资源简介

《DNA是主要遗传物质》教学设计
课程信息
课时名称 DNA是主要遗传物质 课时安排 1课时（45分钟）
课程类型 新授课 授课对象 高一
教材分析
本节课是人教版普通高中教科书生物学（2019年版）必修2《遗传与进化》第3章第1节内容，主要包括科学家证明DNA是遗传物质的3个经典实验，能够锻炼提升学生的科学思维和科学探究素养。本节内容具有承上启下的作用，既是对前2章基因相关知识的本质性、延伸性的阐述，又为本章DNA分子的结构、复制和遗传效应等内容的学习奠定基础，同时也与必修1模块《分子与细胞》中第2章蛋白质和核酸等知识建立联系。其教学重点是引导学生学习科学家对遗传物质进行层层深入地探寻与发现的实验原理、方法和过程。因此，本节教学可以将遗传物质是蛋白质还是DNA的争论作为线索，基于科学史精心创设一系列问题情境，进而利用问题逐步驱动和引导学生自主-合作-探究性地分析和解决问题，全面系统地了解实验过程，掌握实验原理、方法和结论。同时借助多媒体、卡纸演示等辅助教学，即利用图片、动画和视频的直观性和趣味性等特点，使之可视化、形象化，为学生的探究思维活动提供支架。
学情分析
学生已经具备了有丝分裂、减数分裂和受精作用等细胞学基础，掌握了生物的生殖过程，染色体的化学组成，蛋白质与核算的元素组成等相关知识，这为新知识的学习奠定了认知基础。
高中学生已经具备了一定的认知能力与动手实践能力，在前期的学习中融入资料分析、模型建构等活动，对此方面的科学探究已有一定的基础，但含不完善。因此，教师在本次课程中将继续利用资料素材、科学史资料等锻炼培养学生的科学思维与科学探究能力。
教学重难点
认识理解DNA是主要遗传物质，了解艾弗里、格里菲斯、赫尔希和蔡斯的三个实验过程及其理论与结论。
教学目标
（1）生命观念：学生能够推测出遗传物质可能具有的特点，加强对结构与功能观的认识；
（2）科学思维：学生能够概述证明遗传物质的实验过程、方法和结论，学会遗传物质种类判定的方法，提升分析、归纳、质疑、探究等科学思维素养；
（3）科学探究：学生能够尝试设计证明DNA是主要遗传物质的相关实验，认识遗传物质的本质，提升科学探究素养；
（4）社会责任：学生能够认同人类对遗传物质的认识是不断深化和完善的过程，领会科学发展与技术的关系，意识到合作探究的重要性。
教学过程
时间 教师活动 预设学生活动
2min 【导入】 观察身边同学的头发，一般都是黑色的。但生活中有些孩子的头发是白色的。 提问：头发颜色是一种性状，而生物的性状从根本上讲是由什么决定呢？ 设疑：基因的本质是什么？我们展开今天的学习。 观察生活中的现象，认识到发色不同是遗传物质（基因）决定的。
4min 【认识遗传物质的特点】 回顾摩尔根的实验，证实基因在染色体上。染色体主要由DNA和蛋白质组成的。哪一种才是主要的遗传物质呢？ 教师给予一段资料，启发学生思考：作为生物的遗传物质，需要具备哪些特点？ 回顾初中和必修一知识，知道染色体的组成。 通过资料阅读，思考得出遗传物质应该具备以下几个方面： （1）储存大量遗传信息 （2）精准进行自我复制，使得后代具有一定的连续性 （3）结构比较稳定
10min 【格里菲斯实验】 20世纪20年代，大多数科学家认为蛋白质是遗传物质，其依据是氨基酸多种多样的排列顺序可能蕴含遗传信息，这符合特点1。但同时蛋白质也存在着这样一些缺陷：蛋白质结构复杂、易失活、不能自我复制、需要以RNA为模板。因此，科学家们开始质疑蛋白质是生物体的遗传物质这个假说。向这个观点提出挑战的首先是美国的微生物学家艾弗里，而他的实验又是以英国微生物学家格里菲斯作为基础的。 引导学生阅读教材肺炎链球菌的特点，填写完整表格： 有无荚膜菌落特点致病性S型R型
当年格里菲斯只是单纯的想利用以上材料来研究肺炎链球菌是如何使人患肺炎的，但在实验中又有了不一样的收获。引导学生阅读格里菲斯的实验示意图，并分析实验的结果与原因。 分析四组实验中肺炎链球菌存活或死亡的情况及其原因？ 推测为什么会发生转化？ 介绍： 当年格里菲斯也认为R型是无致病性的，若他想获得毒性就需要从致死的S型菌中提取决定这种致病性的某种物质。当年他不仅有这种推断，而且还从第四组死亡小鼠的体内分离出了S型活细菌，并且发现这些S型活细菌的后代也是S型活细菌。 从上述陈述中，能推测出什么？ 因此格里菲斯推断出：已经加热致死的S型细菌含有某种促进R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质——转化因子。 复习回顾蛋白质，对蛋白质是遗传物质的假说提出质疑，并思考如何开展实验进行验证。 阅读教材，系统认识肺炎链球菌，并完成表格。 荚膜菌落致病S型有光滑有R型无粗糙无
认真阅读材料，在老师的引导下梳理出以下内容。 （1）第一组不死亡；第二组小鼠因含有S型活细菌而死亡；第三组活的原因可能是S型菌加热无活性了；第四组死亡的原因可能是R型活细菌与加热致死的S型细菌混合，形成了新的S型细菌产生致死性。 （2）推测可能是S型菌内某一种物质导致其发生转化 通过格里菲斯之后的实验，认识到这种转化是可以稳定遗传给后代的。
10min 【艾弗里实验】 这种转化因子到底是什么呢？引导学生通过之前的学习，从细胞内的物质角度作出假设。 为验证假设，需要进一步开展实验。当年艾弗里将加热致死的S型细菌破碎后，设法去除绝大多数的糖类、蛋白质、脂质，做成细胞提取物。将细胞提取物加入有R型细菌培养基中。然后再对细胞提取物分别进行不同的处理后，观察实验的现象。 大家阅读材料，尝试回答以下问题串： （1）对照组是哪一组？ （2）实验运用什么原理？ 介绍减法原理：在实验中，艾弗里人为地去除了细胞提取物中的某一种物质，加入蛋白酶是为了催化蛋白质的水解；DNA是为了催化DNA的水解，破坏DNA的结构。像这样，与常态相比，人为的去除某一种影响因素，这样的自变量控制原理叫做减法原理，反之则为加法原理。 通过艾弗里的实验你能得出什么结论？ 当年艾弗里不仅进行了转化实验，还对细胞提取物的理化性质进行分析，发现这种物质和DNA非常相似，由此艾弗里做出推断：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 学生回顾必修一内容，猜测可能是核酸、蛋白质、脂质等。 阅读材料，尝试回答问题： 第一组是完整的细胞提取物 控制变量（减法原理） 促进R型活细菌转化为S型活细菌的物质是DNA
15min 【噬菌体侵染细菌实验】 当年艾弗里的实验一经报道就遭到了严重的质疑，一方面由于技术限制，细胞提取物去除的不太够，另一方面，大家深信遗传物质是蛋白质这种传统观念。几年后，这种传统观念逐渐被动摇，赫尔希和蔡斯的实验才让大家真正接受了这个结论。接下来，我们就来学习噬菌体侵染细菌实验。 首先展示噬菌体模型，并通过书本资料引导学生认识噬菌体。 教师继续介绍T2噬菌体还存在以下特点：T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身的遗传物质下利用大肠杆菌的物质合成自身的组成成分，进行大量繁殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。引导学生作出假设T2噬菌体在侵染大肠杆菌过程中是将自身的什么物质注入其中呢？ 哪一种假设是正确的呢？我们需要进一步去证实。现在出现了一步难题：蛋白质和DNA都是肉眼不可见的物质，我们如何观察？ 利用这种技术，我们如何标记T2噬菌体的DNA和蛋白质呢？请大家阅读书本。 为什么不能同时标记呢？ 在分别含有放射性同位素S和P的培养基中培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，得到蛋白质含有S标记或P标记的噬菌体。 获得的噬菌体分别去侵染大肠杆菌，经过短时间的保温后，进行搅拌、离心。 搅拌目的——使大肠杆菌和细菌分离 离心目的——使上清液中析出较轻的细菌 【模拟实验】 教师为学生提高实验教具（卡纸制作的各种条带、试管等），引导学生尝试演示出实验结果。 教师展示真实的实验结果：S标记的噬菌体中上清液放射性很高，沉淀放射性很低。P标记的噬菌体沉淀放射性很高，上清液放射性很低。 如果实验足够严谨，应该放射性只会出现在一方，但是却在两边都有所存在。因此任何实验都会存在误差，而只要误差在一定的范围内，我们都可以认为他是合理的。 如果保温过长会出现什么情况？ 如果搅拌不充分会出现什么情况？ 【总结】 DNA是噬菌体的遗传物质。正因为他们的实验实现了蛋白质和DNA的彻底分离，因此他们的实验更有说服力。 阅读资料，认识噬菌体的结构：T2噬菌体分为头部和尾部。头部及尾部的外壳由蛋白质组成，头部含有DNA。T2噬菌体没有细胞结构，属于DNA病毒。必须寄生生活，寄生在大肠杆菌中。 蛋白质、DNA、全都进入 放射性同位素标记法 找到DNA和蛋白质不一样的元素——35S和32P。又因为噬菌体是没有细胞结构的，因此，不能在培养基中进行培养，需要在大肠杆菌中培养。 有哪位仪器只能检测到一种放射性。 根据书中的实验结果，通过自主分析模拟演示实验结果： 1、假设注入的是蛋白质，结果：第一组上清液P标记，第二组沉淀S标记 2、假设注入的是DNA，结果：第一组沉淀P标记，第二组上清S标记 3、假设全都注入，结果：第一组沉淀P标记，第二组沉淀S标记。 根据教师讲解，认识到真实的实验结果。 思考教师的提问，得出结论：在P标记的实验中，如果保温过长，噬菌体在大肠杆菌体内增殖后释放子代，经离心后会分布在上清液中，上清液放射性增强；在S标记的实验中，如果搅拌不充分，噬菌体与大肠杆菌无法分离，沉淀中放射性增强。
4min 【RNA是遗传物质的实验】 人们发现有的病毒是RNA，他们的遗传物质是什么呢？播放视频，一同了解抗拉可的实验过程。 观看视频后：肺炎链球菌一般具有细胞结构的生物以及DNA病毒，其遗传物质是DNA，而像烟草花叶病毒和新冠病毒是RNA为遗传物质。因此我们说DNA是主要的遗传物质。 经过今天的遗传物质的特点，更多的特点期待大家的进一步探索。只有我们更加了解基因的特点和遗传物质的本质，才能真正关爱更多的白化病患者，因为他们的根治需要基因治疗。 通过视频认识RNA是遗传物质的实验过程，理解DNA是主要的遗传物质。

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