要的遗传物 质 主要讲述了 DNA 是遗传物质的直接证据 肺炎双球菌转化实验 和 噬菌体侵染细菌实 验 体现了科学家在进行科学探究的一般思维过程 从早期对于遗传物质的推测 到中期 通过肺炎双球菌转化实验的探索 到后期噬菌体侵染细菌实验的验证 整个过程体现了科 学探究的严谨的思维历程 与前面第一章和第二章所学的科学研究方法假说演绎法与类比 推理法遥相呼应 是进行科学研究方法渗透的典型教学案例 本节课的教学内容涉及的实 验 无法在现有的实验室条件完成 所以采用了引导探究式的教学方法 通过创设自主合 DNA 和蛋白质谁才是真正的遗传物质 和蛋白质谁才是真正的遗传物质 DNA 是遗传物质的证据 肺炎双球菌实是遗传物质的证据 肺炎双球菌实 验验 创设问题情境 引出课题创设问题情境 引出课题 探究过程探究过程 分析实验结果分析实验结果 得出结论得出结论 提出质疑提出质疑 引入引入 下一个实验下一个实验 DNA 是遗传物质的直接证据 噬菌体侵染细菌实验是遗传物质的直接证据 噬菌体侵染细菌实验 探究过程探究过程 分析结果分析结果 得出结论得出结论 烟草花叶病毒转化实验烟草花叶病毒转化实验 提出质疑 提出质疑 DNA 是一切生物的遗传物质吗 是一切生物的遗传物质吗 引入下一个实验引入下一个实验 DNA 是主要的遗传物质是主要的遗传物质 分析实验结果分析实验结果 得出结论得出结论 作的学习情景 平等融洽的人际环境 激发学生的学习积极性 学生积极主动地走进科学 家的探究历程 在观察和思考中 愉快地学习 处于主体地位 本节内容既对前两章的基 因的有关知识作本质性的阐述 也下启后三节关于 DNA 分子的结构 复制和遗传效应等 具有承上启下的作用 三 教学目标三 教学目标 1 知识目标 1 了解 DNA 是遗传物质 的科学探索过程 2 分析证明 DNA 是遗传物质的实验设计思路 3 了解 同位素标记法 在噬菌体侵染细菌的实验中的运用 4 了解 DNA 是主要的遗传物质的原因 2 能力目标 1 通过图文转换 提高信息处理能力 2 以噬菌体侵染细菌的实验为例说明 DNA 是遗传物质 训练学生由特殊到一般的归纳 思维的能力 3 情感态度与价值观 1 感悟科学研究实验不断完善 科学发现的曲折过程 2 认同科学与技术的关系 二者相互促进 相辅相成 遗传 变异是生命最重要的特征 且遗传的物质主要是 DNA 也有 RNA 这就从遗传和变异的角度 强调了生命的物质性 有利于辩证唯物主义世界观的树立 四 教学重点 难点四 教学重点 难点 重点 1 肺炎双球菌转化实验的原理和过程 2 噬菌体侵染细菌实验的原理和过程 教学难点 1 如何理解 DNA 是主要的遗传物质 RNA 也是遗传物质 2 探究科学发现过程来学习科学研究方法 五 教学策略五 教学策略 教师教法 根据主体性教学目标 以 自主性 探究性 合作性 为学生学习的三个基本维度 以培 养学生的科学素质为指导 以侧重科学方法教育为归宿 本节课采用 引导探究 教学模式 融合讨论法 比较法 归纳法等多种教学方法 并配以多媒体辅助教学 引导学生模拟科 学发现过程 进行分析 讨论 归纳和总结 学生学法 1 认真思考总结每个实验得出什么结论 从而确立科学严密性的观念 2 通过分组讨论实验过程 用语言描述实验结果 结论 六 教学过程六 教学过程 创设情境 导入新课 课件演示遗传现象 设问 亲子代间相似的性状由什么传递 通过 之前对孟德尔规律的学习以及细胞的有丝分裂 减数分裂和受精过程 我们已经知道生物 的遗传和变异与细胞中的染色体有关 这些使人们认识到染色体在生物的传种接代中具有 重要作用 现在我们都知道染色体的主要成分是蛋白质和 DNA 但是这两种物质中 究竟 哪一种才是遗传物质呢 这个问题困扰着我们 也曾经困扰这众多的科学家很长时间 今 天我们就来弄清楚究竟 DNA 是遗传物质还是蛋白质是遗传物质 一 一 对遗传物质的早期推测对遗传物质的早期推测 请大家阅读课本 42 43 页 自主完成以下问题 1 20 世纪 20 年代多数科学家认为 是生物体的遗传物质 2 20 世纪 30 年代对 DNA 的认识 1 生物大分子 由许多 聚合而成 2 基本组成单位 脱氧核苷酸 a 化学组成 和 三部分 b 种类 种 差别在于 的不同 讲述 限于当时的认识水平 认为蛋白质是遗传物质的观点处于主导地位 原因是人们 对 DNA 的了解很少 而且构成 DNA 的脱氧核苷酸只有四种 把它和生物多样性很难联系 在一起 反而构成蛋白质的氨基酸种类较多 和生物的多样性联系在一起看似容易理解 所以 大家以为蛋白质遗传物质也就不足为奇了 其实 从这个事实中我们也可以看出 科学的发展过程就是一个不断纠正错误的过程 科学家是如何认识 DNA 是遗传物质的呢 让我们重温科学家对遗传物质的认识过程吧 1928 年 格里菲斯肺炎双球菌的转化实验和艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验 二 肺炎双球菌转化实验二 肺炎双球菌转化实验 自主学习 合作探究 细菌做实验寻找遗传物质 请大家阅读书本 43 页 看看格里菲思 怎样做实验的 请学生阅读关于肺炎双球菌的知识 认识 R 型细菌和 S 型细菌 1 讲述两种菌落的比较 类型菌落荚膜毒性 R 型菌落粗糙无荚膜无毒 S 型菌落光滑有荚膜有毒 PPT 演示格里菲思肺炎双球菌转化实验过程的四个阶段 同时完成四个阶段的文字总结 师问 阅读课文第 43 页实验图 思考 哪些组可以作为对照实验 其单一变量是什么 通过实验对比可以得出什么结论 教师引导学生共同得出结论 第一 二组起对照作用 证明 R 型细菌和 S 型细菌的作用 同时可排除使小鼠死亡 的其他原因 第一 二组说明了 R 型细菌不具有致死性 S 型细菌具有致死性 第二 三组说明 了死亡的 S 型细菌不具有致死性 第三 四组说明了 R 型活细菌与 S 型死细菌混合培养后 产生了 S 型活细菌 并且这种转化的性状可以遗传 该实验不能证明 DNA 是遗传物质 其结论是 S 型细菌中有一种转化因子能使 R 型 活细菌转化为 S 型活细菌 讲述 格里菲思的结论 已加热杀死的 S 型细菌中必然含有某种促成这一转化的活性物 质 这种转化因子是什么 格里菲思没有找到 提问 如果请你设计一个实验来确定转化因子是什么 你觉得关键的设计思路是什么 学生回答 设法将 DNA 与蛋自质分开 单独 直接地观察 DNA 的作用 从活的 S 型细 菌中分离 提取出各种成分 分别与 R 型细菌混合培养 观察其后代是否有 S 型细菌出现 课件展示 1944 年 美国科学家艾弗里和它的同事 把 S 型细菌的组成物质全部分离 并分别与 R 型细菌混合培养 得出如下结果 1 第 3 步你得出什么结论 只有完整的 DNA 才能进行转化 脱氧核苷酸没有转化作用 2 艾弗里及其同事的实验结论是什么 转化因子是 DNA 讲述 通过艾弗里实验的思考 可准确地得出 转化因子 是 S 型细菌的 DNA 的结论 证明了 DNA 能自我复制 具有连续性 能指导蛋白质的合成 结论 DNA 才是使 R 型细 菌产生稳定遗传变化的物质 DNA 是遗传物质 蛋白质不是 因为艾弗里的实验提取的 DNA 夹杂有少量蛋白质 所以有人对实验结论仍有怀疑 让我们看看 DNA 是遗传物质的 另一个证明实验 噬菌体侵染细菌的实验 44 45 页 引入噬菌体侵染细菌的实验 引入噬菌体侵染细菌的实验 三 噬菌体侵染细菌实验三 噬菌体侵染细菌实验 1 实验材料的选择 实验材料的选择 自主学习自主学习 阅读课本 P44 最后一段 根据图 3 4 填空 1 选择 T2 噬菌体的原因 结构简单 只含 和 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA DNA 的水解产物 S 型细菌 分别与 R 型细菌混合培养 R 型 R 型 R 型 R 型 R 型 S 型 R 型 R 型 S 型 2 生活方式 T2 噬菌体是一种专门 在大肠杆菌体内的病毒 3 增殖特点 在 的作用下 利用大肠杆菌体内的原料来合成子代噬 菌体 当噬菌体增殖到一定数量 大肠杆菌裂解释放出大量的噬菌体 4 选择 T2 噬菌体的另一个原因 在侵染过程中 自然地就把 DNA 和 分开了 课件展示噬菌体侵染细菌的大体过程 讲述 噬菌体是一种寄生在细菌体内的病毒 它的结构很简单 外壳是蛋白质 头部内是 DNA 它侵染细菌后 就会在自身遗传物质的作用下 利用细菌体内的物质来合成自身的 组成成分 进行大量的增殖 简述噬菌体侵染细菌的过程 吸附 注入 复制 合成 组装 释放 那么 噬菌体的两种成分中哪一种是遗传物质呢 我们需要设计实验把 DNA 和蛋白质分 开来 1952 年赫尔希和蔡斯如何设计了一个巧妙实验将这二者分开 2 噬菌体的放射性同位素标记 噬菌体的放射性同位素标记 合作探究 小组内讨论 合作探究 小组内讨论 问题 1 这个实验用了什么方法 在什么探究中还用过此方法 该实验用的是同位素标记法 问题 2 用 35S 32P 标记物质的理论基础是什么 能否用 14C 和 18O 进行标记 用 35S 32P 标记是因为 DNA 中 P 的含量多 蛋白质中 P 的含量少 蛋白质中有 S 而 DNA 中没有 S 而 DNA 和蛋白质中均含有 C 和 O 两种元素 问题 3 此实验的设计基本步骤是什么 a 一部分噬菌体只用 35S 标记蛋白质 另一部分噬菌体只用 32P 标记 DNA b 用被标记的 两种噬菌体分别去侵染细菌 c 当噬菌体在细菌体内大量增殖时 对被标记物质进行放射 性测试 问题 4 阅读教材 思考如何得到 35S 和 32P 分别标记的噬菌体 结合 T2 噬菌体的生 活方式 3 3 合作探究实验过程 学生观察用语言描述实验过程 观察 分析 讨论问题合作探究实验过程 学生观察用语言描述实验过程 观察 分析 讨论问题 让学生观察分析噬菌体侵染大肠杆菌实验图解 思考回答问题 问题 1 实验中搅拌的目的是什么 使噬菌体蛋白质外壳与细菌分离 问题 2 离心后上清液 沉淀物分别是什么 上清液是噬菌体蛋白质外壳 沉淀物是细菌及其细胞内的噬菌体 问题 3 为什么含 35S 噬菌体侵染细菌 沉淀物中还有很低放射性 由于搅拌不充分 有少量含 35S 的噬菌体吸附在细菌表面 随细菌离心到沉淀物中 问题 4 为什么含 32P 噬菌体侵染细菌 上清液中还有很低放射性 保温时间太短 部分噬菌体尚未侵入大肠杆菌中 或者保温时间过长噬菌体在大肠杆 菌内增殖释放出子代噬菌体 问题 5 测试的结果如何 表明了什么 用 35P 标记蛋白质的噬菌体侵染后 细菌体内无放射性 即表明噬菌体的蛋白质没有 进入细菌内部 而用 32P 标记 DNA 的噬菌体侵染细菌后 细菌体内有放射性 即表明噬 菌体的 DNA 进入了细菌体内 如下表 亲代噬菌体寄主细胞内子代噬菌体 32P 标记 DNA有 32P 标记 DNADNA 有 32P 标记 35S 标记蛋白质无 35S 标记蛋白质外壳蛋白质无 35S 标记 由此可知 DNA 是遗传物质 而蛋白质不是 提问 是不是所有生物的遗传物质都是 DNA 呢 46 页 四 四 RNARNA 是遗传物质实验是遗传物质实验 现代科学研究证明 有些病毒只含有蛋白质和 RNA 如烟草花叶病病毒 课件展示烟草 花叶病毒感染烟草花叶过程图解 指出烟草花叶病毒的组成是蛋白质外壳和 RNA 让学生 完成实验设计 探究烟草花叶病毒的遗传物质 RNA 或蛋白质 实验结论 烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA 五 五 DNADNA 是主要的遗传物质是主要的遗传物质 设问 不同生物的遗传物质是什么 学生活动 学生分析 讨论 因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA 所以说 DNA 是主要 的遗传物质 总结 因为绝大多数生物的遗传物质是 DNA 只有少数病毒的遗传物质是 RNA 因此说 DNA 是主要的遗传物质 今天我们证实了 DNA 是主要的遗传物质 那么 DNA 是怎样 的物质 在遗传过程中怎样起决定性的作用 这些问题将留给我们以后去研究 拓展升华 1 请学