DNA是主要的遗传物质

1 探索遗传物质的过程 教学案例及反思 宝应中学 潘家英 教材分析 教材分析 探索遗传物质的过程 是苏教版普通高中新课程生物必修 2 遗传与进化 中第四章 第 1 节的内容 本节是在前面学习了有关细胞学基础 有丝分裂 减数分裂和受精作用 阐明了染色体在亲代和子代遗传中所起的联系作用 并且了解染色体的主要成分是 DNA 和蛋白质的基础上来学习的 同时提到了一些在自然科学研究中常用的实验方法 因此这 节内容在高中阶段生物科学习中有着重要低位 由于当时认识水平有限 所以在相当长的 时间里 人们一直认为蛋白质是生物体的遗传物质 那么 遗传物质究竟是 DNA 还是蛋 白质呢 引导学生思考如何对这一问题进行研究 激发学生的探索欲望 接着介绍了 20 世 纪早期人们对于遗传物质的推测 在此基础之上教材详细讲述了 DNA 是遗传物质的直接证 据 肺炎双球菌的转化实验 和 噬菌体侵染细菌的实验 引导学生重温科学家的探 究历程 领悟科学的过程和方法 最终得出科学的结论 本节是从分子层面上认识遗传物 质的本质 为学习 DNA 的复制 基因的表达和基因突变打下了基础 教学方法 教学方法 本节课采用设疑导入 问题引导呈现探究 讨论实验结果 归纳总结 拓展 延伸由 问题探讨 所呈现的曾经在科学界争论很长时间的问题 DNA 和蛋白质究竟 哪个是遗传物质 引入新课 让学生思考如何对这一问题进行研究 培养他们分析问题 和解决问题的能力 激发他们了解科学家当年的研究过程和方法的兴趣 通过重温科学家 的探究历程 领会实验选材的巧妙 思维的严谨和实验方法的科学 通过实验结果的分析 理解 DNA 是主要的遗传物质 教学目标 知识目标 概述遗传物质的主要载体和遗传的基本类型 分析肺炎双球菌转化实验过程 原理和结论 说出噬菌体的结构特点 分析噬菌体侵染细菌实验过程 原理和结论 能力目标 通过模拟科学发现 引导学生了解科学研究的一般方法 培养学生分析 思 考 探究的能力 进行科学探究 通过分析图文资料 尝试信息的处理 模仿科学家通过 分析 比较 推理 归纳去解决实际的问题 情感目标 通过重学习科学家发现 DNA 是遗传物质的过程 体验科学研究的方法和实 验设计的基本步骤 培养实事求是的科学态度和不断探究的科学精神 在学习过程中 形 成科学的认知论和唯物辨证观 教学重点和难点 重点 肺炎双球菌转化的实验原理和过程 噬菌体侵染细菌的原理和过程 证明 DNA 是 遗传物质的实验的关键设计思路 难点 肺炎双球菌转化的实验原理和过程 证明 DNA 是遗传物质的实验的关键设计思路 教学过程 自学 独学 互学与展示 俗话说 龙生龙 风生风 老鼠的儿子会打洞 一猪生九崽 连母十个样 说明 生物体同时具有遗传变异的特性 那么遗传和变异是怎样发生的 生物体内什么物质起决 定性作用 遗传和变异有什么共同的规律呢 从这课开始我们就来研究这些问题 学生展示 一 对遗传物质的早期推测 19 世纪末 生物学家通过对细胞的有丝分裂 减数分裂和受精作用过程的研究 2 认为 染色体在生物的遗传中具有重要作用 这种物质由 DNA 和 蛋白质 组成 蛋白质的基本单位是 氨基酸 组成元素有 C H O N 等 DNA 的基本单位是 脱氧核苷酸 组成元素是 C H O N P 这两种物质中 究竟哪一种是遗传物质呢 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 二 肺炎双球菌的转化实验 学生阅读课文 比较 R 型 S 型肺炎双球菌 学生展示 R 型细菌与 S 型细菌的比较 R 型 菌落 粗糙 菌体 无 荚膜 无毒性 S 型 菌落 光滑 菌体有荚膜 有毒性 可使人患肺炎或小鼠患败血症 1 1928 年英国的格里菲思的实验 实验过程 将无毒性的 R 型活细菌注射到小鼠体内 结果会怎样 答 存活 将有毒性的 S 型活细菌注射到小鼠体内 结果会怎样 答 死亡 将加热杀死后的 S 型细菌注射到小鼠体内 结果会怎样 答 存活 将无毒性的 R 型活细菌与加热杀死后的 S 型细菌混合后 注射到小鼠体内 结果会 怎样 死亡 思考 为什么加热杀死的 S 菌和活的 R 菌混合可以导致小鼠死亡 导致小鼠死亡的直 接原因是什么 促进活的 R 菌转变为 S 菌的因素是什么 是否有可能是蛋白质 本实验蕴 含了那些科学实验方法 能得出什么结论 实验分析 格里非思发现 无毒性的 R 型活细菌与加热杀死后的 S 型细菌混合后 有 部分无毒性的 R 型细菌转化为 S 型活细菌 而且这些 S 型活细菌的后代 都是 S 型细菌 得出结论 加热杀死后的 S 型细菌中 必然含有某种促成这一转化的活性物质 转化 因子 但格里非思并不知道转化因子是什么物质 这种转化因子究竟是什么物质呢 S 菌的化学成分很多 要找到转化因子 最关键的 思路是什么 如果让你来设计实验来进一步探究 转化因子 是什么物质 你将如何设计 实验 学生思考 分析 讨论得出结论 把 DNA 和蛋白质分开 单独地直接地观察这两种物 质的作用 2 1944 年 美国科学家艾弗里和他的同事的实验 为了弄清楚转化因子 艾弗里和他的同事对 S 型细菌中的物质进行了提纯和鉴定 他们 将提纯的 DNA 蛋白质和多糖等物质分别加入到培养了 R 型细菌的培养基中 肺炎双球菌 S 型活细菌 多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA DNA DNA 酶 分别与 R 型活细菌混合培养 R RRRR R R S S 3 实验结果分析 艾弗里等人发现 构成 S 型活细菌的 DNA 蛋白质和多糖等物质中 只 有 S 型活细菌的 DNA 使球菌的致病性发生了变化 也就是说 只有加入 DNA R 型活细 菌才能转化为 S 型活细菌 像 DNA 这样 能携带 遗传信息 控制 生物体的特定性状 并通过细胞增殖过程 将遗传信息传给后代的物质 称为 DNA 思考 该实验的巧妙之处是什么 蕴含了哪些实验设计原则 能够得出什么结论 学生思考 讨论 展示学习成果 控制变量原则 将多个变量分解为单个变量进行研 究 对照性原则 实验结论 DNA 是遗传物质 蛋白质不是遗传物质 设计意图 进一步培养学生探究问题与设计实验的能力及创新意识 讲述 艾弗里的实验中提取的 DNA 纯度最高时也还有少量的蛋白质 当时仍然有学者 认为是这少量的蛋白质在起作用 不愿接受 DNA 是转化因子的结论 这种怀疑有道理吗 三 噬菌体侵染细菌的实验 1 艾弗里实验中的疑问 艾弗里实验中提取的 DNA 中纯度最高时还有 0 02 的蛋白质 因此 仍有人对实验结论表示怀疑 2 1952 年 赫尔希 蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验 T2噬菌体的概念 一种专门寄生在 细菌体内的病毒 T2噬菌体的结构 蛋白质 头部和尾部外壳 其组成元素是 C H O N S 其中特征元素是 S DNA 头部内 其组成元素是 C H O N P 其中特征元素是 P 思考 为什么选择噬菌体作为实验材料 为什么要用 32P 和 35S 分别标记噬菌体的 DNA 和蛋白质 如何标记 实验结果是怎样的 根据实验结果你能得出什么结论 上述实 验运用了哪些技术手段 噬菌体侵染细菌过程 吸附 注入 合成 组装 释放 T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验过程 课本 P55 被 35S 标记的噬菌体 被 35S 标记的噬菌体侵染细菌 被 32P 标记的噬菌体 被 32P 标记的噬菌体侵染细菌 实验分析 根据上述的实验的结果 表明进入细菌体内的是噬菌体的 DNA 而留在细菌表面的是噬 菌体的 蛋白质 可说明 DNA 是转化因子即遗传物质 注意 该实验证明 DNA 是 遗传物质 但不能证明 DNA 是 主要的遗传物质 搅拌后离心 放射性的物质 存在于 上清液 搅拌后离心放射性的物质 存在于 沉淀物 头部 尾部 DNA 蛋白质 4 拓展 噬菌体的繁殖和代谢 噬菌体侵染细菌后 就会在遗传物质的作用下 利用细菌 的物质 如 氨基酸和脱氧核苷酸 来合成自身的组成成分 从而大量繁殖 意图 认同人类对遗传物质的认识是不断深化 不断完善的过程 认同科学的发展离 不开技术的支持 设疑 是不是所有生物的遗传物质都是 DNA 呢 四 DNA 是主要的遗传物质 1 烟草花叶病毒感染烟草的过程 RNA 感染病毒 烟草花叶病毒 蛋白质 未感染病毒 思考 在烟草花叶病毒中 什么是遗传物质 RNA 2 在少数 RNA 病毒 如 流感病毒 脊髓灰质炎病毒 脑炎病毒等 中 不含有 DNA 只含有 RNA RNA 是这些病毒的遗传物质 RNA 是一些不含 DNA 的病毒的遗传物质 注意 由于地球上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 教后反思 探索生物遗传物质的过程 一节是必修二第四章第一节的内容 课程标准在 遗传 与进化 模块中提出了要 体验科学家探索生物生殖 遗传和进化奥秘的过程 在具体内 容标准中列出了应用层次的 总结人类对遗传物质的探索过程 的要求 因此通过生物科 学史组织教学应该是本模块的基本要求 从人类对遗传物质的探索过程中 可以领悟人们 对科学的认识是不断地深化与发展的 从肺炎双球菌的转化实验 噬菌体侵染细菌的实验 等实验中 可以体会从实验材料的选择 研究思路的确定 技术手段的进步对研究过程所 起的作用 这部分内容蕴含了丰富的情感态度价值观的教育 在这节课的教学设计过程中 为了达成这一目标 主要考虑了以下几个方面 一 上课主线突出 探究实验分析条理清晰 复杂的内容用 问题串 解决 在这节课的课堂教学设计中 依据课程标准 挖掘教学内容中的科学探究内涵 充分利用它让学生感受 体验 理解知识的产生和发展过程 掌握科学探究的基本方法 如格里菲斯的肺炎双球菌转化实验 艾弗里证明 DNA 是遗传物质的实验 噬菌体侵染细 菌的实验 既包含了科学家在研究过程中的创造性思维过程 将 DNA 与蛋白质分开研究 又反映科学家敢于质疑 不断探索的宝贵品质 让学生认识到随着科学技术的发展 今天 的认识或结论也在不断的修正发展之中 在潜移默化中 培养了学生的探究精神和创造性 思维品质 课堂上在教师的引导下将观察 阅读 思考 讨论 探究 点评 有机结合 让学生像科学家那样经历一个发现问题 探究研讨 总结提高 迁移运用过程 同 时鼓励学生进一步设计肺炎球菌转化实验及探究烟草花叶病毒的遗传物质的实验 初步培 养学生设计实验的能力 对于经典的实验中难于理解的复杂问题 如噬菌体侵染细菌的实 验 从学生的认知水平出发 设置了几个小问题 层层剖析 让学生理解这个实验 在学 生难以理解的关键点如加热灭活的 S 型肺炎球菌将活的 R 肺炎球菌转化为活的 S 型肺炎球 菌授课过程中 我采用简单的板书示意图 帮助学生理解 使学生的思维与教师的引导保 正 常 烟 草 5 持高度一致 二 合理利用多媒体技术 调动学生的积极性 充分参与到学习与认知的过程中 在课堂教学中 有目的 有意识的采用多媒体技术 将抽象内容具体形象化 复杂事 物简约化 多角度地向学生传递教学信息 从而提高学生学习的积极性和主动性 例如 在讲到肺炎双球菌转化实验的过程时 利用相关的 flash 课件 对于整个实验过程 学生一 目了然 注意力集中 提高了课堂的教学效果 但多媒体技术只是教师的辅助工具 因此 对于较为复杂的噬菌体侵染细菌的实验 舍弃了常用的动态直观但学生难以理解的 flash 课 件 而是引导学生逐步认识 对于噬菌体的结构 属于陈述性内容 了解其结构的目的是 服务于对噬菌体侵染细菌的过程的理解 其结构的掌握本身并不是教学需要达成的目标 因此可通过通过小资料和图片直接向学生介绍 噬菌体侵染细菌过程的也只是为了服务于 DNA 是遗传物质的实验证明的 因此也可以让学生认识静心看书了解实验过程 抓住实验 结果中放射性同位素的位置 引导学生分析得出实验结论 符合学生的思维认知过程 达 到了较好的教学效果 因此 在课堂设计中力求复杂问题简单化解决 并非越花哨越好 上完这节课后 学生的学习情况基本令人满意 达到了课前的预期目的 但也有一些 不尽如人意的地方 一是开头的导入略显仓促 为了保证探究实验的完整性 将创设情景 中学生的复习思考时间进行了压缩 影响了设疑导入的效果 二是教学过程中学生的反应 不够积极 一方面是遗传物质的知