資源簡介

“基因通常是有遺傳效應的DNA片段”教學設計
一、教材分析
“基因通常是有遺傳效應的DNA片段”是人教版高中生物必修2《遺傳與進化》第3章第4節的內容。本節內容起著承上啟下的作用，它既是對本章內容“基因的本質”的概況和總結，也是下一章“基因的表達”的基礎和鋪墊。《普通高中生物學課程標準（2020年修訂版）》對應的內容要求是：
大概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳
重要概念3.1：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上。
次位概念3.1.1：概述多數生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。
次位概念3.1.2：概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。
二、學情分析
在本節之前學生學習了DNA是主要的遺傳物質的科學史，DNA的結構，DNA的復制的內容，認識了一些與遺傳相關的名詞，如遺傳因子、遺傳物質、染色體、核酸、DNA、基因、核苷酸等。雖然他們對轉基因生物、DNA親子鑒定、基因檢測等熱點詞匯并不陌生，但是，基因到底是什么？如何理解基因和DNA的關系，DNA是如何儲存遺傳信息的？對這些問題尚不清楚。
三、教學策略
本節內容相對抽象和微觀，學生難以獲得直觀的感受，且容易混淆概念之間的關系。針對以上學情，本節課擬采用“抽象概念具體化”、“微觀物質可視化”、“課堂資源情景化”的策略，如通過NCBI網站檢索人類的染色體信息、人的生長激素基因等。
四、教學目標
1結合實例，闡明基因和DNA的關系，舉例說明基因通常是有遺傳效應的DNA片段（生命觀念、科學思維）。
2運用數學方法，闡明DNA能夠儲存足夠量的遺傳信息（生命觀念、科學思維）。
3通過了解DNA指紋技術，解釋DNA多樣性和特異性在現實生活中的應用（生命觀念、社會責任）。
4 理解生命的物質性和信息性，認同遺傳物質的結構與功能相適應、多樣性與特異性相統一的觀點。（生命觀念、社會責任）。
五、教學重難點
1教學重點
基因通常是有遺傳效應的DNA片段；
DNA的多樣性和特異性；
2教學難點
脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關系
教學過程
學習階段 教師活動 學生活動 設計意圖
導入 在本節課的開始，我們一起回顧一下我們已經學過的有關基因的知識。 1.在第一章，孟德爾根據豌豆雜交實驗結果，提出了“遺傳因子”的概念，這是基因最早的名字，他認為生物的性狀是由遺傳因子決定的。 2.1909年，丹麥生物學家約翰遜提出“基因”這個名詞，用來代替孟德爾提出的“遺傳因子”。 3.在第二章，摩爾根等人利用果蠅作為實驗材料，首次將白眼基因定位在染色體上，這就確定了基因的物質基礎。 4.第三章，我們學過染色體是由DNA和蛋白質組成。 5.1944年，艾弗里等人；1952年，赫爾希、蔡斯等人證明DNA是遺傳物質。 許多科學家用實驗證明了只有染色體種的DNA是遺傳物質。 6.1953年：沃森、克里克提出了DNA雙螺旋結構模型。 這里有基因與染色體的關系，也有DNA與染色體的關系。我們來一起看一看。 展示染色體圖片，引導學生回答DNA與染色體的關系。 展示果蠅某一條染色體上的幾個基因，引導學生回答基因與染色體的關系。 但是同學們有沒有想過基因和染色體的關系呢？這是我們要學習的第一個問題。 在教師的引導下，回顧和整理與基因相關的重要科學史及相應的結論。 回答DNA和染色的關系：DNA是染色體的組成成分,染色體是DNA的主要載體，一條染色體上含有1或2個DNA。 回答基因與染色體的關系：基因在染色體上，呈線性排列；一條染色體上有多個基因。 帶著“基因與DNA之間是什么關系呢？”的問題進入新課。 導入新課，明確學習目標，從學生了解的重要實驗出發，梳理前面已學章節的知識，為本節內容的展開做鋪墊。
用實例說明基因與DNA的關系 帶著這個問題，同學們請先閱讀課本57頁問題探討。 1.展示我國科學家培育的轉基因鯉魚的圖片，科學家將外源生長激素基因導入到鯉魚的受精卵中，與對照相比，轉基因鯉魚的生長速率明顯加快。 引導同學們思考： 1.為什么轉基因鯉魚的生長速率更快？ 2.導入的外源生長激素基因是一個DNA分子，還是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列？ 導入的這一段脫氧核苷酸序列其實就是基因。那么，基因與DNA究竟有什么關系呢？帶著這個問題，同學們結合ppt上的這四個問題，閱讀教材第57-58頁的資料一、二、三。 2.資料一顯示，大腸桿菌的擬核有1個DNA分子，長度約為4.7×106個堿基對，在這個DNA分子上分布了4.4×103個基因，每個基因的平均長度約為1×103個堿基對。提出問題： （1）DNA分子數目等于基因數目嗎？ （2）所有基因的堿基總數等于DNA分子的堿基總數嗎？ 說明了什么問題？ 多細胞生物如人類是否也符合上述數量關系，也能得出相同的結論嗎？ 3.帶領學生一起分析資料三。資料顯示人類基因組計劃測定的是24條染色體（22條常染色體+X+Y）上DNA的堿基序列。每條染色體上有一個DNA分子。這24個DNA分子大約有31.6億個堿基對，其中，構成基因的堿基數占堿基總數的比例不超過2%。提出問題：為什么人類基因組計劃是測24條染色體？ 闡明人類的性染色體是異形同源染色體，形態大小都有所不同，攜帶的基因也有差別。 介紹：研究表明基因片段與非基因片段的排列方式是不連續的。 展示合作探究二：（1）對果蠅（2n=8）進行“基因組測序”需要測定幾條染色體？ （2）對豌豆（2n=14）進行“基因組測序”需要測定幾條染色體？ 4.資料二顯示，生長在太平洋西北部的一種水母能發出綠色熒光。水母的DNA上有一段綠色熒光蛋白基因的片段，長度為5.17×103個堿基對。將綠色熒光蛋白基因轉入小鼠體內，小鼠發熒光，使小鼠有了發熒光的性狀。這則材料說明了什么？ 5.帶領學生歸納總結資料1和3與資料2得出的結論。進而得出基因的概念：通常基因是有遺傳效應的DNA片段。然后提出問題那么為什么說是“通常”呢 6.補充有些病毒的遺傳物質是RNA，如艾滋病病毒、流感病毒、煙草花葉病毒等。對這類病毒而言，基因就是有遺傳效應的RNA片段。所以對基因的定義進行進一步的完善，表述為：基因通常是有遺傳效應的DNA片段。 基因作為DNA片段，遺傳信息儲存在哪里呢？DNA只含有4種脫氧核苷酸（4種堿基），其實核苷酸的排列順序中就蘊藏著遺傳信息。為什么DNA能夠儲存大量的遺傳信息？ 7.演示利用NCBI網站檢索人類的染色體信息、人的生長激素基因的操作。 觀察圖片，尋找轉基因鯉魚和對照鯉魚的區別，思考導致這一區別的原因。 回答討論中的兩個問題。 1.因為外源生長激素基因整合到轉基因鯉魚的DNA上，并發揮了促進生長激素合成的功能，而生長激素可使鯉魚的生長速率加快。 2.導入的是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列。 閱讀教材，分析資料一，回答提出的3個問題。 （1）不等于，大腸桿菌的DNA分子數目遠少于基因數目。 （2）所有基因的堿基總數為4.4×106個堿基對，少于DNA分子的堿基總數4.7×106個堿基對。 （3）推論：DNA上分布著許多個基因，基因是DNA片段。 閱讀教材，分析資料三，根據資料三提供的信息，也能得到相同的結論，進一步說明了DNA上分布著許多個基因，基因是DNA片段。 回答問題：因為人類有22對常染色體和一對性染色體，常染色體只需要測每對中的一條，性染色體兩條都要測。 回答： （1）5條，三條常染色體和一對性染色體。 （2）14條。 回答：基因具有遺傳效應；基因是特定的DNA片段。基因是遺傳結構和功能的單位，可以剪切，可以拼接。 回答：（1）資料1和3：基因是一段DNA，基因不是連續分布在DNA上的。（2）資料2：基因具有遺傳效應,基因能控制生物性狀。 對基因的概念進行進一步的完善。 直觀的感受蘊藏在“天書”中的信息，體驗“后基因組時代”的數據信息。 通過轉基因鯉魚的實例，激發學生的興趣，引導學生思考基因與DNA的關系。 通過豐富的資料，引導學生進行邏輯推理，逐步理解基因與DNA的關系，得出基因是DNA片段。 理解基因與DNA的關系，對基因的本質形成初步的認識。 激發學生的學習興趣。
理解DNA如何儲存大量的遺傳信息 1、展示DNA的結構模式圖，提出問題：DNA只有4中脫氧核苷酸，為什么能夠儲存大量的遺傳信息呢？ 引導學生關注堿基的排列順序對基因種類數的影響，用數學方法進行推演。 堿基對數目 基因種類 1個堿基對 41 2個堿基對 42 3個堿基對 43 …… n個堿基對 4n 對DNA如何儲存大量的遺傳信息這一問題進行小結。 2.DNA分子特異性的介紹：資料1的推算是建立在所有堿基對的隨機排列都能構成基因這一假設上的。事實上，大部分隨機排列的脫氧核苷酸序列從來不曾出現在生物體內，而有些序列卻會在生物體內重復多次。 設問：基因是堿基對隨機排列得DNA片段嗎？ 闡明：每個基因都是特定的DNA片段；具有特定的堿基排列順序；具有特定的遺傳效應。這就是DNA分子的特異性。 3.介紹教材第52頁在刑偵、親子鑒定領域，DNA能像指紋一樣用來鑒定個人身份。結合脫氧核苷酸序列的多樣性和特異性，你能分析這一方法的科學依據嗎？ 4.展示DNA指紋技術運用于刑偵中的實例。 學生分析DNA的結構，DNA的基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成，從頭至尾沒有變化。但是骨架內側的4種堿基的排列順序是可變的。 數學方法計算，并得出結論：遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中；堿基排列順序的千變萬化構成了DNA分子的多樣性。 學生推理得出DNA分子具有特異性，堿基特定的排列順序構成了DNA分子的特異性。 學生回答堿基特定的排列順序構成了DNA分子的特異性。 觀察DNA指紋圖，提出自己的觀點。 思考并回答：1號為罪犯。 采用不同的視角和思維模式來分析和解決問題。激發思維、培養探究能力。 闡明DNA的多樣性和特異性。認同遺傳物質的結構與功能相適應、多樣性與特異性相統一的觀點。 結合得到廣泛應用的DNA指紋技術，調動學生的學習熱情。
課堂總結 帶來學生回顧本堂課學習的內容：（1）遺傳信息的概念：遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中。 （2）基因的概念：通常基因是有遺傳效應的DNA片段。 （3）DNA分子的特性：堿基排列順序千變萬化——DNA的多樣性；堿基特定的排列順序——DNA的特異性。DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質基礎。 引導學生歸納說明染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系，包括數量關系。 與老師一起歸納總結本節課學習的知識。 歸納出：染色體是DNA的主要載體；基因通常是有遺傳效應的DNA片；基因中的脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息。 總結、提升，對基因的本質形成完整的認識。 通過填補概念圖理解各個概念之間的關系，進一步加深對基因本質的理解。
鞏固練習 1.設置題目： （1）整理總結出染色體、DNA和基因三者之間的關系，并以你認為最簡明的形式表示出來的題目。 （2）科學研究發現，未經人工轉基因操作的番薯都含有農桿菌的部分基因，而這些基因的遺傳效應促使番薯根部發生膨大產生了可食用的部分，因此番薯被人類選育并種植。下列相關敘述錯誤的是（） A.農桿菌這些特定的基因可以在番薯細胞內復制 B.農桿菌和番薯的基因都是4種堿基對的隨機排列 C.農桿菌和番薯的基因都是有遺傳效應的DNA片段 D.農桿菌這些特定的基因可能在自然條件下轉入了番薯細胞 2.布置學生完成本章節題目。 在草稿本上繪制染色體、DNA和基因三者之間的關系圖。一位學生上黑板畫出。 完成練習題 完成章節末練習題 檢測學生學習情況，訓練邏輯思維及表達能力。
七、板書設計
第四節 基因通常是有遺傳效應的DNA片段
一個DNA上有多個基因；基因是DNA的片段，DNA中存在非基因片段。
基因不是連續分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開的。
基因具有遺傳效應；基因能控制生物的性狀。
基因的概念：基因通常是有遺傳效應的NDA片段。
遺傳信息：DNA分子中堿基（或堿基對、脫氧核苷酸）的排列順序。
DNA分子的特性：多樣性、特異性

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