高中生物学 人教版 必修2《基因的本质》（第一课时）DNA是主要的遗传物质

2022年安徽省普通高中新课程新教材优质课评选团体比赛生物学学科教学设计探基因本质，享科技生活第1节：DNA是主要的遗传物质（第一课时）1.教材分析“DNA是主要的遗传物质”是2019人教版高中生物学教材必修2《遗传与进化》第3单元第1节的内容，收录了“肺炎链球菌的体内转化实验”“肺炎链球菌的体内转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”这三个经典实验。其中格里菲思的实验是提出“转化因子”的实验证据，也是开启科学界寻找什么是遗传物质的实验证据的钥匙。艾弗里的实验是利用化学分析、微生物培养等技术实现了肺炎链球菌的体外转化，明确的转化因子的化学本质。赫尔希和蔡斯的实验是利用同位素标记法分别追踪DNA和蛋白质，明确了噬菌体的DNA进入了大肠杆菌，且在亲子代之间具有连续性。这些都是由编者精选的宝贵的学习资源，通过分析能够从中提炼出DNA适合作遗传物质的三点特性。但是，教材中是精简之后的研究历史，有些逻辑关系还需要另外补充材料辅助学习。尤其是在20世纪40年代，科学界普遍认为蛋白质是遗传物质，且关于DNA结构的“四核苷酸假说”否定了其作为遗传物质应具备的特点：多样性。这种观念严重阻碍了艾弗里的实验结论被人们接受，赫尔希和蔡斯实验的出现才使人们接受了DNA是遗传物质这一结论。这些素材的呈现也反映了人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。2.学情分析知识储备方面：在必修1已经初步了解了DNA、蛋白质、糖类以及脂质的结构，对于常见病毒的结构、细菌的结构也能大致掌握。但是没有掌握微生物的培养条件、菌落的概念、菌落的形成过程等基础知识。不明确细菌能够发生的变异类型，如能发生基因突变、能从外界吸收DNA等特点还没有系统地学习。探究能力方面：可以熟练地使用假说演绎法，可以使用教师提供的资料对某些观点进行证实或证伪。设计实验时涉及到复杂的变量控制会有畏难情绪，逻辑分析不够严谨，容易人云亦云或者利用排除法简单地认为科学结论一定是非此即彼的，忽视了直接实验证据的重要性。3.素养目标目标1目标2目标3通过资料论证，明确格里菲思各组实验的作用，巩固合理提出假说的科学方法。通过自主分析与设计实验，类比艾弗里的实验，学习控制变量的“加法原理”和“减法原理”。通过分析格里菲思和艾弗里实验的区别与联系，体会实验现象与实验结论之间的逻辑关系，训练科学思维。认同科学结论的获得离不开严谨的推理和确凿的实验证据，认同科学技术对生物科学发展的促进作用，体会科技进步在探索真理的道路上的重要作用。4.教学思路教学环节教学活动设计意图创设情境创设情境导入新课分析格里菲思的实验还原史实激发兴趣“转化因子”的提出使用论证法解释第四组小鼠体内S型活菌的来源培养严谨的逻辑思维，尊重事实的品质探究“转化因子”的化学本质设计实验，书写实验思路巩固控制变量的方法实验分析综合实验现象，分析“转化因子”的特点将“转化因子”与遗传物质建立联系5.教学过程情境导入【教师活动】展示钟南山等在新冠疫情中做出杰出贡献的我国科研与医护人员的照片，提出人类与疾病的抗争从未停止过，造成呼吸道传染病的病原体也多种多样。引出格里菲思为研究肺炎致病菌而进行的肺炎链球菌转化实验。【学生活动】体会我国科研人员在抗击疫情过程中的科研精神与奉献精神。回想自己熟悉的导致呼吸道传染病的病原体，如新冠病毒、sars病毒、肺炎链球菌等。【设计意图】创设情境，还原史实，引出格里菲思的实验。营造国家强盛、民族自豪的氛围，熏陶责任意识。以“格里菲思的实验”为基础提出研究课题通过论证法提出假说【教师活动】组织学生带着如下两个问题阅读格里菲思的实验1. 从实验结果可以得出R型菌和S型菌的致病性如何？2. 哪组实验现象最出乎意料？提出你的疑问。预测学生可能会提出“第四组实验小鼠体内的S型活菌从何而来？”的疑问。随后组织学生猜测S型活菌可能的来源。【预设】关于第四组小鼠体内活的S型菌的来源，可能有以下四种猜测：1. 加热杀死不彻底，混合物中残留的S型活菌繁殖2. 在R型活菌的影响下，S型死菌恢复活性3. 在加热杀死的S型菌的影响下，R型菌转化为S型菌4. R型菌自发地突变为S型菌【资料论证】组织学生阅读导学案上的资料，完成导学案上的论证过程。【学生活动】【观察现象】独立分析格里菲思的实验，得出相应的实验结论。1. R型活菌不会导致小鼠死亡，S型活菌会导致小鼠死亡。2. 加热杀死的S型菌不会导致小鼠死亡。3. 加热杀死的S型菌和R型活菌混合，会导致小鼠死亡，且死亡小鼠体内分离出活的S型菌。【提出问题】第四组实验中S型活菌从何而来？猜测可能的来源，形成不同的观点。利用导学案中的资料，对不同的可能性进行论证分析。【方法提升】1. 有确切的证据证伪的观点为错误观点2. 无法证伪也无法证实的观点，可能是正确观点，因此可以成为新的待研究的假说。【作出假设】加热杀死的S型菌中含有能使R型活菌转化为S型活菌的某种活性物质—“转化因子”【设计意图】鼓励学生独立分析实验现象并提出可探究的问题，发展学生的独立探究能力。使用科学家的研究成果对自己的观点进行论证辨析，提升逻辑思维能力。利用论证法得到的结论，提出进一步探究问题，使学生认识到科学的发展不是一蹴而就的。设计实验演绎推理【教师活动】【作出假设】通过上述分析，得出实验推论：加热杀死的S型菌中含有能促使R型活菌转化为S型活菌的某种活性物质—“转化因子”。【归纳整理】形成本节课学习任务的主线。观察现象：格里菲思的第四组小鼠死亡，并从小鼠体内分离出活的S型菌。提出问题：第四组小鼠体内活的S型菌从何而来？做出假设：加热杀死的S型菌中含有能促使R型活菌转化为S型活菌的某种活性物质—“转化因子”。引导学生按照假说演绎法的流程，继续进行探究。提出新的探究子问题：转化因子是什么物质？师生共同提出假设：转化因子是DNA。组织学生独立书写实验思路，小组讨论后展示交流。【方法提升】从学生书写的不同方案中提炼出控制变量的“加法原理”和“减法原理”，点明实验思路的书写方法和实验步骤的书写方法的区别，强调答题的规范性。【学生活动】回顾假说演绎法的流程，思考如何利用现代生物学技术探究导致R型活菌转化为S型活菌的物质是是不DNA？【思维路径】1. 是否选用小鼠作实验材料2. 选用其他材料需要什么实验技术支撑3. 实验变量如何控制4. 实验结果如何表征在思考分析以上问题之后，书写实验思路，并依照假说对实验现象和结论进行预测【展示交流】组内讨论修正方案，并进行展示。对其他同学的方案进行质疑、修正与补充。【演绎推理】思路一：取R型菌分别于S型菌的DNA、蛋白质、脂质等混合培养，一段时间后检测菌落的类型。思路二：将加热杀死的S型菌制成细胞提取液，分别加入DNA酶、蛋白酶、酯酶等进行处理。分别将处理后的液体与R型菌混合培养，一段时间后检测菌落的类型。【设计意图】按照假说演绎法的流程，亲历探究历程。分析、书写实验方案，预测实验结果和结论。对别组的方案进行质疑与修正，可从实验的严谨性，书写的规范性等方面进行完善，训练科学探究的能力。艾弗里的实验【教师活动】展示艾弗里的原始实验流程及结果，整理整个假说演绎法的流程，组织学生根据实验结果得出结论。点明艾弗里实验的科学性和严谨性。【学生活动】【实验验证】根据艾弗里的实现现象得出结论：转化因子是DNA。【设计意图】艾弗里的实验现象作为验证材料，得出结论。转化因子的特点艾弗里遭受质疑的原因【教师活动】小结：本节课的两个经典实验的历史地位以及实验中体现的“转化因子”的特点。控制生物体的性状；引起的性状变化是可以遗传的。由艾弗里的实验结论“转化因子是DNA”推理出DNA应具有上述特点。【讲述】艾弗里的结论在当时科学界掀起轩然大波，对遗传物质的争论又再次被燃起。但艾弗里接受到的更多是质疑，因为当时人们对DNA的了解很少，尤其是四核苷酸假说直接否定了DNA的多样性。DNA是遗传物质这种观点，什么时候才能被科学界接受呢？【学生活动】【分析体会】结合两位科学家的实验现象，体会转化因子应具有的特点，思考其是否具备作为遗传物质的资格。回顾本节课自己的探索历程，结合科学史实，体会科学研究的艰辛以及时代背景对科研成果的影响。加热杀死的加热杀死的S型菌含有使R型活菌转化为S型菌的“转化因子”。从第四组小鼠体内分离出的S型活菌的后代也是S型菌。每一个S型菌落都至少来自一个S型活菌R型菌转化为S型菌是发生了性状的变化S型菌的后代仍然是S型菌，说明这种由“转化”获得的性状是可以遗传的【设计意图】师生共同理清“转化因子”与遗传物质之间的逻辑关联，认同格里菲思的实验在基因本质的探索历程中的重要历史地位。使学生认同掌握了科学方法，拥有坚韧的科研精神和勇于担当的使命感，必将能为社会贡献出自己的力量。通过分析当时的时代背景，提出艾弗里的观点不被接受的原因，留下悬念为下节课继续探究埋下伏笔。6.板书设计1.可以控制生物的性状转化因子格里菲思2.引起的性状变化是可遗传的艾弗里DNA特点1.可以控制生物的性状转化因子格里菲思2.引起的性状变化是可遗传的艾弗里DNA特点7.教-学-评一体化自测量表第1第1节DNA是主要的遗传物质第一课时教-学-评一体化自测量表课题课时达成学习目标：1学会使用论证法提出合理假说2能理解艾弗里的实验原理及结论达成评价：优秀（）良好（）及格（）任务驱动的学习活动嵌入评价任务一：格里菲思的实验1、能根据第四组实验现象提出自己的观点对其进行解释。2、能够从众多复杂的科学史资料中，寻找到最有利的证据，对其他不同的观点进行论证。任务二：艾弗里的实验3、能利用已掌握的实验设计原则，进行实验设计探究转化因子的化学本质，并正确地表达出思路。能够根据实验现象分析转化因子具有的特点，推测转化因子可能是生物的遗传物质。能够提出2分（）不能提出0分（）能找到并认同对应的证据4分（）找不全面对应的证据2分（）完全找不到对应证据0分（）有正确的思路并清晰表达4分（）有正确的思路但不表述不准确2分（）想不出合理的思路0分（）能体会转化因子能控制生物性状2分（）能体会转化因子导致的R型菌发生的性状变化是可以遗传的