資源簡介

《基因指導蛋白質的合成》教學設計
——第一課時 DNA的轉錄
一、課時安排
課程名稱 基因指導蛋白質的合成 課時安排 第一課時
授課類型 新授課 課時時間 45分鐘
二、教材分析
“基因指導蛋白質的合成”是人教版高中生物學教材(2019版)必修2第4章第1節的內容。基于第3章“基因的本質”的學習，將“基因指導蛋白質的合成”作為本章的開篇，有助于學生認識基因作用機理，同時也為學習基因表達與性狀的關系、基因突變及其他變異等奠定基礎。本節內容探討的是基因表達過程中轉錄和翻譯，以及兩者內在聯系和信息傳遞過程，凸顯生命的信息觀，讓學生理解生命是物質、能量和信息的統一體。課本主要以圖文的形式呈現RNA的結構特點、分類、DNA轉錄的過程等內容。承接DNA的復制，為遺傳信息的翻譯做鋪墊，起到承上啟下的作用。
“基因指導蛋白質的合成”這節內容計劃用兩課時完成。本節課為第1課時，以遺傳信息的轉錄設計為主干內容，使知識系統化，鞏固復習DNA的復制，同時為學習翻譯過程做鋪墊。
三、學情分析
學生已有認知中已具備DNA的基本結構和復制過程的知識，也學習過蛋白質的基本結構及其合成位置。在此基礎上，教師可以通過一系列知道引導學生學習轉錄知識時能夠將DNA和RNA進行聯系，并類比DNA復制學習DNA的轉錄過程，通過動手實踐、資料分析、視頻觀看等多種途徑學習DNA轉錄的過程。
四、教學目標
（１）基于科學史論證，概述DNA分子上的遺傳信s息是通過RNA指導蛋白質合成的，滲透生命的信息觀。
（2）通過比較DNA和RNA的結構，理解RNA適于作DNA的信使的原因，形成比較、分析、歸納等科學思維方法，滲透結構和功能觀。
（３）通過觀看模擬動畫和閱讀教材圖文資料，概述遺傳信息在轉錄過程中的傳遞規律，發展獲取信息、歸納概括的科學思維，形成生命是物質、能量和信息的統一體的生命觀念。
（４）通過動手實踐、小組合作的方式一同探索DNA轉錄的過程，在科學探究中培育模型建模、資料分析等科學思維，鍛煉小組合作、溝通交流等科學態度。
五、教學重難點
教學重點：RNA的結構與分類、DNA轉錄的過程
教學難點：RNA和DNA結構的對比、闡述DNA轉錄的過程
六、教學過程
教師活動 預設學生行為 設計意圖
【導入】 １、提供資料：20世紀90年代，我國內地主產棉區棉鈴蟲連年大爆發，造成重大經濟損失。我國“863”計劃成果研究出轉基因抗蟲棉，1999年我國成為繼美國之后，獨立研制成功抗蟲棉并擁有自主知識產權的第二個國家。 抗蟲原理：科學家將蘇云金桿菌抗蟲蛋白基因（Bt抗蟲蛋白基因）轉入普通棉花，培育出的棉花植株會產生Bt抗蟲蛋白，這個蛋白進入到棉鈴蟲幼蟲食道中破壞，從而殺死棉鈴蟲的幼蟲。 ２、提問：轉入的是基因，得到的卻是蛋白質。說明基因和蛋白質之間是怎樣的關系呢？ 學生了解抗蟲棉的原理和研究成果，思考基因與蛋白質之間的關系。 激發學生興趣，引發學生思考。部分學生可能會認為基因（DNA）直接指導蛋白質的合成。教師此時不用糾正，留下懸念。待課程學習結束后再進行錯誤概念的修訂。 同時，抗蟲棉的科研成果激發學生的文化自信，愛國之情。
【小組討論：蛋白質與DNA的聯系，做出假設】 闡述：DNA上有遺傳效應片段的基因，存在于細胞核內。在細胞核外有內質網，其上有核糖體，核糖體是蛋白質合成的主場所。 提問：DNA和蛋白質不在一個場所，基因如何與核糖體進行聯系？ 做出假設： １、基因通過核孔出去與核糖體進行聯系 ２、核糖體可能會進入細胞核中，進而去指導蛋白質合成。 ３、DNA分子有可能會存在某種媒介，從DNA提取到遺傳信息，再通過核孔進入細胞質，進而指導蛋白質的合成。 回顧蛋白質和基因的合成場所，鞏固舊知識，為進一步完善認知結構打下基礎。同時，通過學生的假設激發學生對問題的思考并嘗試做出假設，促進學生科學思維和科學探究的能力。
【資料分析，排除假設】 （1）染色質分子直徑約15nm （2）核糖體大體是圓形顆粒，直徑約為23nm，細胞核內無核糖體 （3）細胞核的核孔內徑約為10nm。 提問：通過資料，得出什么樣的猜測？并作出你的假設。 通過數據分析，排除了前2種假設。 猜測是RNA作為中間的媒介。 閱讀科學資料，提煉關鍵信息并嘗試進行分析、概括、推理，最終得出自己的猜想。
【小組合作：RNA作為信使的證據分析】 １、通過課本自學，利用表格進行DNA和RNA比較 ２、考慮RNA具備哪些特點可以充當起這個重任？ 提問學生，并根據回答做出適當的補充。 總結歸納后進一步設疑：這只是一些滿足的條件，但是RNA是否是信使呢？還需要一些具體的證據。 小組討論，得出結論： （1）可以攜帶遺傳信息 （2）遵循堿基互補配對 （3）一般為單鏈，且比DNA短，容易通過核孔 設置小組活動，通過資料分析嘗試總結RNA作為信使的證據。在資料分析、合作探究中鍛煉學生的團隊協作、語言表達能力。通過結構和功能的認識，深入結構與功能相適應的生命觀念。
【科學史：證明RNA是信使】 1、實驗1:1955年，比利時細胞生物學家Brachet用洋蔥根尖和變形蟲進行實驗。發現如果用RNA酶將細胞內的RNA分解，蛋白質合成就停止。從酵母菌中提取RNA加入到細胞中，細胞可重新合成蛋白質。 2、實驗２：1955年拉斯特(Laster)等人用變形蟲進行了同位素標記相關實驗。 用標記的尿嘧啶核苷酸培養液培養A組變形蟲，用未標記的尿嘧啶核苷酸培養液培養B組變形蟲。發現只有A組中被標記的RNA首先出現在細胞核中，其次出現在細胞質中；而B組沒有現象。 3、實驗3:1961年，馬默(Marmur)和杜提(Paul Doty)用噬菌體SP8侵染枯草芽孢桿菌，研究噬菌體侵染后產生的RNA，與噬菌體DNA、芽孢桿菌DNA的關系。他們在SP8侵染細菌后，裂解大腸桿菌，分別提取大腸桿菌的DNA、SP8噬菌體的DNA和噬菌體侵染后產生的RNA。把RNA分別與加熱分開的大腸桿菌DNA單鏈或噬菌體DNA單鏈混合在一起緩慢冷卻，發現新產生的RNA只與噬菌體的DNA中固定的一條單鏈形成DNA-RNA雜交分子，而不與大腸桿菌的DNA相雜交。 教師總結： DNA可以通過自身的模板合成RNA，且RNA通過核孔從細胞核進入細胞質當中，RNA還與蛋白質的合成有關。并說明mRNA在轉錄過程中發揮信使功能，rRNA和tRNA將在后續學習翻譯的時候進行深入學習。 學生回答 蛋白質合成與RNA有關 RNA的合成場所是在細胞核中，合成后會移動到細胞質中 噬菌體的RNA是以噬菌體DNA的一條鏈為模板合成的。不是別人的，而是它自身。 認真聽講，記錄筆記。認識到RNA是蛋白質合成的媒介。 根據學生的認知能力，選擇適宜、科學的史實資料。在小組合作中進一步鍛煉學生的資料分析、邏輯推理、提取關鍵信息的能力。通過科學史，也能激發學生的閱讀興趣，在興趣中找到正確概念，逐步修正錯誤概念。
【小組合作：模擬RNA形成的過程】 引導學生參考DNA復制的過程，嘗試用樂高積木模擬RNA形成過程。 用具：8種顏色的方形樂高分別代表種堿基，3種顏色的圓形樂高分別代表解旋酶、DNA連接酶、RNA聚合酶。 教師根據學生情況，基于指導。 小組合作嘗試模擬RNA形成的過程。 通過小組探究合作，嘗試構建物理模型。鍛煉學生動手實踐能力，并培養學生模型構建的科學思維和科學探究能力。
【視頻學習：轉錄過程】 觀看視頻“DNA的轉錄” 過程：RNA聚合酶解開DNA的雙鏈，游離的核糖核苷酸結合到DNA的一條鏈（模板鏈）上，且核苷酸結合后在酶的作用下通過磷酸二酯鍵連接在一起（聚合過程），這個過程就叫做轉錄。轉錄后RNA要從DNA鏈上解脫下來，需要斷開氫鍵。而且RNA并不會直接出細胞，在出去之前會被剪切拼接（RNA加工：真核生物在細胞核中進行） （邊看視頻邊介紹） 2、引導學生總結轉錄的具體過程和要點。 3、教師引導學生總結轉錄的定義：RNA是在細胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程叫做轉錄。（真核生物）。 1、通過視頻了解DNA轉錄的具體內容 2、學生總結 模板：DNA的一條鏈 原料：四種游離的核糖核苷酸 酶：RNA聚合酶：打開氫鍵（解旋）、四種游離核糖核苷酸拼接在模板鏈（聚合） 主要場所：細胞核 能量：ATP 原則：堿基互補配對 特點：邊解旋邊轉錄 方向：模板3-5 通過視頻，結合數字多媒體，將抽象微觀的轉錄過程轉化為具象的視頻資源，幫助學生更加形象地了解DNA轉錄的細節過程，更好的掌握知識要點。 同時，通過自己的語言組織，總結歸納出轉錄的具體過程和要點，培養語言表達能力，幫助學生自主構建知識學習網絡，鍛煉科學思維。并了解到結構與功能相適應的生命觀念。
【思考與總結】 教師引導學生總結：轉錄與復制的異同 １、都有能量消耗、遵循堿基互補配對、酶參與、DNA為模板、場所相同 ２、原料、酶 引導學生進行總結與比較，培養學生科學思維。
七、教學反思
本節課以資料為導向，教師不再是通過直接傳授式將理論給予學生，而是通過假設、推理以及一系列資料實驗證據的呈現，引導學生發現式地學習DNA轉錄地過程。這一過程層層遞進，啟迪學生的高階思維，并在教學中以問題為導向，不斷培養學生分析、評估、推理、分析、自我調整等批判性思維能力。

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