表观遗传概念教学设计-2021-2022学年高一下学期生物人教版(2019)必修2

表观遗传概念教学设计1.教材及学情分析1.1注重教材，聚焦概念“表观遗传”选自人教版高中生物学教材必修2遗传与进化》第4章第2节“基因表达与性状的关系”。教材围绕柳穿鱼花的形态结构和小鼠的毛色遗传等实例展开“思考讨论”活动，帮助学生建立表观遗传的生物学概念.生物学概念具有层级结构，根据教材和课标规定的内容要求，构建了表观遗传概念的层级关系（图1）。基于表观遗传生物学事实，归纳概括表观遗传的特点，建立次位概念，并以此来构建系统的概念框架,促进学生生命观念的形成。1.2关注学情，收集疑惑高一学生初步建立了“基因指导蛋白质的合成，生物的性状主要通过蛋白质表现，同时受到环境的影响”“细胞分化是基因选择性表达的结果”等观念。但是对基因的选择性表达是如何受到调控,并且这种调控会直接影响性状等内容缺乏系统的认知。建构主义的学生观认为，学习者并非是空着脑袋进入学习情境中的，在日常生活和以往的学习中，他们头脑中已经形成了有关的前概念。例如：F1的花与植株A相似,是因为DNA分子一条脱氧核苷酸链发生甲基化，而另外一条没有甲基化，基因选择一条链表达。因此，教师在教学准备时，要注意收集学生的疑惑摘要;在课堂教学时，要帮助学生消除错误概念，建立科学概念。学生的疑惑主要包括：①甲基化是什么？甲基化是基因控制还是受到环境影响？②甲基化为什么可以抑制基因表达？是影响转录还是翻译的过程？③DNA是半保留复制，为什么甲基化修饰可以遗传？④为什么除了DNA甲基化，构成染色体的组蛋白发生甲基化、乙酰化等修饰也会影响基因表达？乙酰化是什么？2.教学目标(1)通过表观遗传调控机制的资料分析，认同DNA甲基化、组蛋白修饰等会引起DNA构象改变，导致基因表达发生改变，形成结构与功能相适应的生命观念。(2)基于问题情境为导向，运用假说演绎法，通过“提出假说一修正假说一演绎推理”等环节的学习，培养科学思维。围绕柳穿鱼花型和小鼠毛色遗传等生物学事实展开讨论，归纳概括表观遗传的特点，从而实现对表观遗传概念的深度学习和有效构建.(3)关注环境对表观遗传的影响，认识吸烟等不良的行为习惯对人类及后代健康都有长远的影响，主动宣传戒烟的道理，成为健康生活的促进者和实践者.3.教学重难点教学重点:表观遗传的概念、实例分析及形成原因教学难点:表观遗传形成原因4.教学过程展示PradeepBhide团队的实验研究：在一只雄鼠的饮用水中添加了尼古丁，与一只从未接触过尼古丁的个体交配，产生的后代出现了多动、学习能力差等症状。用它继续与正常个体交配,后代出现了同样的症状。以此激发学生的好奇，为什么尼古丁会导致小鼠后代性状发生改变？教师指出此现象与表观遗传有关，从而导入新课。4.1概念建构，包含两个探究活动。探究一：柳穿鱼花的形态结构。柳穿鱼因叶细似柳而花形似鱼而得名，从对称性角度分析，植株A的花是两侧对称(A)，植株B的花是辐射对称(B)，花的形态结构是由一对等位基因几5基因决定。引导学生运用假说演绎法来开展探究活动。(1)观察现象：植物A和植株B杂交,F1的花与植株A相似,F1自交,F2中A:B=34:5(2)提出问题：为什么F2不是A:B=3:1,而是A多、B少呢？(3)作出假说：尝试提出一种假说，能合理解释已有的实验现象。学生经过合作探讨,提出的假说主要有：B发生基因突变、B隐性个体部分致死、B配子部分致死、B发生甲基化等。教师通过引导学生分析4种假说存在的可能性。首先可以排除基因突变，基因突变具有低频性,概率不会接近7:1。其次，根据资料分析是否存在致死现象？资料1：PilaaCubas等人通过基因测序，发现A和B的Leyc基因序列具有一致性。引导学生排除致死的可能性，基因一样,B部分致死，那么A应该存在等概率的致死现象。(4)提出问题：A和B的基因相同，为什么花的形态结构存在差异？(5)作出假说：B的Leyc基因高度甲基化导致基因不表达。资料1：DNA甲基化和去甲基化是一个可逆的过程。资料2：DNA甲基化后，RNA聚合酶无法识别启动子，抑制基因表达。引导学生思考DNA甲基化调控基因表达的作用机理，促进形成结构与功能相适应的生命观念。资料3:PCaa等人通过研究发现,B的甲基化程度远远高于A,进一步检测mRNA含量,A存在Leyc基因的mRNA,在B中没有[3]$这说明DNA高度甲基化,导致Ley基因无法转录形成mRNA,以此验证假说的正确性。教师在参考研究结果时,需要将Piaa的研究结果进行简化处理,以符合高中生的认知水平。(6)提出问题：如果是B的Ley基因高度甲基化导致基因不表达丁2的A:B应该还是3:1(7)修正假说：继续修正假说，直至能合理地解释已有的实验现象。学生通过合作探究，提出植株B发生部分去甲基化。教师肯定学生的思路，并提出，一个正确的假说能解释已有的实验现象是远远不够的，它应该还能预测其他实验的结果，由此引出演绎推理的环节。(8)演绎推理：利用杂交实验中已有的实验材料，设计一种简单的实验进行验证。学生主要思路有2种：F1的A与B测交、F2的B自交。此环节可利用希沃投屏呈现学生思维,培养学生的表达能力和团队合作能力。(9)实验验证：Pilar将F2的B自交，得到的后代如图2所示。(10)得出结论：引导学生根据实验现象,分析得出结论。自交后代出现了介于A和B之间的一系列过渡类型,是由于Ley基因甲基化程度不同，DNA甲基化程度越高,基因表达水平越低。探究二：小鼠的毛色遗传。小鼠的毛色由一对等位基因Avy和a的控制,Avy表现为黄色体毛,a表现为黑色体毛。将纯种黄色体毛的小鼠与纯种黑色体毛的小鼠杂交。F1为什么表现出不同的毛色？学生通过知识迁移，解决新的问题情境。设计意图：通过分析柳穿鱼花型和小鼠毛色的遗传现象，引导学生归纳概括两者的共同之处——基因的碱基序列不变,基因表达和表型发生可遗传变化。运用假说演绎法探究表观遗传现象，从而实现表观遗传概念的深度学习和有效构建。4.2概念理解通过解决学生疑惑的方式，引出组蛋白乙酰化修饰为什么会影响基因的表达？教师播放组蛋白乙酰化修饰的动画视频,化微观为直观，学生从动态视频获得信息解决疑惑。组蛋白乙酰化后,染色质结构变得松散，利于RNA聚合酶和DNA结合,有利于基因表达。探究三：玳瑁猫的毛色遗传。资料1：控制毛色的基因是位于X染色体上的一对等位基因：X0（黄色）和XB（黑色）。资料2：M.Lyon提出在雌性哺乳动物体细胞中有一条X染色体会发生固缩而失活。教师提出问题，运用X染色体随机失活机制，分析出现一只黑黄相间的玳瑁猫的性别及成因。教师总结,DNA甲基化、组蛋白修饰和X染色体失活都是在转录水平进行的调控,是否存在翻译水平的调控。部分学生可以通过知识迁移，想到RNA甲基化的调控。此外，教师还可以在探究三的基础上，再次创设问题情境，猫毛本身的颜色为白色,如何得到一只黄白相间的玳瑁猫？引导学生分析可运用RNA干扰技术，抑制黑色素的形成，由此得到黄白相间的猫。学生对于理解此部分内容存在较大难度，因此需要教师根据学生认知对RNA干扰机制进行简化处理。设计意图：基于生物学事实的分析,促进学生自主构建表观遗传调控机制的系统框架（图3）。4.3概念应用联系生活，首尾呼应：尼古丁导致亲代小鼠精子中，与学习有关的基因发生了甲基化，后代小鼠表现出多动%学习能力差的症状。在人体内也存在这种现象，无论男女,吸烟危害自己的同时，还害了自己的子子孙孙。而母亲孕期吸烟，导致胎儿DNA高度甲基化，甚至会引起肺癌。合作探究，癌症治疗：在肺癌细胞中发现原癌基因过量表达，而抑癌基因表达水平低。依据表观遗传调节机制，提出癌症治疗的有效措施。设计意图：阐明表观遗传调控还会受到环境的影响,引导学生树立健康的生活态度。通过癌症治疗方案的探讨,培养学生的质疑能力和创新精神。在交流过程中,学生指出方案的不足：DNA甲基化和组蛋白修饰的药物可能会导致正常的基因受到影响，从而触发新的探讨话题----如何实现精确的靶向治疗？治疗更为精确的RNA干扰药物，目前只有美国上市了3款,因为RNA不稳定容易被降解,而中国正在克服技术难题,以此培养学生的社会责任意识。5.教学反思本堂课是以核心素养视域下如何实现深度学习为目标进行的教学设计。以问题情境为导向，运用假说演绎法,开展表观遗传的概念教学,主要体现两个注重。一是