資源簡介

基因突變和基因重組
課題名稱 基因突變和基因重組 科目 生物
教學對象 高二學生 教材版本 2017人教版 課時 1
一、教材內容分析
“基因突變和基因重組”來自人教版高中生物學教材必修2《遺傳與進化》第5章第 1節“基因突變和基因重組”。本節內容主要介紹了基因突變的概念、特點、意義以及基因重組的概念與應用。第5章以本節課作起點，從生物變異入手，從基因和染色體變化的角度來認識生物變異的原因，是第 4 章“基因的表達”中基因通過控制蛋白質的合成來控制生物體性狀的拓展和延伸。
二、學習者特征分析
在此之前，學生對基因的本質及基因是如何起作用等問題已經有了基本的認識，學生在初中生物課中也學習過有關生物的變異現象，對于基因重組的實質，即基因的自由組合定律，已在“孟德爾的豌豆雜交實驗減數分裂”中有過學習，所以并不陌生，但對于可遺傳變異的本質，需要進一步的學習。學生對從本質到表象的理解能力還不夠，對基因突變的意義理解可能比較差。在日常生活中，運用基因突變與基因重組所培養出的水果、農產品也很常見，但學生很難了解到這些產品產生的原理與技術是基因突變與基因重組。
教學目標
1.生命觀念 通過理解基因突變與生物多樣性的關系，建立學生的科學世界觀。 2.科學思維 1）通過前后知識的聯系、概念圖，拓展學生思維的廣闊性，構建知識的系統性；2）概述基因突變的實質是基因結構的改變，基因突變能夠產生新的性狀，從而為自然選擇提供原材料；3）通過闡明基因突變的類型、特點以及產生原因，理解基因突變可以自發產生。 3.科學探究 通過對鐮刀型紅細胞資料的探究和討論，掌握從現象到本質的探究的基本思路。 4.社會責任 1）通過學習基因突變產生的原因，培養學生養成良好生活習慣的意識；2）通過學習基因突變與基因重組在育種中的成果，增強學生社會責任感。
四、教學重難點
重點：1）基因突變的特點及原因；2）基因突變與基因重組的概念
難點：基因突變和基因重組的意義
五、教學策略選擇與設計
教學方法：
教法：講授法、談話法、討論法、讀書指導法 學法：自主學習法、合作學習法、探究學習法
教學媒體選擇與運用表
知識點學媒體類型媒體內容要點媒體的教學作用媒體使用方式導入遷移圖片文字“傳聲筒”游戲的規則創設情境，引發動機邊播放，邊講解鐮刀型細胞貧血癥科學史了解文字鐮刀型細胞貧血癥科學史展示事例，開闊視野邊播放，邊講解圖片正常紅細胞與鐮刀型細胞的圖片展示事實，建立經驗邊播放，邊講解鐮刀型紅細胞中異常血紅蛋白的產生原因理解文字根據中心法則逐步展示正常和異常的氨基酸到mRNA到DNA呈現過程，解釋原理設疑一播放一討論動畫鐮刀型細胞貧血癥是由于血紅蛋白基因中一個堿基對的替換導致。舉例驗證，建立概念邊播放，邊講解基因突變的概念理解動畫一段堿基序列，三個問題及答案設難置疑，引起思辨設疑一播放一概括文字基因突變的概念舉例驗證，建立概念邊播放，邊講解基因突變的原因應用圖片、視頻細胞的癌變創設情境，引發動機設疑一播放一討論文字提高基因突變的原因展示事實，建立經驗講解一播放一舉例基因重組理解動畫減數分裂第Ⅰ次分裂前期與和后期圖片舉例驗證，建立概念講解一播放一概括基因突變與基因重組的意義分析 綜合動畫植物發生基因突變，在不同的環境中的適應性創設情境，引發動機設疑一播放一討論課堂總結分析 綜合文字基因突變與基因重組特點表格歸納總結，復習鞏固邊播放、邊講解
六、教學環境及資源準備
教室：多媒體投影、黑板、電子白板 教師課前準備：課件、信息化教學資源 學生課前準備：復習之前所學的基因的自由組合定律、查閱鐮刀型細胞貧血癥的癥狀、查閱關于基因精準治療癌癥的技術、小組合作
七、教學過程
教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖
導入 組織學生以列為單位玩“傳聲筒”的游戲。 教師小結：一個信息傳播在逐步傳遞的過程種每一步都會可能會使信息發生些許的誤差，從而導致內容的錯誤。如果將我們傳遞的這段話比作一段DNA，每一個同學的傳遞比作每一次的復制，在這個過程中我們出現的錯誤叫做基因突變。 進行游戲。 將游戲中信息傳遞的錯誤遷移到遺傳信息發生錯誤。 通過游戲激發學生的學習興趣，引導學生類比思考。
講述鐮刀型細胞貧血癥 介紹鐮刀型細胞貧血癥的癥狀，通過PPT展示正常細胞與鐮刀型細胞的圖片，講述鐮刀型細胞貧血癥研究的科學史并展示研究結果。 提出問題：這個氨基酸的改變是由什么引起的呢？ 教師引導學生利用之前所學的中心法則來回答這個問題。 小結：鐮刀型細胞貧血癥是由于血紅蛋白基因中一個堿基對的替換導致。 基因結構的改變，引起了性狀的改變。進一步說明基因對性狀的控制是通過控制蛋白質合成來實現的。 學生思考討論，聯系轉錄、翻譯的知識，得出：鐮刀型細胞的血紅蛋白產生的根本原因是編輯正常血紅蛋白基因中的一個堿基對發生替換。 將本節課的知識與之前的知識聯系起來。 利用鐮刀型細胞貧血癥研究的科學史的教學，發展學生的科學素養。
基因突變的概念 質疑: 除了堿基對的替換外，還有哪些變化會引起基因結構的改變 基因結構改變一定會導致性狀改變嗎？ 教師不點評學生回答，幻燈展示練習： 下面已經給出正常的 DNA 分子的堿基序列，當堿基分別發生如下變化時，翻譯成的氨基酸序列將如何變化 從中能得到哪些結論呢？ 第6個位點上的堿基G被堿基A或堿基C所代替； 第13個微店上的C發生了缺失；第14、15兩個堿基發生缺失；第14、15、16三個堿基都發生缺失； 第14個位點和第15個位點之間插入一個堿基G；插入兩個堿基G、A；插入三個堿基G、A、C。 小結: 基因中堿基對的替換、增添和缺失都會引起基因結構改變。基因突變的實質就是基因結構的改變。 學生完成PPT上展示的聯系題并得出： DNA分子中發生堿基對的替換、增添或缺失，都能引起基因結構的改變； 堿基對的替換不一定會引起氨基酸排列順序的改變； 缺失或增加1個堿基或2個堿基比缺失3個堿基的影響大。 學生自己通過檢驗和概括，領悟基因突變的內涵
基因突變的原因 提出質疑: 基因是有遺傳效應的 DNA 分子片段，其結構應具有相對穩定性，為什么會發生突變呢 在什么時候容易發生突變呢 提示學生可結合細胞癌變的原因去考慮。 指導學生閱讀教材P81相關內容，列出基因突變的原因并思考誘發突變和自發突變有何異同。 討論：在我們的生活當中，有哪些因素會提高基因突變的發生率從而導致癌癥呢？ 學生思考、討論。DNA在復制時，由于解旋而使 DNA的雙螺旋結構變得不穩定，易受外界各種因素的影響而出現差錯。 學生閱讀分析:誘發突變提高了突變頻率;但二者并無本質上的區別。 學生根據自己生活常識討論。 先提出問題，讓學生在閱讀書本材料的時候有更有目的性。 提高學生閱讀和提取信息的能力。 培養學生的表達能力，并在這個過程了解誘發癌癥的因素，形成一個良好的生活習慣的觀念。
基因重組 指導學生閱讀教材P84面，老師引導學生聯系之前所學過的自由組合定律、基因在染色體上、減數分裂等知識認識基因重組。 提出問題：基因重組的姐妹染色單體交叉互換與基因突變當中堿基對的替換有什么差別？ PPT展示減數分裂第Ⅰ次分裂前期姐妹染色單體交叉互換和減數分裂第Ⅰ次分裂后期非同源染色體自由組合。 小結：像這樣，在減數分裂的過程中，控制不同性狀的基因重新組合的現象。 學生閱讀分析，思考基因重組與基因突變的區別。 先讓學生通過閱讀課本，而后復習之前所學過的自由組合定律和減數分裂，先進行概念的自我構建，再點出基因重組的特點，師生一起對基因重組進行定義。
基因突變和基因重組的意義 引導學生思考：基因突變一定是有害的嗎？基因產生的新性狀對生物的生存有什么意義？哪些個體更能適應環境？ 通過PPT設置情境 小結：原來的基因和新的基因所表達的性狀為自然環境提供了選擇的材料。基因重組盡管不能產生新的基因，但可以產生不同的生物性狀組合，產生新的基因型。所以說，基因重組是生物變異的來源之一，是形成生物多樣性的重要原因。 學生進入PPT設置的情境當中，在情境中思考教師所提出的問題，并以小組為單位討論。 學生從情境中體會基因突變與基因重組的意義。 由感性到理性，由現象到抽象。
課堂總結 PPT放映表格，用啟發式的語言引導學生完成表格。 學生討論完成表格。 總結這堂課的內容，讓學生形成一個整體的認知。
八、板書設計（選填）
九、測試題目
一、我國早在1987年就利用返回式衛星進行航天育種研究：將作物種子帶入太空，利用太空中的特殊環境誘導基因發生突變，然后在地面選擇優良的品種進行培育。通過航天育種，我國已在水稻、小麥、棉花、番茄、南瓜和青椒等作物上培育出一系列優質品種，取得了極大的經濟效益。 討論：（1）航天育種的生物學原理是什么？ （2）如何看待基因突變所造成的結果？ 【答案】1. 通過太空高輻射、微重力（或無重力）的特殊環境提高作物基因突變的頻率，從而篩選出人們需要的品種。具體而言，在太空的特殊環境中，細胞分裂進行DNA復制時，由于受到高輻射或微重力（或無重力）的影響，配對的堿基容易出現差錯而發生基因突變。 2.基因突變的本質是基因的堿基序列發生改變，這種改變可以直接表現在性狀上，改變的性狀對生物的生存可能有害，可能有利，也可能既無害也無益。 二、鐮狀細胞貧血主要流行于非洲的瘧疾高發地區。具有一個鐮狀細胞貧血突變基因的個體（即雜合子）在氧含量正常的情況下，并不表現出鐮狀細胞貧血的癥狀，因為該個體能同時合成正常和異常的血紅蛋白，并對瘧疾具有較強的抵抗力。 問題：（1）這些地區具有鐮狀細胞貧血突變基因的人占總人口的比例較其他地區的高，為什么？ （2）為什么某些看起來對生物生存不利的基因，歷經漫長的進化歷程依然“頑固”地存在？請結合這個例子闡明原因，并分析如何辯證地認識基因突變與生物的利害關系。 【答案】1. 雜合子能同時合成正常和異常的血紅蛋白，相比只能合成正常血紅蛋白的純合子，雜合子對瘧疾具有較強的抵抗力，在瘧疾高發地區，他們生存的機會更多，從而能將自己的基因傳遞下去。因此，這些地區具有嫌狀細胞貧血突變基因的人占總人口的比例更高。 2.基因對生物的生存是否有利，往往取決于生物的生存環境。某些看起來對生物生存不利的基因，當環境改變后，這些不利的基因產生的性狀，可能會幫助生物更好地適應改變后的環境，從而得到更多的生存機會。 這個實例說明，基因突變并不都是有害的，也可能是有利的，或是中性的，有害、有利還是中性與環境有關。

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