基因指导蛋白质的合成 教学设计

《基因的表达》单元教学设计一、单元基本信息学科生物学实施年级高一设计者武培培课程标准模块必修2遗传与进化使用教材2019人教版单元名称基因的表达单元性质☑新授单元□复习单元单元课时4课时二、单元特征分析1.课标要求（1）内容标准（2）教学提示本单元内容从基因表达出发，带领学生认识基因是如何起作用的，由于内容较抽象，所以在组织教学时，为帮助学生达成对本单元概念的理解，促进学生生物学学科核心素养的提升，可以创造条件，引导学生发现并提出问题，推理分析问题，做出合理假设，并分析资料寻求证据，；让学生通过科学研究案例分析，从实证中帮助学生形成生物学概念，并进行科学方法教育；通过建构数学模型、物理模型、概念模型达成概念教学的同时，培养建模思维和方法；结合实际生活中的案例，创设情境，阐释基因表达与性状、细胞分化以及表观遗传的关系。（3）学业要求结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，以及通过复制、转录、翻译等过程传递和表达遗传信息。（4）学业质量水平水平质量描述11-1能初步以结构与功能观、物质与能量观等观念，说出遗传的物质基础和规律；在给定的问题情境中，能以生命观念为指导，分析生命现象，探讨生命活动的规律，设计解决简单问题的方案。1-2

能认识到生物学概念是基于科学事实，经过归纳与概括、演绎与推理等方法形成的；能理解遗传相关概念的内涵；能用上述概念和理性思维方法解释简单情境中的生命现象。1-3

能对有关生物学的社会热点议题进行理性判断。22-1

能运用结构与功能观、物质与能量观等观念，举例说明说出遗传的物质基础和规律；在给定的问题情境中，能以生命观念为指导，分析生命现象，探讨生命活动的规律，设计解决简单问题的方案。；在特定的问题情境中，能以生命观念为指导，分析生命现象，探讨生命活动的规律，设计方案解决简单问题。2-2

能基于特定的生物学事实，采用归纳与概括、演绎与推理等方法，以文字、图示的形式，说明遗传等相关概念的内涵；针对生物学相关问题，能运用理性思维方法展开探讨；在面对有争议的社会议题时，能利用生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场。2-3

能对有关生物学的社会热点议题进行理性判断。33-1

能运用结构与功能观、物质与能量观等观念，举例说明遗传的物质基础；在特定的问题情境中，能以生命观念为指导，分析生命现象，探讨生命活动的规律；基于上述观念，能综合运用科学、技术、工程学和数学（STEM），设计方案，解决特定问题。3-2

能基于给定的事实和证据，采用归纳与概括、演绎与推理等方法，以文字、图示或模型的形式，说明遗传等相关概念的内涵；针对生物学相关问题，能运用理性思维方法展开探讨、审视或论证；在面对有争议的社会议题时，能利用生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场，作出决策。3-3

能对社会热点议题进行科学判断。44-1

能运用结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等观念，阐释生物体组成结构和功能之间的关系、稳态的维持和调节机制等；在新的问题情境中，能以生命观念为指导，解释生命现象，探究生命活动的规律；基于上述观念，能够将科学、技术、工程学和数学（STEM）综合运用在实践活动中，解决生活中的实际问题。4-2

能基于事实和证据，采用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等方法，以恰当的形式阐释遗传等相关概念的内涵；在面对生产、生活中与生物学相关的新问题情境时，能熟练运用理性思维方法展开探讨、审视或论证；在面对有争议的社会议题时，能利用生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场，作出决策并解决问题。4-3能够鉴别并自觉地抵制封建迷信和伪科学；能对社会热点议题进行科学的评价。2.内容分析（1）内容结构本单元从分子水平阐述了遗传物质在生物体内是如何起作用的，内容安排上以遗传信息的传递、表达及形状表现为主线，旨在帮助学生理解遗传的本质。（2）呈现方式具体见单元学习任务与活动环节。三、单元学习目标1.基于遗传信息可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的事实，阐明生命活动不仅需要物质和能量，也需要信息，生命是物质、能量和信息的统一体。（生命观念）2.基于地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有着共同的起源。（生命观念）3.通过基因的选择性表达、表观遗传等内容，了解基因与性状之间关系的复杂性，认同生物学中因果关系的复杂性，认同学习和研究生物学需要发散思维，进行多角度多因素分析。（科学思维）4.通过科学研究案例分析，体会科学家科学研究的思路和方法，提高分析实验、设计实验的能力。（科学探究）5.通过了解中心法则的提出和修正过程，以及表观遗传的发现等，认同科学是不断发展的，科学概念也是在不断更新或修正的。（社会责任）6.基于环境和不良生活方式可能会通过表观遗传机制影响基因的表达，认同并选择健康的生活方式。（社会责任）四、单元学习任务与活动课时任务活动第1课时：基因指导蛋白质的合成（一）任务1分析RNA适于作信使的原因活动1-1基于资料分析，认识到RNA在DNA和蛋白质之间充当信使活动1-1基于RNA结构特点分析，解释RNA适于作信使的原因任务2模拟遗传信息的转录过程活动2-1类比DNA复制，建构遗传信息转录过程的模型活动2-2基于资料分析，归纳概括RNA的种类和功能第2课时：基因指导蛋白质的合成（二）任务3模拟遗传信息的翻译过程活动3-1基于推理和实验，分析碱基和氨基酸之间的数量关系活动3-2基于推理和实验，分析密码子和氨基酸之间的对应关系活动3-3分析资料，建构翻译过程的模型任务4概括遗传信息的传递过程活动4-1基于所学内容，初步建构遗传信息传递过程的模型活动4-2分析资料，完善遗传信息传递过程的模型第3课时：基因表达与性状的关系（一）任务5阐明基因通过控制酶的合成控制生物体的性状活动5-1基于资料，分析皱粒豌豆的形成机制活动5-2类比皱粒豌豆的形成，分析白化病的形成机制任务6阐明基因通过控制蛋白质的结构控制生物体的性状活动6-1基于资料，分析囊性纤维病的形成机制活动6-2类比囊性纤维病，分析镰刀型细胞贫血症的形成机制第4课时：基因表达与性状的关系（二）任务7阐明细胞分化的实质活动7-1分析资料，概括细胞分化的实质任务8归纳概括表观遗传现象活动8-1分析资料，概括表观遗传的现象和原因活动8-2联系生活实际，了解表观遗传的其他实例五、单元评价1.过程性评价：学生在课堂中及课前课后的表现，从学生自评、同学互评、教师评价三个方面进行评价。（具体见每课时教学设计中的学习活动属性表）2.终结性评价六、小结图3单元导航图本单元的设计，以教材内容为基础，将知识结构重组成一个知识整体或意义整体。依据课程标准中的内容要求、教学提示及学业要求等，从本单元包含的生物学概念出发重新组合，围绕“基因是如何起作用的”进行单元设计，进行任务驱动式进阶式学习，以核心素养为培养目标，在不同课时中逐步解决4个关键问题。让学生通过资料分析、案例分析、建构模型等活动不断质疑、讨论、反思，学会整合、应用已有知识与经验，提升自身分析、解决各种复杂和陌生的问题的能力。第2课时基因指导蛋白质的合成（二）芜湖县第一中学 武培培一、教材分析本节选自人教版高中生物学必修二第四单元第一节，本单元教学将分4课时进行，本课时是本单元的第二课时，主要内容包括遗传信息的翻译和中心法则，其中翻译与上一课时所学的转录是基因表达的两个重要过程，而基因表达过程中的信息传递过程又构成了中心法则的主要内容，并且，基因表达的学习为下一节学习“基因表达与性状的关系”提供了基础，因此，本课时内容在结构上起到承上启下的作用。二、学情分析知识方面：学生经过必修二前面章节的学习，能够认识到遗传信息储存在DNA或RNA的碱基排列顺序中，并且已经学习了DNA复制、转录的基本条件和过程，因此能够理解基于碱基互补配对的“DNA到DNA”和“DNA到RNA”的信息传递过程，但是对于RNA中的碱基序列如何转换成蛋白质中的氨基酸序列尚不清楚，对于“遗传信息流动过程”的认识也不够全面。能力方面：本阶段学生具有利用排列组合的方法分析生物学问题的能力，并且具有一定的归纳概括、演绎推理、模型建构的能力，因此在本课时的教学中主要采用自主学习、合作探究、模型建构的教学方法。三、学习重难点基于教材分析和学情分析，将以下内容定位为本课时重点和难点1.学习重点：（1）碱基与氨基酸之间的对应关系（2）遗传信息的翻译过程（3）中心法则2.学习难点：（1）碱基与氨基酸之间的对应关系（2）遗传信息的翻译过程四.开放性学习环境教室、小组讨论环境五、教学目标根据课标要求和单元教学任务，将本课时的学习目标确立如下：1.通过严谨的推理和对科学家研究案例的分析讨论，阐明碱基与氨基酸之间的对应关系，体会科学家的研究思路和方法，并基于事实阐明生物界的统一性，认同当今生物可能有共同的起源。2.基于碱基与氨基酸之间的对应关系和翻译的基本条件，建构遗传信息翻译过程的模型。3.根据DNA复制、基因表达的过程和RNA病毒的相关研究结果，建构遗传信息传递过程的模型，并形成“生命是物质、能量和信息的统一体”的生命观念，认同科学是不断发展的。六、教学过程【导入新课】创设问题情境，要求学生写出mRNA的碱基序列，并思考要根据碱基序列写出氨基酸序列，需要解决什么问题，学生提出“要知道碱基和氨基酸的对应关系”，接下来回忆碱基种类和氨基酸种类，进而引导学生提出问题“几个碱基决定一个氨基酸”，并引入本节的第一个活动。【学习新课】任务3.模拟遗传信息的翻译过程活动3-1.基于推理和实验，分析碱基和氨基酸之间的数量关系1、活动准备课前准备问题情境；搜集科学研究资料：资料1.克里克的实验资料2、活动开展教师活动：引导学生提出问题后，设置问题串，进一步引导学生进行排列组合分析并考虑信息储存的效率问题，进而做出合理的假设.（问题串1：①若2个碱基编码1个氨基酸，其排列顺序有多少种，最多能编码多少种氨基酸？②3个碱基编码1个氨基酸呢？③n个碱基编码1个氨基酸呢？问题串2：一个氨基酸的编码至少需要多少个碱基？你认为一个氨基酸的编码最可能由几个碱基决定？）学生活动：提出问题后进行排列组合分析，并通过推理提出假设“3个碱基编码1个氨基酸”。教师活动：创设新情境引导学生进行演绎推理，并呈现克里克的实验资料，引导学生分析实验证据得出结论。（情境：基因分别增减1个、2个或3个碱基对时，可对合成的蛋白质产生不同大小的影响，试借助下图推测增减几个碱基对时，对合成的蛋白质影响最大？资料1：1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，研究其中某个基因的碱基增加或减少对其所编码蛋白质的影响。结果发现，在相关碱基序列中增加或删除1个或2个碱基，无法产生具有正常功能的蛋白质，但是，当增加或删除3个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。）学生活动：在新情境中进行演绎推理，然后分析克里克的实验证据得出结论“3个碱基编码1个氨基酸”，并归纳概括出“密码子”的概念。3、活动总结和评价借助逻辑推理和实验分析，得出结论并生成概念，同时训练科学思维，发展探究能力，并在此过程中体会科学家的研究思路和方法。活动3-2.基于推理和实验，分析密码子和氨基酸之间的对应关系1、活动准备搜集科学研究资料：资料2.尼伦伯格和马太的实验资料。2、活动开展教师活动：强调密码子和氨基酸的种类，引导学生提出问题、分析列举可能性、做出合理的假设。学生活动：提出问题“1种氨基酸对应的密码子只有1种吗？”，分析得出有哪些可能性，并做出合理的假设“1种氨基酸可以由一种或一种以上的密码子编码”。教师活动：介绍尼伦伯格和马太的实验，引导学生分析实验得出结论。（资料2：1961年，尼伦伯格和马太采用蛋白质的体外合成技术做了如下实验：在每个试管中分别加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸，结果加入苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。然后，结合后来克里克“3个碱基决定1个氨基酸”的实验结论，最终破译了第一个密码子。）学生活动：分析资料，并结合克里克的实验结论，得出密码子“UUU”与苯丙氨酸的对应关系。教师活动：通过问题指导学生观察分析密码子表。（问题：1.观察密码子表，找一找，一种氨基酸可以由几种密码子决定，密码子除了编码氨基酸以外还有哪些作用？2.绝大多数的氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并。你认为密码子的简并对生物体的生存发展有什么意义？3.几乎所有的生物体都共用上述密码子，根据这一事实，你能想到什么？）学生活动：阅读教材密码子表，归纳概括密码子的作用，分析简并的意义，基于事实推测当今生物有共同的起源。3、活动总结和评价借助真实的科学研究历程，了解科学家的研究思路和方法，并体会科学家之间的合作交流、相互启发的重要性；基于事实推测当今生物有共同起源，理解生物界的统一性。活动3-3.分析资料，建构翻译过程的模型1、活动准备搜集科学研究资料：资料3.里奇及其学生的研究资料课前制作建构翻译过程模型的材料2、活动开展教师活动：引导学生梳理参与翻译的物质和结构，归纳翻译的基本条件，展示tRNA结构示意图，引导学生分析总结其具体作用学生活动：归纳概括翻译的基本条件，分析tRNA的结构和作用。教师活动：展示资料，布置任务，指导学生分组讨论、建构模型，对学生展示的模型进行评价总结，并引导学生概括翻译过程。（资料3：1962年，里奇的学生观察到网织红细胞在合成血红蛋白过程中存在一条mRNA对应5个核糖体的现象。这一发现不仅确定了多核糖体参与蛋白质翻译过程，而且直观的确定了翻译过程中核糖体在mRNA上的移动机制。他们继续研究还发现每个单一核糖体上存在两个tRNA结合位点，两个位点协同参与新生肽链的移动。布置任务：①分析资料，利用所给材料，初步建立模型:从所给材料中，选出核糖体、mRNA、2个氨基酸、2个tRNA进行组合。②根据以下提示，建立翻译过程的动态模型：模拟肽链的合成和转移；模拟核糖体在mRNA上的移动；模拟新的tRNA的进入并重复以上过程.③概括翻译的基本过程）学生活动：分析资料，分组讨论，建构并展示模型，概括翻译过程。教师活动：再次展示资料3，介绍多核糖体参与翻译的现象，引导学生理解其意义；并引导学生思考肽链和蛋白质的关系，进而强调加工过程。学生活动：分析多核糖体参与翻译的意义，说明肽链与蛋白质的关系和蛋白质加工的必要性。3、活动总结和评价通过分析资料，建构模型，加深对翻译过程中的信息传递的理解，同时巩固结构与功能观。任务4.概括遗传信息的传递过程活动4-1.基于所学内容，初步建构遗传信息传递过程的模型1、活动准备搜集科学研究资料：资料4.克里克提出中心法则2、活动开展教师活动：布置任务，要求学生根据所学内容，利用文字和箭头，初步建构遗传信息传递过程的模型。学生活动：建构模型并展示。教师活动：展示资料，介绍科克里克于1957年提出的中心法则。（资料4：1957年，克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，并提出中心法则：遗传信息可以从DNA流向DNA；也可以从DNA流向RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。)学生活动：阅读资料，理解克里克提出理论的预见性。3、活动总结和评价通过建构模型，形成生物学概念，借助科学研究案例，体会科学家的大胆假设、开拓创新的科学精神。活动4-2.分析资料，完善遗传信息传递过程的模型1、活动准备搜集科学研究资料：资料5.RNA病毒的相关研究2、活动开展教师活动：展示资料，要求学生根据资料进一步完善模型。（资料5：1965年，科学家在某种RNA病毒里发现一种RNA复制酶，它能对RNA进行复制；1970年，科学家在致癌的RNA病毒中发现逆转录酶,它能以RNA为模板合成DNA。)学生活动：阅读资料，完善模型，展示模型。教师活动：设置问题引导学生提升总结，形成生命观念。（问题：1.子代从亲代继承的是物质、信息还是能量？继承的内容在子代体内是如何起作用的？2.分析遗传信息传递过程，说一说，物质、能量、信息之间分别有怎样的联系？）学生活动：思考讨论，总结物质、能量和信息的关系，理解“生命是物质、能量和信息的统一体”。3、活动总结和评价通过完善模型，体会科学是不断发展的，科学概念也是随着研究的深入在不断更新或修正的，进而理解科学的本质。通过分析物质、能量、信息之间的联系，形成“生命是物质、能量和信息的统一体”的生命观念，深刻理解生命的本质。七、板书设计八．作业布置：1.利用课后时间，查找资料，了解其他遗传密码破译中遇到的困难和科学家的解决方法，2.搜集资料，查找几种抗菌药物，了解它们抗菌的机制。九、教学反思（1）教学过程中重视引导学生进行问题分析和逻辑推理，培养科学思维能力，具体教学中学生能够根据情境自主提出问题，并通过严谨的逻辑推理作出合理的假设。（2）教学中重视引导学生进行多种模型的建构，达成概念教学的同时培养学生的建模思维和方法，具体教学中，学生在建构翻译过程的模型时因为内容较为复杂抽象，需要教师更多的提示和指导，也需要更多的时间来摸索尝试。（3）教学过程中重视结合科学研究案例，进行科学方法教育，具体教学中因为适当补充科学史内容，学生能够更好的理解科学的本质，并体会科学家研究的思路和方法。附：表1学习活动属性表（1）活动名称活动1基于推理和实验，分析碱基和氨基酸之间的数量关系活动目标1.基于推理和实验，阐明3个碱基编码1个氨基酸；2.分析克里克的实验证据，体会科学家的研究思路和方法。活动过程学生提出问题、作出假设、在提供的情境中演绎推理，分析克里克的实验证据，得出结论，并生成概念。活动类型思考•讨论•展示活动资源资料活动空间教室活动时间10分钟活动评价评价主体☑学生☑教师□其他评价方式□纸笔测验☑表现性评价评价项目□观察分析□方案设计□实验操作☑活动记录□其他表2学习活动属性表（2）活动名称活动2基于推理和实验，分析密码子和氨基酸之间的对应关系活动目标1.体会科学家破译密码子的研究思路和方法2.分析密码子表，阐明密码子的简并及其意义3基于事实，推测当今生物有共同的起源活动过程1.学生提出问题，作出假设；2.分析讨论尼伦伯格和马太实验资料；3.观察密码子表，归纳概括密码的简并后总结其意义；4.基于事实，推测当今生物有共同的起源。活动类型观察•思考•交流活动资源资料活动空间教室活动时间10分钟活动评价评价主体☑学生☑教师□其他评价方式□纸笔测验☑表现性评价评价项目☑观察分析□方案设计□实验操作☑活动记录□其他表3学习活动属性表（3）活动名称活动3分析资料，建构翻译过程的模型活动目标建构翻译过程的模型，理解翻译过程中的信息流动。活动过程1.梳理归纳翻译的基本条件；2.分析科学研究资料，提取翻译过程相关