核酸是遗传物质的证据教学设计.doc

核酸是遗传物质的证据教学设计
嘉兴高级中学 陈光瑞
一、设计内容：生物必修2 第三章 遗传的分子基础 第一节 核酸是遗传物质的证据（1课时）
二、设计思想
在实施新课程中，需要构建与新课程理念相适应的教学策略。根据新课程理念，高中生物重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物科学素养。使学生由以前的“学会”到“想学”再到“会学”， 因此，本节课以“自主探究科学发现的过程来学习科学研究的方法”为设计理念，切实落实主体性教学，提高学生的探究能力，训练学生科学的思维方法。符合《基础教育课程改革纲要（试行）》的要求：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、合作学习、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”。该理念的运用有利于学生科学素养、协作精神的培养，有利于培养学生的创新精神和实践能力，有利于学生主动建构知识、发展能力、形成正确的情感态度与价值观。它不仅重视知识的获取，而且更加重视学生获取知识的过程及方法，更加突出地培养学生的学习能力。在问题的推动下、在教师的引导下，学生学得主动，学得积极，真正体现了“教为主导，学为主体”的思想。
三、教学分析
1.教材分析
“核酸是遗传物质的证据”一节是新课标教材浙科版必修2第3章第1节的内容，是在前面学习了有关细胞学基础(有丝分裂、减数分裂和受精作用)、阐明了染色体在前后代遗传中所起的联系作用、分析了染色体的主要成分是DNA和蛋白质的基础上来学习的。在相当长的时间里，人们一直把蛋白质作为遗传物质，那么，遗传物质是DNA还是蛋白质呢？教材在此埋下伏笔。在小资料中先通过一些间接证据说明DNA符合遗传物质的特征，蛋白质不符合遗传物质稳定性的特征，然后通过两个经典实验（噬菌体侵染细菌的实验、肺炎双球菌的转化实验）证明了DNA是遗传物质，再利用“烟草花叶病毒的感染和重建”实验证明RNA也是遗传物质（没有DNA的少数生物）从而得出“DNA和RNA”都可以是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，即“核酸是遗传物质”这一结论。
本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材。在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。
细菌转化实验过程中，由于提取的DNA纯度不能达到100%，海混有少量蛋白质，不能完全排除蛋白质的作用，学生也会有疑虑，因此在教学过程中把细菌转化实验放在噬菌体侵染细菌的实验之前，更有利于学生对遗传物质DNA的理解。
2、 学情分析
（1）学生已经具备了有丝分裂、减数分裂和受精作用等细胞学基础，掌握了生物的生殖过程、染色体的化学组成、蛋白质与核酸的元素组成等相关知识，这为新知识的学习奠定了认知基础。
(2) 高中学生具备了一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，他们的心智还不能有效控制其行为冲动，对事物的探究有激情，但往往对探究的目的性及过程，结论的形成缺乏理性的思考。
四、教学目标
知识
（1）概述肺炎双球菌转化实验，理解“同位素标记法”是研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，也是目前自然科学研究的主要方法。
（2）简述烟草花叶病毒的感染和重建实验，认同模型是科学研究的重要方法。
能力
（1）模仿科学家发现核酸是遗传物质的过程，学会科学研究的方法和实验设计的基本步骤。
（2）尝试证明核酸是遗传物质的实验设计思路，提高逻辑思维的能力，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。
情感态度瑜价值观
（1）关注对遗传物质的探索过程，认同科学认识是不断深化、不断完善的过程。
（2）体验科学家严谨细致的工作作风和科学态度以及对真理不懈追求的科学精神，进一步增强学生热爱生命科学、学习生命科学的责任感和使命感
五、确定教学重难点及解决方法
由于肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌实验具体证明了ＤＮＡ更加具备作为遗传物质的特性，从而进一步证明ＤＮＡ是遗传物质，而烟草花叶病毒感染实验，证实ＲＮＡ也是遗传物质，三个实验是介绍本节课程内容的载体，所以“肺炎双球菌的转化实验，噬菌体侵染细菌实验以及烟草花叶病毒感染实验的原理和过程。”是本节的重点内容。学生在学习本课内容时，对于肺炎双球菌的转化实验的原理和过程的理解掌握需要一定的逻辑思维能力，领悟科学家的实验设计思路和其中包含的科学方法，所以“肺炎双球菌的转化实验的原理和过程”为本节教学的难点。
教学重点：肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。
解决方法：
（1）通过学生分析格里菲思的肺炎双球菌转化实验过程，使学生确信S型死细菌细胞中含有某种转化因子。再通过艾弗里的体外转化实验，即从S型活细菌中提取DNA、蛋白质和多糖等分别加入培养R型细菌的培养基中，引导学生明确只有DNA具有转化作用。
（2）通过学生分析赫尔希的噬菌体侵染细菌的实验过程，用同位素标记法，明确只有噬菌体的DNA注入到细菌体内，而蛋白质外壳留在外面，经分析得出，子代噬菌体DNA和蛋白质，都是在注入到细菌体内的噬菌体DNA指导下完成的，说明DNA是连续的。
教学难点
（1）肺炎双球菌转化实验的原理和过程。
（2）如何理解DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质？
解决办法：
（1）从科学研究方法入手，对每一个实验步骤进行分析，尤其要重视第3步和第4步两个实验。何谓加热杀“死”？杀“死”后的S型细菌还含有某种转化因子？这里需要从两方面说明，一方面加热的温度一般为60℃左右，不能太高；另一方面说明转化因子的结构相当稳定。另外，在设问“肺炎双球菌的转化实验中，证明DNA是遗传物质的实验设计中最关键的思路是什么？”通过学生回答、教师引导，最后指出关键是“DNA和蛋白质分开，单独、直接地去观察DNA和蛋白质的作用。”
（2）通过讲解烟草花叶病的实例来说明，并列表对比。
六、教学策略与手段
根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，在本节课中，我力图实现新课标的这一理念。教学方法的设计，主要采用支架式的建构主义的教学方法，充分结合教材特点和学生实际，根据本节课的知识特点，先建立知识框架，在教师情景创设的引导下，通过介绍科学家的实验，引导学生思考和分析问题，再通过小组间的协商、讨论，以及从自己设计的实验来验证自己的推测，增强学生学习的兴趣和自信心，并让学生掌握实验设计的一般步骤和培养其科学精神。
在学法设计上，让学生用探索法、发现法去建构知识，用书本上了解的经典实验的原理及过程转化为自己设计实验的基础，并寻求答案。指导学生探索遗传物质是DNA，培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力。
七、教学过程
教学内容
教师组织和引导
学生活动
教学意图

创设情境，导入新课
【知识回顾】
一：19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的形状是由遗传因子（基因）所控制的
二：20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明了基因位于染色体上
三：20世纪中期，科学家发现，染色体主要由蛋白质和DNA成分
【问题1】在染色体上行使遗传因子功能的到底是哪一成分呢？

【过渡1】让我们跟着科学家的脚步一起来探究一下生物体内的遗传物质【展示与实验有关科学家的照片】

根据教师讲述学生进行讨论。

可能回答蛋白质或者DNA或者两者都是
1、染色体、DNA和蛋白质在前面两章已经学习过，但理解不是很清楚，因此利用前面的遗传学知识来导入本课。

2、通过创设情境的方式，激发学生的求知欲。

引导
探索

肺炎双球菌的转化实验

噬菌体侵染细菌的 实验

烟草花叶病病毒的感染和重建实验

一、肺炎双球菌实验
1、介绍肺炎双球菌
【展示肺炎双球菌图片】介绍比较S型细菌和R型细菌
种类
S型细菌
R型细菌
菌体
有多糖类荚膜
无多糖类荚膜
菌落
表面光滑
表面粗糙
毒性
有
没有

2、【格里菲思实验】
【播放实验动画】
A. 活R型细菌老鼠健康
Ｂ.活S型细菌老鼠死亡
Ｃ.灭活S型细菌老鼠健康

【问题1】将加热杀死后的S型活菌和R型活菌混合注射到小鼠体内，将会出现什么情况呢？
Ｄ.活R型细菌＋死S型老鼠死亡
3、实验分析
①对比A、B组实验现象，说明了什么？
②D组小鼠为什么会死亡？
③活的S型菌是如何出现的呢？
④是什么物质导致活R型菌转变为S型菌的？
⑤如果你是当时的格里菲斯，你将会对实验做出怎么样的推断呢？
【结论1】已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种“转化因子”，能将无毒的R型细菌转化为有毒性的S型细菌
【质疑1】：S型细菌有些什么物质？又是什么物质使R型细菌发生了转化？
二、寻找转化因子
1、【实验设计】
如果你是当时的科学家，你应该会设计怎么样的实验来证明：转化因子是什么物质呢？质样究二个？
【问题1】你觉得要找出转化因子，最关键的设计思路是什么？
【提示1】：①性状是由染色体上的基因控制的
②那转化因子到底是组成染色体的蛋白质还是DNA？
【方法1】把各种化合物分开，单独观察，确定单一变量
【方法2】把由S型细菌中分离、提取出的各种成分，单独作用于R型细菌。
实验材料：两种类型的肺炎双球菌
作出假设：
设计实验
预期结果
2、【艾弗里实验】
A组：S型活菌的DNA+R型菌→R型+S型
B组：S型活菌蛋白质\多糖荚膜+ R型菌→R型
C组：S型活菌的DNA+DNA酶+ R型菌→R型
【问题1】对比各组发现只有混合了S型菌DNA的组才能使R型菌发生转化，这说明了什么呢？
【结论1】DNA才是转化因子

同时在实验过程中，如果提取的DNA越纯的话，那么其转化效率也就会越高。但是艾弗里提取的DNA纯度最高时，还混有0.02%的蛋白质，于是有人怀疑有没有可能是这0.02%的蛋白质为转化因子呢？因此人们认为不能完全排除蛋白质的作用。
【质疑1】那么，还有没有更具有说服力的方法来证明DNA是遗传物质呢？

三、噬菌体侵染细菌实验：

1、【展示噬菌体图片】：（如上图）讲述
T2噬菌体分为蛋白质的外壳以及DNA
【设疑1】：为什么把噬菌体作为研究DNA是遗传物质的材料?
【引导提问1】：科学家又是如何进行研究的?
【介绍】：他们采取当时的一种技术，放射性同位素标记法。
2. 实验方法和步骤
【问题1】他们采取当时的一种新技术，放射性同位素标记法。那标记在哪种元素上，才能将蛋白质和DNA区分开来呢？
T2噬菌体DNA组成元素：C、H、O、N、 P
蛋白质组成元素：C、H、O、N 、S
【问题2】：用35S和32P同时标记还是分别标记噬菌体的什么成分？
3. 实验过程

【问题2】、子代噬菌体是在什么地方形成的，是在哪种物质的作用下完成的？子代噬菌体的蛋白质和DNA分别是怎样形成的？
【问题3】、仔细观察，两组实验的细菌裂解后，新形成的噬菌体有何不同？实验结论是什么？

【小结】噬菌体侵染细菌后，DNA进入细菌体内，在自身DNA的作用下利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分（蛋白质的外壳以及DNA），从而进行大量增殖。所以DNA是遗传物质
【结论】：DNA是遗传物质，蛋白质不是。
四、烟草花叶病病毒的感染和重建实验
【活动1】如果你是科学家，请利用下列材料设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质。
材料：两种类型的烟草花叶病毒（A型和B型）、RNA酶和蛋白酶，其他材料可以任取
提示：已知烟草花叶病毒主要成分为RNA和蛋白质，A型花叶病毒感染植物后出现A型病症，B型花叶病毒感染植物后出现B型病症
【目的1】引导学生设计实验方案证明RNA也是遗传物质

观看图片思索，填写表格内容。

观看实验过程。
学生对实验结果进行猜测。

分析思考问题，得出答案。

思索并回答相关问题。

4人一组讨论、设计实验方案，进行实验探究，然后交流汇报实验方案和实验现象、分析原因 。

学生思考问题，得出初步结论。

学生也可能有疑虑

观察、认识噬菌体的结构。

分析、讨论、归纳并回答问题。

根据教师讲解得出答案。

观看噬菌体侵染细菌的实验过程，形成感官的认识，用语言描述实验过程。

探究、分析、讨论得出问题的答案

学生结合所学知识进行分析、讨论，以加深对所学知识的理解和应用

可以培养学生识图能力和据图获取信息能力。

1动画直观、形象，能吸引学生的 注意力，激发求知欲望。

2. 让学生沿着科学发展的轨迹观察实验现象，发现问题，提出问题并进一步分析问题。

 培养学生探究问题、分析问题与解决问题的能力。

1、培养学生合作精神。
2、培养学生探究问题与设计可行实验方案的能力及创新意识。
3、培养学生文字组织能力和语言表达能力。

可以培养学生的 问题意识，处理实验材料的技能；设计可行实验方案的能力；作出假设何预期的能力。

培养学生根据证据作出判断的 能力

由于细菌转化实验中DNA不是100%纯净，因此把课本实验位置交换下，可以更好连接。为引入噬菌体实验做准备。

引入实验，激发学生科学探究的热情

培养学生的语言组织能力和处理信息的能力。

提高学生的观察和描述生物实验现象的能力。

通过不同的标记，使学生经过分析比较后归纳出这个实验的研究思路

培养学生分析问题、阐明观点、对自己观点进行辩护能力。

两个实验都证明DNA是遗传物质，
强调科学结论的重复性。

培养学生应用知识解决实际问题的能力。设计可行实验方案能力

强调科学结论的 相对性
归纳
总结
大多数生物以DNA为遗传物质，少数生物以RNA为遗传物质，所以核酸是一切生物的遗传物质，DNA是主要的遗传物质。蛋白质不是遗传物质。
学生分析、讨论： DNA是主要的遗传物质
1、培养学生分析、总结的能力。
2、培养学生自主学习的能力。

八、问题研讨
1、经同位素测定发现，“用35S标记的一组感染实验，放射性同位素主要分布在上清液中；用32P标记的一组感染实验，放射性同位素主要分布在试管的沉淀物中。”在用32P标记的噬菌体侵染实验中，上清液中32P的含量有30%，而在沉淀物中的含量为70%；在用35S标记的噬菌体侵染实验中，上清液中35S的含量达80%，沉淀物中的含量为20%。③这个数据远比艾弗里实验中的0.02%大的多。其次进一步观察发现：细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质。为什么？
2、艾弗里的实验设计的非常科学，实验中出现了对照实验：R型菌+S菌的DNA→培养基中有R型菌和S菌；R型菌+S菌的蛋白质→培养基中只有R型菌；R型菌+S菌的多糖荚膜→培养基中只有R型菌；R型菌+S菌的DNA+DNA酶→培养基中只有R型菌。不管是DNA与蛋白质做对照还是DNA与加入了DNA酶的DNA做对照，都可以非常精确地得出结论——DNA是“转化因子”。其次，人们的怀疑毫无理由，仅仅0.02%的蛋白质就能引起怀疑，那么为什么纯净的蛋白质与R型菌混合得不到S菌不能成为蛋白质不是“转化因子”的证据呢？既然有这两个很难回答的问题，那么仍有人怀疑的根源是什么？
3、在证明了核酸是遗传物质后，1982年，美国科学家从感染了瘙痒病的叙利亚老鼠脑中分离出具有传染性的蛋白质因子，并首先提出了朊病毒这一名词，它不含有DNA和RNA，只有蛋白质。疯牛病也是由于朊病毒引起的，是一种主要表现为神经系统遭到破坏的传染病。请你通过以上信息及本课内容，对遗传物质究竟是什么做一个完整的定义。

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