资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高一 学期 春季
课题 DNA是主要遗传物质的探索
教科书 书 名：生物学必修2遗传与进化教材 出版社：北京师范大学出版社
教学目标
1.在理解DNA和RNA分子结构的基础上，形成结构与功能观等生命观念，能用结构与功能相适应的观念，解释多数生物的基因是DNA分子的功能片段。 2基于遗传物质探索实验的设计思路和研究方法的学习，能运用概括、归纳、演绎等科学思维方法阐述遗传物质的科学探究过程。 3.关注自然界遗传物质的特点，能对流感病毒变异、疫苗研制和生产等社会热点问题、科技前沿问题进行理性讨论和分析，激发学生的社会责任感。
教学重难点
教学重点： 肺炎链球菌转化实验的原理和过程。 2. 噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 教学难点： 肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验原理和过程。 2. 理解科学家证明“DNA是主要的遗传物质”实验思路。 3. 运用概括、归纳、演绎等科学思维方法用于实验思路设计。
教材思路与策略分析
本节课以科学史为教学主线，渗透科学研究思维与方法为教学辅线，并采用“问题导学”和“任务驱动”的教学策略，课程中有巧妙设计的梯度问题串以及课堂探究任务，突破科学史教学难点以及运用概括、归纳、演绎等科学思维方法用于实验思路设计的难点。具体策略如下： 1.“问题导学”策略——体会科学探究过程，领悟科学研究方法 在格里菲斯科学史实验教学过程中，课堂以“设疑导入—问题导学—观察实验现象—分析实验现象—归纳总结”的教学线条推进，全程贯穿“问题导学”策略。具体做法为①使用科学史引起学生的求知欲，问题导学引导学生提出假设与验证假设的思路；②呈现格里菲斯的研究方案,引导学生分析实验现象，初步验证假设。③进一步激发学生深层思考，再次分析实验现象。 在赫尔希和蔡斯科学史教学中，利用多层问题导学，引导学生突破“同位素的选择”、“噬菌体的同位素标记方法”等实验步骤上的难点。 2.“任务驱动”策略——体验科学实验设计，突破教学重难点 在艾弗里科学史教学中，巧妙设置课堂探究任务，先让学生尝试用“加”、“减”两种思路进行实验方案设计，培养学生的科学思维，让学生切实体验科学研究方法。 3.“模型构建”——构建“DNA是主要的遗传物质”概念模型
教学过程
学习任务教师活动学生活动设计意图问题 导入同学们，今天我们一起学习北师大版生物学必修二第一章第1节DNA是主要遗传物质的探索历程，让我一起走进科学史实，学习科学方法，领略探索精神。 自1869年米歇尔从脓细胞核中首次分离得到“核素”，新研究成果不断出现，到1924年科学家证明染色体的成分是由DNA和蛋白质组成的，科学界开始对生物的遗传物质是DNA还是蛋白质这一问题进行探索，究竟生物体的遗传物质是什么？ 真实科学史，以引起学生兴趣。格里菲斯——肺炎链球菌的体内转化实验了解肺炎链球菌 1928年，英国细菌学家格里菲思发现了两种不同的肺炎链球菌。如图所示，一种菌落呈光滑的形态，称为S型菌。另一种菌落呈粗糙，称为R型。有同学知道S型菌落呈现光滑外观的原因吗？ 没错，请同学们看S型菌在电镜下的图片，多糖荚膜清晰可见，这层多糖荚膜使得S型菌具有致病性，而R型菌没有。 格里菲斯的实验背景 格里菲斯在研究两种肺炎链球菌时，发生了一个“美丽的误会”，是什么呢？我们一起来看！ 研究肺炎双球菌的过程中，格里菲斯因为偶然的机会，错把经加热杀灭的肺炎链球菌Ｓ型菌液当成注射液的佐剂，与R型菌一起注射入小鼠体内，结果小鼠还是死亡 ，并从死亡小鼠体内分离出了Ｓ型活细菌。重复数次实验，结果没有改变。 看似偶然的现象必然蕴藏着某种规律，让我们尝试从格里菲斯的角度分析以下问题： 1.在这个实验中，小鼠的直接死亡原因可能是什么？ 2.如何用实验判断小鼠的死亡原因？ 很好，同学们的想法与格里菲斯不谋而合。同学们分析以上四组实验现象，分别得出什么结论？ 在这个实验中，请推测小鼠体内活的S型菌怎么出现的并说明原因。 你认为R型菌转化为S型菌的过程是自发的还是由加热致死的S型菌诱发的？请说明原因？ （请学生回答问题） 综合以上分析，格里菲斯的实验结论是：加热杀死的S型菌含有某种物质，可促使R型菌转化为S型菌，这种物质成为“转化因子”。 5.研究“转化因子”对寻找遗传物质有什么意义？ （引导学生从遗传物质可以控制性状，并能遗传下一代的角度，分析转化因子的作用是促使R型菌形状发生改变，并可以遗传给下一代。从而得出找到“转化因子”就是找到遗传物质的答案。） 6.如何科学的设计实验找出“转化因子”？ 因为S型菌有多糖荚膜。 1.可能的死亡原因： ①R型活细菌导致小鼠死亡。 ②活的S型菌导致小鼠死亡。 ③加热杀死的S型菌导致小鼠死亡 2.用R型活细菌、S型活细菌、加热杀死的S型菌分别注射小鼠，观察现象。 活的R型无毒、活S型菌有毒、加热杀死的S型菌。小鼠的直接死亡原因是因为活S型菌。 3.可能原因： ①加热杀死的S型菌死而复生。 ②R型菌转化而来。 4.由加热致死的S型菌诱发的，如果是自发的，第1组小鼠体内应该出现活的S型菌。 5.（１）转化因子使Ｒ型细菌出现荚膜 ，发生性状的转变 ，说明转化因子可控制性状 ； （２）转化形成 的Ｓ型细菌后代依然是Ｓ型细菌 ，说明转化因子促使的性状改变是可遗传的 ； 因此，可以认为”转化因子“就是遗传物质。 了解实验材料 了解实验背景 让学生形成观察现象，提出问题、做出假设的科学思维。 让学生尝试提出验证假设的实验思路，学习科学研究方 法。 加深学生对遗传物质的作用的理解，并建立转化因子与遗传物质的联系。 艾弗里——肺炎链秋菌的体外转化实验过渡问题：如果你是艾弗里，想知道转化因子究竟是什么物质，你有什么思路吗 总结实验关键思路：设法将DNA与蛋白质等物质分开，单独地研究它们遗传功能。 1.展示课堂任务，先让学生尝试用“加”、“减”两种思路进行实验方案设计。 （寻找两组不同的设计方案，分析课堂任务） 实际实验中，艾弗里两种思路都进行了操作，展示艾弗里的实验方案与结果，所得的试验结果与课堂任务的预测是一致的。 2.进一步问题思考，得出实验结论 问题：“为什么S型菌的DNA能使Ｒ型菌发生转化 这种转化的实质是什么 ” 引导：转化后的R型肺炎链球菌具有了S型肺炎链球菌的DNA，其菌落特征及功能与S型肺链球菌一模一样，说明肺炎链球菌的形态特征及功能是由其所携带的DNA决定的。 实验结论：DNA是细菌的遗传物质。将 S 型菌各种组分提纯后，再分别去研究它们的作用 完成课堂任务实验设计，并汇报。 思考并回答问题 S型菌的基因整合到了Ｒ型菌的DNA中，并且表达出来。转化的实质是基因重组。 培养学生的科学思维，让学生切实体验科学研究方法。 赫尔希和蔡斯——噬菌体侵染大肠杆菌的实验过渡：自从艾弗里等人证明了导致肺炎链球菌转化的物质是DNA之后，科学界掀起了一场“井喷”式的核酸研究热潮。那么，是否还有其他实验证据来进一步证明DNA是遗传物质呢？时间来到10年后,美国科学家赫尔希和他的助手蔡斯完成另一个具有说服力的实验，再次证明了DNA是遗传物质 介绍噬菌体 噬菌体是一种病毒，结构简单，成分只有两种，蛋白质的外壳及内在的DNA。营寄生生活，寄主是大肠杆菌。（展示噬菌体和大肠杆菌的模型） 噬菌体通过吸附—注入—合成—组装—释放这四部进行增殖，产生下一代。 如果能够证明噬菌体传递给后代的只有DNA而没有蛋白质，就能够很好地证明DNA是遗传物质。 （开始设问） 1. 噬菌体侵染细菌这一微观过程如何才能观察到 （参考：分泌蛋白的合成与运输） 2. 如果有多种同位素( 如14 C、15 N、3 H、32 P、35S 等) ，选择哪种元素进行标记 为什么 3.如果同时用32 P 和35S 标记噬菌体的 DNA 和蛋白质外壳可以吗 为什么 4. 如何培养含放射性35S和32P的T2噬菌体？能否直接用含35S、32P的培养基来培养？ 综上分析，本实验第一步应该先分别培养大肠杆菌，再用已标记的大肠杆菌培养噬菌体，获得35S和32 P 标记的两组噬菌体。 5.如何将噬菌体外壳和大肠杆菌分开 梳理实验思路和步骤 分析实验现象 6.细菌内发现了放射性的32P，没有发现35S，说明了什么？ 实验结果发现，含有32P的子代噬菌体，没有发现含有35S的子代噬菌体，说明什么？ 基于以上的实验，赫尔希和蔡斯得出以下结论： 噬菌体侵染细菌时，DNA进入到细菌的细胞中，而蛋白质的外壳仍留在外面。 子代噬菌体的各种性状，是通过亲代的DNA传递的。DNA才是真正的遗传物质。 1.放射性同位素标记法 2.用35S标记蛋白质；用32P标记DNA，因为仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。 3.不可以，因为结果检测只是检测放射性的强弱，不能分辨不同元素的放射性。 4.不能。 因为T2噬菌体营寄生生活，无法独立生存。故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。 5.用已标记的噬菌体分别侵染未标记的大肠杆菌。 搅拌、离心 上清液：噬菌体外壳或个别子代噬菌体 沉淀物：大肠杆菌（内含子代噬菌体） 6.噬菌体的DNA进入了细菌，噬菌体的蛋白质没有进入细菌 7.噬菌体DNA通过细菌的生物大分子合成体系合成噬菌体的DNA和蛋白质，进一步组装新噬菌体。 认同DNA是遗传物质 帮助学生突破“同位素的选择”、“噬菌体的同位素标记方法”等实验步骤上的难点。 RNA是RNA病毒的遗传物质过渡：DNA是唯一的遗传物质吗？当然不是，研究证明，遗传物质除DNA，还有RNA。如以下病毒。那么,科学家是怎么证明RNA也是遗传物质的？ 1886年，科学家发现一种能够让烟草植物叶片出现病斑的病毒：烟草花叶病毒。经研究，烟草花叶病毒由蛋白质外壳和内部的RNA构成，是一种RNA病毒。这种病毒有不同的类型，且不同类型的病毒侵染烟草后产生的病斑也不同。 材料：1955年，美国生化学家康拉特分离出TMV的RNA和蛋白质，然后再混合这种 RNA和蛋内质溶液，得到了有活性的重组 TMV。 请同学们思考： 1.用化学方法分别获得纯化的TMV蛋白质和RNA，然后再把蛋白质和RNA放在一起，又会形成新的可以繁殖的TMV，说明了什么？ TMV和HRV感染植物后，植物叶片上会出现不同类型的病斑，说明了什么？ 材料：康拉特不同类型的烟草花叶病毒TMV和HRV的重组实验。 3.把TMV的蛋白质与HRV的RNA混合在一起侵染植物，植物叶片出现病斑，表现为HRV型，反之，把TMV的RNA与HRV的蛋白质混合在一起侵染植物，植物叶片出现病斑，表现为TMV型，这说明了什么？ 1.说明病毒有自己的遗传物质。 2.说明了不同病毒的遗传物质会决定所感染叶片产生不同病斑特征 3.在由RNA和蛋白质构成的病毒中，RNA是遗传信息的传递者。 培养学生分析实验，得出结论的能力，形成科学探究思维。课堂总结——构建概念模型形成归纳总结的科学思维。科学探索历程总结——情感价值观升华在遗传物质的探索历程中，格里菲斯等科学家用理性缜密的科学思维及不屈不挠的科学探究精神，为后人敲开了遗传信息的分子基础的大门，将科学研究推向更高的水平。让我们向科研路上的前辈们致敬！关注自然界遗传物质的特点，理解科学探索过程的曲折与漫长，感受科学家们理性的思维与不屈的精神。激发学生热爱科学的情感、热爱社会的责任感。

展开更多......

收起↑