DNA是主要的遗传物质-高中-生物学-教学设计

DNA是主要的遗传物质黄慧西安铁一中滨河高级中学【设计理念】本堂课以山西吕梁一位烈士家属寻亲，复旦大学分子考古专家为山西吕梁牺牲的英烈们建立DNA数据库，期待能为英烈找到“回家”的路这个首尾呼应的故事，引出本节课的内容，利用科学史上探究遗传物质的几个重要实验，全程贯穿“归纳与概括”、“演绎与推理”、“模型与建模”的科学思维，使学生认同在科学研究的过程中离不开技术的进步和实验材料的更新，树立科研无止境、探索不停息的科学研究精神。最后利用课后实践作业“调查和DNA知识密不可分的职业”引导学生关注DNA相关的职业，结合梁启超《中国少年说》“今日之责任，不在他人，而全在我少年”树立学生应用生物学的知识和方法造福人类的社会责任和社会担当，突出学科思政。【课标要求】《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）中：大概念：遗传信息控制生物性状，并代代相传。重要概念：亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上。次位概念：概述多数生物的基因的DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。要使上述概念形成，需要解决4个核心问题:①格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验得出了什么结论；②艾弗里肺炎链球菌体外转化实验的不足是什么；③利用“假说-演绎法”探究T2噬菌体的遗传物质到底是什么；④为什么说DNA是“主要的”遗传物质。【教材分析】 “DNA是主要的遗传物质”是人教版《生物学·必修2·遗传与进化》第3章第1节的内容。教材首先在“问题探讨”栏目中提出问题“蛋白质和DNA究竟谁是遗传物质”，接着重点讲述了科学家通过“肺炎链球菌的转化实验”和“噬菌体侵染大肠杆菌的实验”证明细菌和噬菌体的遗传物质是DNA，最后以部分病毒的遗传物质是RNA补充得出“DNA是主要的遗传物质”这一结论。本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材。【学情分析】高一学生已经具备了一定的知识水平，抽象思维和学习能力也得到了一定的发展。在学习本节内容之前，学生已经学习了DNA和基因的概念，梳理了基因、DNA和染色体的关系。但是本节课赫尔希和蔡斯的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验在理解上有一定的难度，需要生动形象的教具辅助突破这一难点。科学方法和科学思维方面，教材前两章学生详细学习了“假说-演绎法”这一科学方法，本节课可进一步领悟该科学方法的广泛应用。【教学目标】1.通过学习科学家对遗传物质的探索过程，认同DNA是主要的遗传物质的观点。（生命观念）2.噬菌体侵染细菌实验过程3.明确噬菌体侵染细菌的原理，体验科学探索的艰辛过程，认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程；（科学探究）4.探讨实验技术在证明DNA是主要遗传物质中的重要作用，认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，树立科学与技术相互支持、相互促进的整体发展观。（社会责任）【教学重难点】重点：(1)肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验的原理和过程；(2)证明DNA是主要的遗传物质的一系列实验之间的内在关联。2、难点：噬菌体侵染细菌实验的原理、过程【时间安排】1课时【教学过程】情境引入：烈士家属崔先生寻找在抗日战争中牺牲在山西吕梁的三叔崔海治播放视频：2023年9月30日是第10个中国烈士纪念日，复旦大学分子考古专家利用烈士的DNA“复现”了山西吕梁49位无名烈士的容貌，并建立了烈士的DNA数据库，希望能帮无名烈士们找到自己的家人。设计意图：激发学生学习兴趣，引发学生思考：DNA为什么可以用来重建英烈的相貌？建立英烈DNA数据库能否帮助英烈们找到他们的亲人。（二）利用时间轴回顾对遗传物质的早期推测：从1866年孟德尔提出遗传因子——约翰逊将遗传因子更名为基因——摩尔根提出基因在染色体上——20世纪20年代，人们对蛋白质的结构研究比较清楚，认为氨基酸多种多样的排列顺序会蕴藏着遗传信息。通过确凿的实验证据首先向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的是美国科学家艾弗里，而艾弗里的实验又是在英国科学家格里菲思的肺炎双球菌转化实验的基础上进行的。科学探索历程：1、格里菲斯肺炎链球菌体内转化实验（1）教师利用动画展示肺炎双球菌的转化实验过程：（2）提出格里菲斯的实验结论：加热杀死的S型细菌中含有某种活性物质，能将无毒的R型活菌转化为有毒的S型细菌。2、介绍两种肺炎链球菌在培养基上菌落的差别和S型菌的化学成分，引导学生利用现有素材和储备知识自己设计实验去探究“转化因子”究竟是什么？进而引出变量控制中的科学方法——“加法原理”和“减法原理”，再自然地过渡到艾弗里肺炎链球菌体外转化实验的具体过程。3、分析肺炎链球菌体外转化实验的具体过程，提出艾弗里的实验结论：DNA是使R型细菌发生转化并产生稳定遗传的物质。艾弗里是第一个敢于向“蛋白质是遗传物质”的权威观点提出挑战的人，他科学、严谨的实验思路值得我们学习。但是，由于当时的技术所限艾弗里实验无法单独提取出DNA和蛋白质，单独、直接去研究各自的功能，因此仍有人对实验结论表示怀疑。引出时代在召唤新的实验材料的出现。4、赫尔希、蔡斯T2噬菌体侵染细菌的实验（1）PPT展示噬菌体，利用教具讲解噬菌体的结构和入侵大肠杆菌的具体过程。（2）观看噬菌体侵染细菌过程的视频。设计意图：在教具演示的基础上用视频形象生动的展示噬菌体侵染细菌的过程，不仅帮助学生理解噬菌体侵染细菌的具体过程，也为后续该实验的误差分析做好铺垫。（3）利用“假说—演绎法”的科学方法讲解该实验的探索历程，具体流程如下：①提出问题：噬菌体注入大肠杆菌的物质到底是什么？②做出假说：假说一：仅噬菌体的DNA进入大肠杆菌假说二：仅噬菌体的蛋白质外壳进入大肠杆菌假说三：噬菌体的DNA和蛋白质都进入大肠杆菌③设计实验：设置任务一，利用4个问题串剖析应该如何标记病毒，梳理具体实验思路，帮助学生理解T2噬菌体侵染细菌的实验过程。【任务一】（独立完成）阅读教材45页内容，完成任务单上的问题。问题1：蛋白质和DNA分子肉眼不可见，可以用何种技术追踪它们的行为？问题2：可不可以用C、H、O、N对蛋白质和DNA进行标记？为什么？问题3：该如何获得带放射性标记的噬菌体？可不可以用培养基直接培养？问题4：标记噬菌体时该同时标记蛋白质和DNA还是分开标记？为什么？④预期实验结果：教师利用教具模拟假说一的预期实验结果，设计小组活动进行假说二、假说三的演绎过程。设计意图：教师利用教具演示假说一之后，针对假说二和假说三设计小组活动，充分调动学生参与课堂的积极性，在演绎过程中小组内组员需要分工合作，培养学生在完成任务中的合作互助意识。通过教具的演示过程，进一步理解噬菌体侵染细菌的具体过程，深入体验“假说-演绎法”这一科学方法的精髓。【任务二】（小组合作）：根据提出的三种假说，小组内分工合作用教具模拟实验过程，预测实验结果并完成学习任务单中的表格。1-5组模拟假说二，6-10组模拟假说三。随机叫一个小组上讲台展示演绎的具体过程。小组演绎结束后，各个小组之间相互评价，叫小组代表上讲台展示假说的演绎过程。④分析结果：PPT展示数学模型——噬菌体侵染细菌的真实实验结果。引导学生分析结果，得出结论：实验结果和“假说一”相吻合，DNA是噬菌体的遗传物质。并利用教具对误差产生的原因进行具体分析。设计意图：利用实验结果展示的数学模型对本实验进行结果展示和误差分析，教师做点评和误差分析的总结，培养学生恰当使用数学模型解决抽象问题的意识，提升学生用具体现象论证假设的能力，根据误差出现的合理性培养学生的科学思维。⑤得出结论：DNA是噬菌体的遗传物质。思考：所有生物的遗传物质都是DNA吗？引出烟草花叶病毒侵染烟叶实验。5、烟草花叶病毒侵染烟叶实验组织学生利用本节课学习的实验思路，探究烟草花叶病毒的遗传物质是RNA还是蛋白质，提出结论：RNA是烟草花叶病毒的遗传物质。提出结论：DNA是主要的遗传物质：核酸是一切生物的遗传物质；具有细胞结构的生物和大多数病毒的遗传物质是DNA，少数RNA病毒的遗传物质是RNA,即DNA是主要的遗传物质，提出最终结论：DNA是主要的遗传物质。（五）课堂小结：前后呼应：利用导入时利用的时间轴，陈述在20世纪20年代以后本节课的四个重要实验及其结论，使学生通过本节课的学习认同在科学研究的过程中离不开技术的进步和实验材料的更新，树立保持科学研究热情，科研无止境、探索不停息的科学研究精神。（六）前后呼应：播放视频展示复旦大学考古专家利用烈士的DNA帮助烈士找到回家的路。利用梁启超《中国少年说》的内容激发学生利用自身知识和技能担当社会责任，回馈社会。设计意图：承上启下。激发学生的爱国情怀，树立学生“应用生物学的知识和方法在社会的各行各业发光发热，造福人类”的信念，充分体现个体在社会中的责任和担当。同时为课后实践作业“调查和DNA知识密不可分的职业”做好铺垫。（七）课内评价和课后延伸：课内评价：（2021江苏2）下列关于探索DNA是遗传物质的实验，叙述正确的是（）A．格里菲思实验证明DNA可以改变生物体的遗传性状B．艾弗里实验证明从S型肺炎双球菌中提取的DNA