資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物學 年級 高一 學期 秋季
課題 基因表達與性狀的關系
教學目標
1. 通過分析基因表達產物蛋白質與生物性狀的關系的實例，認識到生物的性狀主要通過蛋白質實現，培養學生建立生命的信息觀，使學生形成生命是物質、能量和信息的統一體的生命觀念。 2. 通過基因甲基化導致基因表達水平的改變，認同結構與功能相統一的生命觀念。 3.基于材料，通過分析、比較、歸納等方法構建表觀遺傳的概念，培養學生多角度、多因素分析復雜生命現象的方法和能力，提升學生的科學思維品質。 4.通過對表觀遺傳案例的分析，認識到良好的飲食習慣、健康的生活方式對人類及后代健康都有長遠的影響，確立健康生活的態度，關注環境問題。 5.通過比較同一生物體3種細胞中DNA和mRNA的檢測結果，說明細胞分化是基因選擇性表達的結果。 6.闡明基因、環境與性狀之間的復雜關系，認同生命的復雜性。
教學內容
教學重點：1.基因表達與性狀的關系。 2.表觀遺傳現象。 3.細胞分化的本質是基因的選擇性表達。 教學難點：1.表觀遺傳現象。
教學過程
創設情境，導入新課 人的身高、長相、疾病都是可以遺傳的，那么情緒，比如恐懼，可以遺傳嗎？教師播放美國埃默里大學的研究視頻：將雄性小鼠暴露在苯乙酮的氣味中后施以電擊，小鼠很快對苯乙酮的氣味產生恐懼。這沒什么特別，特別的是，這些雄性小鼠的下一代乃至第三代也同樣表現出對苯乙酮氣味的恐懼。教師引導學生圍繞下列問題展開思考：恐懼也會遺傳嗎？小鼠對苯乙酮氣味的恐懼是小鼠表現出的一種性狀，性狀由什么控制？主要通過什么表現？基因如何控制性狀？ 設計意圖：運用真實的實驗現象創設情境，引發學生認知沖突，激發學生的學習興趣和探究欲，并促進學生聯系前概念，為新課的學習做好鋪墊。 探究基因表達產物與性狀的關系 在前述問題情境下，教師提供資料1：研究表明，氣味分子首先要與特定受體蛋白結合才能產生嗅覺。其中苯乙酮的受體蛋白是由Olfr151基因控制的。若Olfr151基因異常，則該受體蛋白結構異常，進而導致小鼠對苯乙酮氣味的敏感性改變。資料2：當氣味分子與受體蛋白結合后，激活G蛋白，G蛋白進一步激活腺苷酸環化酶，該酶能催化ATP轉化為cAMP,在cAMP的作用下引發一系列信號轉導，最終形成嗅覺（圖1）。研究表明，若敲除小鼠的腺苷酸環化酶基因，小鼠會出現嗅覺失常。教師提問：資料1、2分別說明基因是如何控制性狀的？教師引導學生閱讀教材P71-72相關內容，從基因控制性狀的角度解釋豌豆的皺粒、囊性纖維化、人的白化癥狀形成的原因，并說出這三個實例分別說明基因是如何控制性狀的？ 設計意圖：在初創的情境基礎上，嘗試將新課教學的各個情境形成一個情境體系，建立一個前后連貫的整體式情境，所以在探究基因如何控制性狀這一問題時，筆者沒有馬上利用教材提供的實例，而是提供與初創情境緊密相關的資料1、2，引導學生初步得出基因控制性狀的兩條途徑，在學生有了初步認識的基礎上，再結合教材實例，引導學生歸納總結出基因控制性狀的途徑。這樣處理不僅能持續調動學生的積極性和探究欲，還能培養學生基于生物學事實和證據進行歸納與概括的科學思維能力。 探究表觀遺傳現象 教師提問：我們已經知道基因的堿基排列順序改變，會導致性狀改變，那么導入情境中雄性小鼠性狀的改變也是由基因的堿基序列改變引起的嗎？展示資料3：進一步研究發現，苯乙酮并未改變雄性小鼠基因的堿基排列順序，而是降低了其精子中Olfr151基因的甲基化水平，從而提高了該基因的表達水平，增強了小鼠對苯乙酮氣味的敏感性，并且這種改變在該雄性小鼠后代的DNA中得以延續。基于該資料，教師提問：雄性小鼠的基因堿基序列變了嗎？性狀改變的原因是什么？“表觀”的改變可遺傳嗎？學生思考并感到困惑后，教師展示DNA甲基化示意圖（圖2），組織學生分組討論：什么是DNA的甲基化？DNA甲基化的部位？DNA的甲基化對基因表達有什么影響？ 圖1 嗅覺信號轉導機制模式圖 圖2 DNA甲基化示意圖 設計意圖：引導學生結合資料3揭開雄性小鼠性狀改變之謎，并通過對DNA甲基化示意圖及教材P73資料1、2的分析，引發學生認知沖突，嘗試自主構建“表觀遺傳”的概念。這樣處理既能使學生在較好理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，又能提升學生的科學思維。 四、探究環境因素對生物性狀的影響 教師提供兩則資料。資料4：將多只基因型為Avya的雌鼠與基因型為aa的雌鼠雜交，孕期分別飼喂正常食物和富含甲基的食物，與飼喂正常食物相比，在孕期飼喂富含甲基的食物所產生的子代（Avya）中黑鼠數量較多，進一步檢測發現子代（Avya）基因前端特殊序列甲基化程度較高。資料5：研究發現，尼古丁會提高小鼠精子中基因的甲基化程度，影響基因表達，進而影響后代小鼠大腦的功能，損害認知能力。且后代小鼠即使不接觸尼古丁，與正常的配偶交配所生育的后代仍然存在缺陷。教師提問： 基于資料4、5并結合表觀遺傳的概念，說說環境可以如何影響生物體的性狀？對此你有什么啟示？ 設計意圖：基于對前面一系列連貫情境的分析，得出雄性小鼠性狀改變是一種表觀遺傳現象，基于此繼續設置相關情境，引導學生進一步分析得出環境因素可通過改變DNA的甲基化程度，引起表觀遺傳進而影響生物的性狀。通過設置開放性問題及對表觀遺傳案例的分析，引導學生認識到良好的飲食習慣、健康的生活方式對人類及后代健康都有長遠的影響，確立健康生活的態度，關注環境問題。 五、探究細胞分化與基因的選擇性表達 教師提供資料6（即教材P72思考與討論），提問：雞的輸卵管細胞、紅細胞（有細胞核）和胰島B細胞的基因組成是否相同？這三種細胞中都只檢測到了一種基因的mRNA，這說明了什么？這三種細胞中表達的基因完全不相同嗎？什么原因導致基因的選擇性表達？ 設計意圖：學生在之前學習過細胞分化的概念、 特點等，但并不理解細胞分化的本質。在學習了基因表達和表觀遺傳后，再分析細胞分化的實質，可以讓學生更好地理解其本質，利于學生思維能力的提升。 六、探究基因、環境、性狀的關系 教師提供資料7-10，提問：這些資料說明基因與性狀間怎樣的對應關系？性狀除受基因決定外，還受什么影響？ 設計意圖：通過資料分析，使學生能明白基因與性狀間并不是簡單的一一對應關系。基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間相互作用形成一個錯綜復雜的網絡，精細地調控著生物體的性狀。認同生命的復雜性，同時也培養學生的歸納總結能力。
教學反思
“問題教學”理論認為：教師在課堂教學中有意識的創設問題情境，能夠讓學生主動地思考探索，發現、提出并解決問題，提升學生的邏輯思維。而創設整體式教學情境是將學生的學習活動視為一個整體，將整體式情境作為學生學習的載體，學生在解決真實情境問題的過程中逐步形成學科大概念。整體式情境中的學習活動是一種基于實踐的深度學習，所形成的大概念能有效地組織起學科中個別的、零碎化的知識與技能，并有助于知識的遷移與應用。本節課圍繞“情緒會遺傳嗎？--基因如何控制性狀？--基因堿基序列不變，性狀是否會改變？--什么因素會引起表觀遺傳—什么因素調控基因的選擇性表達—基因與性狀是否是一一對應關系？”這一主線，創設整體式教學情境，教學效果有了明顯的提升，既發展了學生的知識和能力，也培養了學生的學科核心素養。

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