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第四章 基因的表达
第1节 基因指导蛋白质的合成（第2课时）
一、教材分析
基于《普通高中生物学课程标准》，本节教材涉及大概念有“３.遗传信息控制生物性状，并代代相传”,重要概念“3.1亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”以及次位概念“3.1.4概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现”。根据大单元教学的安排，本节需要分两课时完成，本节完成第二部分“遗传信息的翻译”。教材第三章讲解了基因的本质、ＤＮＡ上储存的遗传信息、基因通常是有遗传效应的 ＤＮＡ片段等，但是基因到底是如何作用的，学生对此并不了解。按照学生的认知逻辑，第四章就从遗传信息传递和表达的角度探讨基因是如何控制生物的性状，使学生进一步形成“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的核心概念，从而更加深入地理解遗传的本质，认同生命是物质、能量和信息的统一体。
二、学习者分析
学生在初中已学习了 DNA 和基因的重要概念，但不清楚基因是如何起作用的。经过高中必修一的学习，学生初步了解了 DNA、蛋白质、染色体之间的联系，但基因、蛋白质、性状这三个概念没有建立整体认知，需要帮助学生整合已有的认识形成整体认知。学生具备了一定的阅读思考、对比分析、归纳与概括以及解决问题的能力，可以尝试设计简单的验证实验等，但是对比较抽象的学习内容仍然会有一定的疑惑，教师需要在学习过程中不断加以引导并适当设置任务驱动，在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，让学生成为学习活动的主体，课堂上以问题为导向，引导学生积极思考、步步深入。教学过程运用图文、视频资料，培养学生提取信息、分析信息并运用信息解决问题的能力，通过问题引导讨论、制作物理模型等活动使学生生物核心素养得以提升。
学习目标
生命观念：基于地球上几乎所有生物都共用一套遗传密码的事实，阐明生物界统一性，认同当今生物可能有共同起源，形成生物进化观。阐明中心法则的具体内容，认同生命是物质、能量、信息统一体的生命观念。
科学思维：通过理解遗传密码的破译过程，培养学生科学思维。运用数学思维探究出 mRNA 碱基数目与氨基酸数目之间的对应关系。
3、科学探究：通过构建物理模型模拟翻译过程和课堂上角色扮演活动理解遗传信息的翻译过程，通过小组合作的学习方式,提高合作学习能力和表达交流能力。
4、社会责任：关注生物科学技术在生产生活中的应用，能用生物学知识说明抗菌药物可用于治疗疾病的道理。
学习重点
1、遗传信息的翻译过程。
2、中心法则的具体内容。
学习难点
遗传信息的翻译过程
六、学习方法
启发教学法、小组合作法、讲授演示法、问答法、概念图法
六、教学方法
启发引导、多媒体展示、师生互动、合作探究、习题巩固。
教学用具
PPT课件、粉笔、黑板、翻页笔、自制模型等。
八、学习过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
【情境导入】 一、回顾本单元的大情景 共同阅读PPT上的图文资料“棉铃虫等害虫连年爆发导致棉花减产甚至绝收，使用农药防治害虫会造成环境污染、杀害有益生物、使害虫抗药性增强，通过基因工程技术将bt毒蛋白基因转入棉花植株中，就能使棉花表达bt毒蛋白，从而获得抗虫性，显著减少化学农药的使用。” 回顾大单元主体，学生找到科学资料和新课教材内容的联系，创造良好的课堂气氛切入口。
【遗传信息的翻译】↓【头脑风暴】↓【模型构建】↓【课堂小结】 提出本节中心问题：上节课我们了解到bt毒蛋白基因转录出了mRNA，通过核孔进入细胞质中，mRNA的碱基序列是如何翻译成bt毒蛋白的氨基酸序列的呢 教师指导学生阅读课本P68，当堂背诵翻译的概念。教师提问学生并板书：翻译的场所、原料、模板、产物教师提出学习任务1：探讨mRNA的碱基与氨基酸的对应关系mRNA是一段碱基序列，由AGCU四种碱基组成，碱基的排列顺序就蕴含着遗传信息，生物体内的氨基酸有21种，那mRNA上多少碱基才能编码一个氨基酸呢？有哪位同学尝试推测一下 指导学生阅读教材图4-5、表4-1及相关内容，分析归纳密码子的概念、特点。提出问题：一种氨基酸可能有几个密码子的现象称为密码子的简并性，密码子的简并性有何意义？地球上几乎所有的生物都共用一套遗传密码子称为密码子的通用性，密码子的通用性说明了什么？教师提出学习任务2：探索密码子的特性及密码子表的检索方法游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的“生产线”上的呢 指导学生利用身边的材料，自制物理模型，进行小组合作，模拟“翻译”过程，老师提出以下问题：①tRNA 如何准确转运氨基酸至指定位置 ②tRNA转运来的氨基酸在核糖体上发生了什么反应 PPT展示问题，指导学生自主阅读教材67页至68页，利用以下材料，小组制作模型，合作探究下列问题：①翻译的场所？②翻译模板、原料、能量、酶、工具？③翻译的遗传信息传递方向？④翻译的直接产物是？最终产物是？⑤多聚核糖体及其意义？学生讲解完毕后，老师再次补充总结教师提出学习任务3：认识tRNA及探究遗传信息翻译的过程翻译合成的肽链能直接承担相应的生物学功能吗？如何提高翻译的效率？PPT展示多聚核糖体：提问原核生物还能怎样提高翻译速率？教师提出学习任务4：了解中心法则的提出和修正过程从遗传信息的角度来看，基因指导蛋白质合成的过程，就是遗传信息从DNA流向RNA，进而流向蛋白质的过程。科学家克里克预见了遗传信息传递的一般规律，提出了中心法则。展示烟草花叶病毒和HIV的增殖过程通过本节课的学习，我们认识到生物体从亲代继承的是物质、能量还是信息？老师点评，并总结生命是物质、能量和信息的统一体。 明确本节中心问题全体起立背诵，同桌相互检查概念掌握情况。学生回答问题学生运用数学排列组合相关知识推测，分析得出至少3个碱基决定1个氨基酸，才能满足21种氨基酸的需要。做出推测后，记忆密码子的概念。分析、归纳得出密码子的简并及其意义。深刻理解一种氨基酸可由一种或多种密码子决定；当密码子中有一个碱基改变时，由于密码子的简并，可能并不会改变其对应的氨基酸，增强了密码子的容错性。认同当今生物可能有共同的起源学生听讲，据图了解tRNA的结构，掌握反密码子与密码子的关系，明确氨基酸与tRNA的结合部位。学生阅读课本67-68页，利用以下材料进行物理模型的构建，模拟“翻译”动态过程，组内讲解后，到讲台演示。学生归纳总结、相互补充。学生通过回顾原核生物的结构，认识到原核基因表达还有“边转录边翻译”的特点。学生完善中心法则，理解中心法则是不断修正的。学生自己绘制，并邀请部分小组板书以下生物的遗传信息传递方向①细胞生物和DNA病毒：②普通RNA病毒：③逆转录病毒：④高度分化的细胞：学生畅所欲言，谈谈自己的理解 任务驱动引导学生对概念进行归纳总结，利用学习小组检查知识点记忆。培养学生获取信息的能力和利用数学知识科学解释的能力。为下一章学习基因突变及其影响埋下伏笔帮助学生建立生物进化观。对易混淆的“密码子”与“反密码子”所在的位置，各自的作用进行辨别。利用自制的物理模型小组合作，将抽象而微观的生命过程具体化、形象化、直观化，加深学生对“翻译”过程的理解，并在思维的碰撞和合作交流中锻炼表达能力。引导学生形成“结构影响功能”的生物学思想。帮助学生深刻理解生命的本质使学生认同科学是不断发展的，人类对世界的认识是逐渐深化的。
【限时训练】
【板书设计】 基因信息的翻译 三、中心法则 概念 ①细胞生物和DNA病毒：实质密码子 ②普通RNA病毒：tRNA过程 ③逆转录病毒：产物多聚核糖体 ④高度分化的细胞：
【课下作业】
评价任务设计：
通过学生是否能准确描述翻译的场所、原料、产物，评价学生对于翻译概念的理解。
2.通过学生对翻译模型的制作及对对参与翻译过程中各关键物质变化的表述，评估学生对于翻译过程的理解。
4.通过观察学生对于常见抗生素的作用机理，讨论各自在治疗疾病中的重要性，评估学生对于中心法则在生活中的应用能力。
作业设计：1.归纳总结DNA复制、转录、翻译的异同
2.课下完成分层作业，基础练为必做部分，能力练为选做部分。
教学创新：
本节中翻译的过程复杂、抽象，且涉及密码子、反密码子等易混淆的新概念需要辨析，本节课制作的教具简单有效，学生非常感兴趣，学生自己动手完整演示了翻译的动态过程并相互交流，使抽象的翻译过程变得看得见、摸得着、可操纵。核糖体的教具用两层纸制作，用刀片在核糖体纸片上划开两个切口，mRNA做成纸条，从右侧切口处背面伸入、从左侧切口伸出，这样核糖体可以在mRNA上滑动。位点1和位点2的宽度正好允许3个碱基也就是1个密码子的。tRNA连接的圆形纸片作为氨基酸，tRNA标注上反密码子，但不标注氨基酸名称，让学生根据密码子自己标注上氨基酸，存在马虎的学生根据反密码子检索密码子表，最后填上了错误的氨基酸，经后来提醒后学生恍然大悟，学生进一步认识到了密码子和反密码子的区别。在核糖体中可将氨基酸减下来，再用胶水粘贴，模拟氨基酸的脱水缩合。
教学反思：
本节课采用大单元教学，以Bt基因的表达为主线，在学习了转录的基础上，继续学习翻译过程，突破了传统上学习中存在“只见树木不见森林”的现象，各种生物知识点之间的内在联系也得到更加显著的强化，使学生在学习过程中逐步理解知识、内化知识并培养生命观念，发展科学思维，开展科学探究，承担社会责任，有助于学生接受持续学习、终生学习的理念。在制作演示翻译道具过程中，小组成员们查查阅资料，拓展了自己的视野，并能把教材上抽象的知识形象直观化。学生在上课过程中，还能大胆提出疑问，比如有学生问道：“既然起始密码子AUG 决定甲硫氨酸，难道所有蛋白质的第一个氨基酸难道都是甲硫氨酸？”大胆质疑能磨练学生的思维能力，提出一个问题比解决一个问题还要重要，其他学生也能尝试给出解释，比如有学生回答“翻译生成的多肽链往往需进行加工修饰，甲硫氨酸在此过程中往往会被剪切掉。”这说明该同学能联想到必修1 中蛋白质加工的相关知识，这说明这位学生善于总结，能将前后知识融会贯通，提问、解答的两位同学都为全班树立了敢想则言，勇于表达的榜样。
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