资源简介

高中生物学必修1《分子与细胞》 第二章 组成细胞的分子 第5节
2.5 核酸是遗传信息的携带者
一、教材分析
本节是第2章“组成细胞的分子”的最后一节，在糖类、脂质、蛋白质之后学习第四类有机物——核酸。教材沿“种类—功能—结构”的顺序展开：先说明核酸分为DNA和RNA两类，指出核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用；再讲基本单位核苷酸的组成，区分四种脱氧核苷酸与四种核糖核苷酸；最后说明核苷酸连接成核苷酸链，DNA中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。
从课程结构看，本节完成了第2章“有机物四大家族”的收束：糖类是能源、脂质储能与构成膜、蛋白质是功能的主要承担者、核酸是遗传信息的携带者——四类物质各有分工，共同支撑细胞的生命活动。本节与必修2“遗传的分子基础”直接衔接：核苷酸的组成、DNA双链与排列顺序，是学习DNA复制、转录、翻译和基因表达的前提；“核苷酸—核苷酸链—DNA”的结构层次，也与上一节“氨基酸—肽链—蛋白质”形成对照，可用来强化“单体聚合成多聚体”的一般思路。
从育人价值看，核酸的知识与现实生活紧密相连：亲子鉴定为什么可靠、核酸检测为什么能查出病原体、转基因技术为什么能跨物种转移性状、刑侦中为什么一根头发就能确定身份。这些素材既能激发兴趣，也能帮助学生理解“遗传信息决定了生命的基本面貌”，形成科学的生命观。
二、学情分析
（一）已有基础
学生在初中已学过染色体、DNA和基因的初步知识，知道DNA是主要的遗传物质；在新闻中频繁接触核酸检测、亲子鉴定、转基因等概念；在第2章前四节已掌握糖类、脂质、蛋白质的元素组成与结构层次，熟悉“单体—多聚体”的分析思路，并在2.4节刚学过氨基酸通过脱水缩合连成肽链。
（二）认知特点与可能困难
高一学生对“DNA”这个词耳熟能详，但对其化学本质几乎一无所知，容易停留在“DNA就是遗传物质”这一句话上。学习中可能出现五类困难：一是分不清核苷酸与核酸的关系，把核苷酸说成“一种核酸”；二是记不住两种五碳糖与四种碱基的对应，尤其混淆DNA中的T与RNA中的U；三是把“DNA主要分布在细胞核、RNA主要分布在细胞质”理解为“细胞核里没有RNA、细胞质里没有DNA”；四是不理解“遗传信息就是脱氧核苷酸的排列顺序”，只会背“DNA是遗传物质”；五是把“一切生物的遗传物质都是DNA”当成普遍结论，忽略RNA病毒。
（三）教学对策
用“亲子鉴定、核酸检测”两个真实情境开篇，把“遗传信息”从抽象名词变成可操作的技术；用“三件套”拼装模型（磷酸、五碳糖、碱基）让学生亲手组装核苷酸，在拼装中分清两种五碳糖与五种碱基；用一张DNA与RNA的对比表把分布、五碳糖、碱基、结构并列呈现，避免零散记忆；用“4种核苷酸能写出多少种排列”这一问题，让“排列顺序＝遗传信息”变成可计算的结论；最后用“哪些生物的遗传物质是RNA”纠正绝对化表述。
三、教学目标（指向学科核心素养）
1. 生命观念：能说出核酸的种类、分布和功能，说明核苷酸的组成与核酸的结构，认同核酸是遗传信息的携带者、结构决定功能。
2. 科学思维：能比较DNA与RNA在五碳糖、碱基、结构和分布上的异同，能由核苷酸的排列推算遗传信息的多样性，能归纳不同生物遗传物质的种类。
3. 科学探究：能通过模型拼装说明核苷酸的组成与核苷酸链的连接方式，能对“亲子鉴定为什么可靠”“核酸检测检测的是什么”作出有依据的解释。
4. 社会责任：能运用核酸知识解释亲子鉴定、核酸检测、转基因等现象，关注基因检测带来的伦理问题，形成尊重科学、审慎应用的态度。
四、教学重点与难点
教学重点：核酸的种类与功能；核苷酸的组成及两种核苷酸的区别；DNA与RNA的比较。
教学难点：核苷酸、核苷酸链与核酸三者关系的建立；碱基与五碳糖的对应记忆；“遗传信息即脱氧核苷酸的排列顺序”的理解；不同生物遗传物质的判断。
五、教学方法与教学准备
教学方法：情境教学法、模型拼装法、比较归纳法、问题驱动法（问题串）。
学习方法：动手拼装、读表比较、推理计算、举例辨析。
教学准备：核苷酸拼装模型（磷酸、脱氧核糖、核糖、五种碱基A、T、G、C、U各若干，可磁吸拼接）；DNA双螺旋与RNA单链结构示意图；DNA与RNA对比空白表学习单；亲子鉴定报告、核酸检测报告（去标识化）图片；当堂检测题（4题）。
六、教学过程（45分钟）
环节一 情境导入：两份报告（4分钟）
教师活动 【1. 出示报告，2分钟】投影两份材料：一份去标识化的亲子鉴定报告（结论：支持生物学亲子关系），一份核酸检测报告（结论：检出某病原体核酸）。 提问：①亲子鉴定只需一点血液或口腔上皮细胞，凭什么能确定“是不是亲生的”？ ②核酸检测查的到底是什么物质？为什么查它就能知道有没有感染？ 【2. 点题，2分钟】指出：两份报告查的都是同一种物质——核酸。核酸是细胞内携带遗传信息的物质，每个人的核酸“序列”不同，每种病原体的核酸序列也各不相同。 过渡语：“上节课我们认识了蛋白质，这节课看最后一类有机物——核酸。它凭什么能装下整个生命的‘说明书’？”板书课题。
学生活动 观察两份报告，尝试回答：亲子鉴定是比对DNA；核酸检测是查病毒的遗传物质。 产生疑问：DNA和核酸是什么关系？为什么每个人的DNA不一样？ 带着“核酸凭什么能携带遗传信息”的问题进入新课。
设计意图 用两份真实的检测报告开篇，把抽象的“遗传信息”落到学生听说过的技术上，学习动机强； 两个问题分别指向“个体差异”与“物种差异”，为后面讲“排列顺序决定遗传信息”埋下伏笔； 由“蛋白质之后还有一类有机物”自然承接上一节。
环节二 核酸的种类与功能（8分钟）
教师活动 【1. 种类与分布，4分钟】板书：核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。 讲解分布：真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有少量DNA；RNA主要分布在细胞质中。原核细胞没有成形的细胞核，DNA主要分布在拟核中。 追问：①“DNA主要分布在细胞核”是否意味着细胞质中没有DNA？②细胞核中有没有RNA？ 点拨：“主要”二字说明并非全部；细胞核中也有RNA（转录产物），细胞质中也有少量DNA（线粒体、叶绿体）。 【2. 功能，4分钟】讲解功能并板书：核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。 用一句话概括：DNA像“总图纸”，RNA像“施工员手中的分图纸”，蛋白质则是按图纸造出来的“产品”。 追问：为什么说“核酸控制蛋白质的合成”而不是相反？（提示：遗传信息由核酸流向蛋白质。）
学生活动 记录核酸的两类及其分布，理解“主要”二字的含义。 回答：细胞质中也有少量DNA（线粒体、叶绿体）；细胞核中有RNA。 理解“总图纸—分图纸—产品”的比喻，说出核酸与蛋白质的关系：核酸储存信息，蛋白质执行功能。 形成认识：核酸是“指挥者”，蛋白质是“执行者”。
设计意图 “主要”二字是本节高频失分点，用两个追问把它讲透，而不是留给学生自己体会； “总图纸—分图纸—产品”的比喻，把核酸检测、亲子鉴定与中心法则的雏形串在一起，为必修2作铺垫； 明确“核酸指挥、蛋白质执行”的分工，与上一节“蛋白质是主要承担者”形成互补。
环节三 核苷酸：核酸的基本单位（12分钟）
教师活动 【1. 三件套，4分钟】出示拼装模型，讲解：核苷酸由一分子磷酸、一分子五碳糖和一分子含氮碱基组成。 强调：五碳糖有两种——脱氧核糖和核糖；正是这个差别，把核苷酸分成两大类。 【2. 两种核苷酸，5分钟】板书对比： 脱氧核糖核苷酸（4种）：五碳糖为脱氧核糖，碱基为A、T、G、C； 核糖核苷酸（4种）：五碳糖为核糖，碱基为A、U、G、C。 强调三点：①共8种核苷酸；②DNA中有T无U，RNA中有U无T；③两种核苷酸都含A、G、C，区别在五碳糖和第四种碱基。 【3. 动手拼装，3分钟】发放模型，要求每组拼出1个脱氧核糖核苷酸和1个核糖核苷酸，并说明两者差别在哪里。 巡视，纠正把碱基直接连到磷酸上的错误连接方式。
学生活动 观察模型，说出核苷酸的三个组成部分。 记录两种核苷酸的名称、五碳糖和碱基，重点标记“T与U”的差别。 动手拼装：先接磷酸与五碳糖，再把碱基连到五碳糖上；两组对比，说出“五碳糖不同、碱基T与U不同”。 数一数全班拼出的核苷酸共几种，确认“4＋4＝8”。
设计意图 用“三件套”把核苷酸的组成讲成一个可拼装的结构，比看图记忆牢固； 动手拼装时“碱基连在五碳糖上”这一细节，只有亲手做过才不会连错； 把“8种”从数字变成全班共同数出来的结果，学生更有获得感。
环节四 核苷酸链与遗传信息（12分钟）
教师活动 【1. 连接成链，4分钟】用模型演示：一个核苷酸的磷酸与另一个核苷酸的五碳糖相连，如此反复，形成核苷酸链。 板书结构层次：核苷酸 → 核苷酸链 → 核酸。 说明：DNA通常由两条链盘旋成双螺旋；RNA通常是一条单链。 【2. 遗传信息，5分钟】提问：只靠4种脱氧核苷酸，怎么能区分地球上几千万种生物、几十亿个不同的人？ 引导得出：遗传信息就藏在脱氧核苷酸的排列顺序中。 板书并举例：若一段DNA有n个脱氧核苷酸，排列方式最多有4 种；n越大，可能的组合越多。 追问：①一个人的DNA与另一个人完全相同吗？②为什么同卵双胞胎的DNA几乎相同，但仍有差异？ 【3. 结构多样性，3分钟】归纳：DNA的多样性与特异性都由脱氧核苷酸的排列顺序决定；这与上一节“氨基酸的排列顺序决定蛋白质的种类”是同一个道理。 提问：DNA双螺旋结构与RNA单链结构，对它们的功能有什么影响？（提示：双链稳定，适合长期储存信息；单链可折叠，适合执行功能。）
学生活动 观察演示，说出核苷酸链是怎么连起来的：前一个的磷酸接后一个的五碳糖。 记录结构层次，理解“单体—多聚体”的一般思路。 思考并回答：靠排列顺序不同；4种核苷酸在长链上的排列可以千变万化。 计算：n＝10时有多少种排列？（4 ≈100万种）体会“信息量”之大。 回答：双链稳定适合储存，单链灵活适合执行功能。
设计意图 “4种核苷酸如何区分亿万生物”这一问制造认知冲突，把“排列顺序＝遗传信息”变成非答不可的问题； 用4 ≈100万的具体计算，让“信息量”可感知； 把DNA与蛋白质的多样性并置，强化“单体排列决定多聚体种类”这一跨节通用的思路； 双链与单链的功能差异，为必修2的结构与功能关系作铺垫。
环节五 不同生物的遗传物质（5分钟）
教师活动 【1. 分类判断，3分钟】出示表格，请学生填写各类生物的遗传物质： ①真核生物（人、水稻、酵母菌）——DNA； ②原核生物（大肠杆菌、蓝细菌）——DNA； ③DNA病毒（噬菌体）——DNA； ④RNA病毒（新冠病毒、流感病毒、HIV）——RNA。 引导归纳：细胞生物（真核、原核）的遗传物质都是DNA；病毒只含一种核酸，DNA病毒的遗传物质是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA。 因此，一切生物的遗传物质是核酸，而细胞生物的遗传物质是DNA。 【2. 纠错，2分钟】追问：“一切生物的遗传物质都是DNA”这句话对吗？为什么？ 点拨：不对，RNA病毒的遗传物质是RNA；但“一切细胞生物的遗传物质都是DNA”是正确的。 补充：DNA是“主要的遗传物质”，是因为绝大多数生物以DNA为遗传物质。
学生活动 填表判断四类生物的遗传物质，并与同桌互查。 归纳出“细胞生物都是DNA，病毒看类型”。 回答：这句话不对，RNA病毒是反例；但细胞生物都以DNA为遗传物质。 理解“主要”二字的依据是生物种类所占的比例。
设计意图 用填表把“不同生物遗传物质”的判断变成可操作的分类，而不是背一句结论； 专门设置“一切生物都是DNA”这一错误表述，让学生在纠错中掌握边界； “主要”二字的解释回到事实依据，避免机械记忆。
环节六 课堂小结与当堂检测（4分钟）
教师活动 【1. 小结，2分钟】请学生用一条线串起本节：种类（DNA／RNA）→ 功能（携带遗传信息）→ 基本单位（核苷酸，8种）→ 结构（核苷酸链，DNA双链、RNA单链）→ 遗传信息（排列顺序）。 强调三句话：核酸的基本单位是核苷酸，共8种；DNA中有T无U，RNA中有U无T；细胞生物的遗传物质是DNA，RNA病毒的遗传物质是RNA。 【2. 检测，2分钟】出示4道题，举手统计，针对集中错误点评： 第1题：组成核酸的核苷酸共有（　）种。A. 4　B. 5　C. 8　D. 20 第2题：下列关于DNA与RNA的叙述，正确的是（　）。 第3题：某病毒只含一种核酸，能否据此判断它的遗传物质？（说明理由） 第4题：亲子鉴定为什么可以通过比对DNA来确定亲子关系？
学生活动 补全知识链，复述三句话。 作答并说明理由：“能。只含DNA的病毒遗传物质是DNA，只含RNA的病毒遗传物质是RNA。”“因为子代的DNA一半来自父亲、一半来自母亲，脱氧核苷酸的排列顺序具有特异性，比对即可判断亲子关系。”
设计意图 用一条线把种类、功能、单位、结构、信息串成整体，形成本节的完整图景； 检测题覆盖数量、比较、判断、应用四个层面，重点检验“8种核苷酸”“T与U”“RNA病毒”三个易错点； 第4题回扣导入的亲子鉴定，让课堂首尾呼应。
七、板书设计
2.5 核酸是遗传信息的携带者
一、种类：脱氧核糖核酸（DNA）｜核糖核酸（RNA）
　　分布：DNA主要在细胞核（线粒体、叶绿体少量）｜RNA主要在细胞质
二、功能：携带遗传信息——控制蛋白质合成，决定遗传与变异
三、基本单位：核苷酸＝磷酸＋五碳糖＋含氮碱基（共8种）
　　脱氧核糖核苷酸4种：脱氧核糖＋A、T、G、C
　　核糖核苷酸4种：核糖＋A、U、G、C
四、结构：核苷酸→核苷酸链→核酸　DNA双螺旋｜RNA单链
　　遗传信息＝脱氧核苷酸的排列顺序（n个→4 种）
五、遗传物质：细胞生物、DNA病毒→DNA；RNA病毒→RNA
八、教学反思
这节课的“信息量”是全章最大的一节，概念密集（两类核酸、两种五碳糖、五种碱基、八种核苷酸、双链与单链），但学生的兴趣也是最高的——两份报告一放出来，就有人问“老师，唾液真的能查出是不是亲生的吗”，这个开头把“遗传信息”从课本上的名词变成了他们想弄明白的事。拼装模型的效果超出预期：我原以为他们两会拼错，结果大部分组都能把碱基接到五碳糖上，只有两个组把碱基直接连到了磷酸上，当场纠正之后，全班对“三件套”的结构记得很牢；让他们自己数“全班一共拼出几种核苷酸”，数出“8”的那一刻，比我直接说“共8种”有用得多。不足集中在两处：一是“主要分布在细胞核”中的“主要”二字，我只用一句话带过，作业里有学生写“细胞质中没有DNA”，说明这个点没有真正落地；二是“遗传信息就是脱氧核苷酸的排列顺序”，我讲了4 ，也算了4 ，但学生只是觉得“数字很大”，并没有把它和“为什么每个人不一样”真正连起来，课末亲子鉴定那道题，有人答成“因为DNA是双螺旋”。此外，时间分配上前松后紧，环节五“不同生物的遗传物质”只剩3分钟，RNA病毒这一关键例外讲得很仓促。如果重上这节课，我会做三处调整：一是把“主要”二字做成一道判断题（“细胞质中没有DNA”），当堂辨析；二是把4 改成“给出一段10个核苷酸的序列，让两组学生随机排列，看是否相同”，用活动代替计算；三是把“不同生物的遗传物质”提前到环节二，与“种类”一起讲，把后面的时间留给遗传信息。
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