資源簡介

《DNA是主要遺傳物質(zhì)》教學(xué)設(shè)計
課程信息
課時名稱 DNA是主要遺傳物質(zhì) 課時安排 1課時（45分鐘）
課程類型 新授課 授課對象 高一
教材分析
本節(jié)課是人教版普通高中教科書生物學(xué)（2019年版）必修2《遺傳與進(jìn)化》第3章第1節(jié)內(nèi)容，主要包括科學(xué)家證明DNA是遺傳物質(zhì)的3個經(jīng)典實驗，能夠鍛煉提升學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。本節(jié)內(nèi)容具有承上啟下的作用，既是對前2章基因相關(guān)知識的本質(zhì)性、延伸性的闡述，又為本章DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和遺傳效應(yīng)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，同時也與必修1模塊《分子與細(xì)胞》中第2章蛋白質(zhì)和核酸等知識建立聯(lián)系。其教學(xué)重點是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家對遺傳物質(zhì)進(jìn)行層層深入地探尋與發(fā)現(xiàn)的實驗原理、方法和過程。因此，本節(jié)教學(xué)可以將遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA的爭論作為線索，基于科學(xué)史精心創(chuàng)設(shè)一系列問題情境，進(jìn)而利用問題逐步驅(qū)動和引導(dǎo)學(xué)生自主-合作-探究性地分析和解決問題，全面系統(tǒng)地了解實驗過程，掌握實驗原理、方法和結(jié)論。同時借助多媒體、卡紙演示等輔助教學(xué)，即利用圖片、動畫和視頻的直觀性和趣味性等特點，使之可視化、形象化，為學(xué)生的探究思維活動提供支架。
學(xué)情分析
學(xué)生已經(jīng)具備了有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用等細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，掌握了生物的生殖過程，染色體的化學(xué)組成，蛋白質(zhì)與核算的元素組成等相關(guān)知識，這為新知識的學(xué)習(xí)奠定了認(rèn)知基礎(chǔ)。
高中學(xué)生已經(jīng)具備了一定的認(rèn)知能力與動手實踐能力，在前期的學(xué)習(xí)中融入資料分析、模型建構(gòu)等活動，對此方面的科學(xué)探究已有一定的基礎(chǔ)，但含不完善。因此，教師在本次課程中將繼續(xù)利用資料素材、科學(xué)史資料等鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力。
教學(xué)重難點
認(rèn)識理解DNA是主要遺傳物質(zhì)，了解艾弗里、格里菲斯、赫爾希和蔡斯的三個實驗過程及其理論與結(jié)論。
教學(xué)目標(biāo)
（1）生命觀念：學(xué)生能夠推測出遺傳物質(zhì)可能具有的特點，加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)與功能觀的認(rèn)識；
（2）科學(xué)思維：學(xué)生能夠概述證明遺傳物質(zhì)的實驗過程、方法和結(jié)論，學(xué)會遺傳物質(zhì)種類判定的方法，提升分析、歸納、質(zhì)疑、探究等科學(xué)思維素養(yǎng)；
（3）科學(xué)探究：學(xué)生能夠嘗試設(shè)計證明DNA是主要遺傳物質(zhì)的相關(guān)實驗，認(rèn)識遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，提升科學(xué)探究素養(yǎng)；
（4）社會責(zé)任：學(xué)生能夠認(rèn)同人類對遺傳物質(zhì)的認(rèn)識是不斷深化和完善的過程，領(lǐng)會科學(xué)發(fā)展與技術(shù)的關(guān)系，意識到合作探究的重要性。
教學(xué)過程
時間 教師活動 預(yù)設(shè)學(xué)生活動
2min 【導(dǎo)入】 觀察身邊同學(xué)的頭發(fā)，一般都是黑色的。但生活中有些孩子的頭發(fā)是白色的。 提問：頭發(fā)顏色是一種性狀，而生物的性狀從根本上講是由什么決定呢？ 設(shè)疑：基因的本質(zhì)是什么？我們展開今天的學(xué)習(xí)。 觀察生活中的現(xiàn)象，認(rèn)識到發(fā)色不同是遺傳物質(zhì)（基因）決定的。
4min 【認(rèn)識遺傳物質(zhì)的特點】 回顧摩爾根的實驗，證實基因在染色體上。染色體主要由DNA和蛋白質(zhì)組成的。哪一種才是主要的遺傳物質(zhì)呢？ 教師給予一段資料，啟發(fā)學(xué)生思考：作為生物的遺傳物質(zhì)，需要具備哪些特點？ 回顧初中和必修一知識，知道染色體的組成。 通過資料閱讀，思考得出遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備以下幾個方面： （1）儲存大量遺傳信息 （2）精準(zhǔn)進(jìn)行自我復(fù)制，使得后代具有一定的連續(xù)性 （3）結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定
10min 【格里菲斯實驗】 20世紀(jì)20年代，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，其依據(jù)是氨基酸多種多樣的排列順序可能蘊(yùn)含遺傳信息，這符合特點1。但同時蛋白質(zhì)也存在著這樣一些缺陷：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易失活、不能自我復(fù)制、需要以RNA為模板。因此，科學(xué)家們開始質(zhì)疑蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)這個假說。向這個觀點提出挑戰(zhàn)的首先是美國的微生物學(xué)家艾弗里，而他的實驗又是以英國微生物學(xué)家格里菲斯作為基礎(chǔ)的。 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材肺炎鏈球菌的特點，填寫完整表格： 有無莢膜菌落特點致病性S型R型
當(dāng)年格里菲斯只是單純的想利用以上材料來研究肺炎鏈球菌是如何使人患肺炎的，但在實驗中又有了不一樣的收獲。引導(dǎo)學(xué)生閱讀格里菲斯的實驗示意圖，并分析實驗的結(jié)果與原因。 分析四組實驗中肺炎鏈球菌存活或死亡的情況及其原因？ 推測為什么會發(fā)生轉(zhuǎn)化？ 介紹： 當(dāng)年格里菲斯也認(rèn)為R型是無致病性的，若他想獲得毒性就需要從致死的S型菌中提取決定這種致病性的某種物質(zhì)。當(dāng)年他不僅有這種推斷，而且還從第四組死亡小鼠的體內(nèi)分離出了S型活細(xì)菌，并且發(fā)現(xiàn)這些S型活細(xì)菌的后代也是S型活細(xì)菌。 從上述陳述中，能推測出什么？ 因此格里菲斯推斷出：已經(jīng)加熱致死的S型細(xì)菌含有某種促進(jìn)R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子。 復(fù)習(xí)回顧蛋白質(zhì)，對蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的假說提出質(zhì)疑，并思考如何開展實驗進(jìn)行驗證。 閱讀教材，系統(tǒng)認(rèn)識肺炎鏈球菌，并完成表格。 莢膜菌落致病S型有光滑有R型無粗糙無
認(rèn)真閱讀材料，在老師的引導(dǎo)下梳理出以下內(nèi)容。 （1）第一組不死亡；第二組小鼠因含有S型活細(xì)菌而死亡；第三組活的原因可能是S型菌加熱無活性了；第四組死亡的原因可能是R型活細(xì)菌與加熱致死的S型細(xì)菌混合，形成了新的S型細(xì)菌產(chǎn)生致死性。 （2）推測可能是S型菌內(nèi)某一種物質(zhì)導(dǎo)致其發(fā)生轉(zhuǎn)化 通過格里菲斯之后的實驗，認(rèn)識到這種轉(zhuǎn)化是可以穩(wěn)定遺傳給后代的。
10min 【艾弗里實驗】 這種轉(zhuǎn)化因子到底是什么呢？引導(dǎo)學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)，從細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)角度作出假設(shè)。 為驗證假設(shè)，需要進(jìn)一步開展實驗。當(dāng)年艾弗里將加熱致死的S型細(xì)菌破碎后，設(shè)法去除絕大多數(shù)的糖類、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)，做成細(xì)胞提取物。將細(xì)胞提取物加入有R型細(xì)菌培養(yǎng)基中。然后再對細(xì)胞提取物分別進(jìn)行不同的處理后，觀察實驗的現(xiàn)象。 大家閱讀材料，嘗試回答以下問題串： （1）對照組是哪一組？ （2）實驗運(yùn)用什么原理？ 介紹減法原理：在實驗中，艾弗里人為地去除了細(xì)胞提取物中的某一種物質(zhì)，加入蛋白酶是為了催化蛋白質(zhì)的水解；DNA是為了催化DNA的水解，破壞DNA的結(jié)構(gòu)。像這樣，與常態(tài)相比，人為的去除某一種影響因素，這樣的自變量控制原理叫做減法原理，反之則為加法原理。 通過艾弗里的實驗?zāi)隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論？ 當(dāng)年艾弗里不僅進(jìn)行了轉(zhuǎn)化實驗，還對細(xì)胞提取物的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)和DNA非常相似，由此艾弗里做出推斷：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。 學(xué)生回顧必修一內(nèi)容，猜測可能是核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等。 閱讀材料，嘗試回答問題： 第一組是完整的細(xì)胞提取物 控制變量（減法原理） 促進(jìn)R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的物質(zhì)是DNA
15min 【噬菌體侵染細(xì)菌實驗】 當(dāng)年艾弗里的實驗一經(jīng)報道就遭到了嚴(yán)重的質(zhì)疑，一方面由于技術(shù)限制，細(xì)胞提取物去除的不太夠，另一方面，大家深信遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)這種傳統(tǒng)觀念。幾年后，這種傳統(tǒng)觀念逐漸被動搖，赫爾希和蔡斯的實驗才讓大家真正接受了這個結(jié)論。接下來，我們就來學(xué)習(xí)噬菌體侵染細(xì)菌實驗。 首先展示噬菌體模型，并通過書本資料引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識噬菌體。 教師繼續(xù)介紹T2噬菌體還存在以下特點：T2噬菌體侵染大腸桿菌后，就會在自身的遺傳物質(zhì)下利用大腸桿菌的物質(zhì)合成自身的組成成分，進(jìn)行大量繁殖。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量后，大腸桿菌裂解，釋放出大量的噬菌體。引導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè)T2噬菌體在侵染大腸桿菌過程中是將自身的什么物質(zhì)注入其中呢？ 哪一種假設(shè)是正確的呢？我們需要進(jìn)一步去證實。現(xiàn)在出現(xiàn)了一步難題：蛋白質(zhì)和DNA都是肉眼不可見的物質(zhì)，我們?nèi)绾斡^察？ 利用這種技術(shù)，我們?nèi)绾螛?biāo)記T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)呢？請大家閱讀書本。 為什么不能同時標(biāo)記呢？ 在分別含有放射性同位素S和P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，再用上述大腸桿菌培養(yǎng)T2噬菌體，得到蛋白質(zhì)含有S標(biāo)記或P標(biāo)記的噬菌體。 獲得的噬菌體分別去侵染大腸桿菌，經(jīng)過短時間的保溫后，進(jìn)行攪拌、離心。 攪拌目的——使大腸桿菌和細(xì)菌分離 離心目的——使上清液中析出較輕的細(xì)菌 【模擬實驗】 教師為學(xué)生提高實驗教具（卡紙制作的各種條帶、試管等），引導(dǎo)學(xué)生嘗試演示出實驗結(jié)果。 教師展示真實的實驗結(jié)果：S標(biāo)記的噬菌體中上清液放射性很高，沉淀放射性很低。P標(biāo)記的噬菌體沉淀放射性很高，上清液放射性很低。 如果實驗足夠嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)該放射性只會出現(xiàn)在一方，但是卻在兩邊都有所存在。因此任何實驗都會存在誤差，而只要誤差在一定的范圍內(nèi)，我們都可以認(rèn)為他是合理的。 如果保溫過長會出現(xiàn)什么情況？ 如果攪拌不充分會出現(xiàn)什么情況？ 【總結(jié)】 DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。正因為他們的實驗實現(xiàn)了蛋白質(zhì)和DNA的徹底分離，因此他們的實驗更有說服力。 閱讀資料，認(rèn)識噬菌體的結(jié)構(gòu)：T2噬菌體分為頭部和尾部。頭部及尾部的外殼由蛋白質(zhì)組成，頭部含有DNA。T2噬菌體沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，屬于DNA病毒。必須寄生生活，寄生在大腸桿菌中。 蛋白質(zhì)、DNA、全都進(jìn)入 放射性同位素標(biāo)記法 找到DNA和蛋白質(zhì)不一樣的元素——35S和32P。又因為噬菌體是沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的，因此，不能在培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，需要在大腸桿菌中培養(yǎng)。 有哪位儀器只能檢測到一種放射性。 根據(jù)書中的實驗結(jié)果，通過自主分析模擬演示實驗結(jié)果： 1、假設(shè)注入的是蛋白質(zhì)，結(jié)果：第一組上清液P標(biāo)記，第二組沉淀S標(biāo)記 2、假設(shè)注入的是DNA，結(jié)果：第一組沉淀P標(biāo)記，第二組上清S標(biāo)記 3、假設(shè)全都注入，結(jié)果：第一組沉淀P標(biāo)記，第二組沉淀S標(biāo)記。 根據(jù)教師講解，認(rèn)識到真實的實驗結(jié)果。 思考教師的提問，得出結(jié)論：在P標(biāo)記的實驗中，如果保溫過長，噬菌體在大腸桿菌體內(nèi)增殖后釋放子代，經(jīng)離心后會分布在上清液中，上清液放射性增強(qiáng)；在S標(biāo)記的實驗中，如果攪拌不充分，噬菌體與大腸桿菌無法分離，沉淀中放射性增強(qiáng)。
4min 【RNA是遺傳物質(zhì)的實驗】 人們發(fā)現(xiàn)有的病毒是RNA，他們的遺傳物質(zhì)是什么呢？播放視頻，一同了解抗拉可的實驗過程。 觀看視頻后：肺炎鏈球菌一般具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物以及DNA病毒，其遺傳物質(zhì)是DNA，而像煙草花葉病毒和新冠病毒是RNA為遺傳物質(zhì)。因此我們說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 經(jīng)過今天的遺傳物質(zhì)的特點，更多的特點期待大家的進(jìn)一步探索。只有我們更加了解基因的特點和遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，才能真正關(guān)愛更多的白化病患者，因為他們的根治需要基因治療。 通過視頻認(rèn)識RNA是遺傳物質(zhì)的實驗過程，理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

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