《DNA是主要的遗传物质》教学案例--徐飞

DNA 是主要的遗传物质教学案例一 教学分析1 教材分析 DNA是主要的遗传物质一节是人教版新课标教材必修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) 、阐明了染色体在亲代和子代遗传中所起的联系作用， 并且了解染色体的主要成分是DNA和蛋白质的基础上来学习的。这节内容还与本册教材第六章 基因工程及其应用有一定的联系， 同时提到了一些在自然科学研究中常用的实验方法，这为后面选修课生物技术与实践的学习也做了很好的铺垫，因此这节内容在高中阶段生物科学习中有着重要低位。由于当时认识水平有限，所以在相当长的时间里，人们一直认为蛋白质是生物体的遗传物质，那么，遗传物质究竟是DNA还是蛋白质呢？教材通过问题探讨在此埋下伏笔，然后通过两个经典实验证明了遗传物质是DNA。最后教材通过烟草花叶病毒感染烟草的实验，说明有些病毒体内的核酸只有RNA没有 DNA，其中的 RNA就是它的遗传物质，进一步归纳出“ DNA是主要的遗传物质”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，是进行探究式学习的极佳素材。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。2 学情分析通过前面的学习，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，了解了生物生殖发育过程，掌握了染色体、蛋白质与DNA 的化学组成等相关知识，熟悉同位素标记技术生物科学研究中的应用，这为新知识的学习奠定了基础。再加上我校 “研究性学习” 课程的开设，学生初步掌握了探究实验的一些基本方法， 也初步培养了他们提出问题， 分析问题和解决问题的能力。“创新意识”的培养也加强了他们对新事物探究的激情，这都是开展探究性学习的极佳条件。二 教学策略1 教师教法根据新课程理念，高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、 科学精神等生物学科学素养，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目标，以培养学生的科学素质为指导，侧重科学方法教育为目标，采用“探究发现”教学模式。通过引导学生模拟科学发现过程，启发学生积极思考，从而达到提高学生探究能力，训练学生科学思维方法的目标。 “2 学生学法学生可采用观察、阅读、讨论，比较法，归纳法等进行分析、归纳和总结，通过学生的自主学习和探究学习培养他们对生物学科的兴趣。三 教学目标1 三维目标知识目标 总结“ DNA是主要的遗传物质”的科学探索过程。 知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。 理解 DNA是主要的遗传物质能力目标 通过分析证明DNA是遗传物质的实验设计思路，逻辑思维能力得以提高。 通过“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验，由特殊到一般的归纳思维能力得以提高。情感态度与价值观 通过总结DNA是遗传物质的科学探索过程，学习科学家善于总结他人经验、在工作中互相合作，严谨求实的科学态度以及对真理追求不懈的科学精神。 遗传物质主要是DNA，也有 RNA，强调了生命的物质性，树立辩证唯物主义世界观。 认同科学与技术的关系，二者相互促进，相辅相成。2 教学重点 肺炎双球菌转化实验的原理和过程。 噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。3 教学难点 噬菌体侵染细菌实验的过程和结论。 如何理解DNA是主要的遗传物质。 探究科学发现过程来学习科学研究方法4 教具准备多媒体教学，噬菌体侵染细菌的Flash 动画5 课时安排1 课时四 教学过程教学教师的组织和引导学生活动教学意图环节通过前面的学习，大家对有丝分裂、减数分裂以及受精作用的过程有了设深入了解，在研究这它们的过程中，科通 过 对 前疑学家发现有一种物质在这三个过程中，思考回答： 是染色体数目的面所学知识的导行为有着规律性的变化，是什么物质变化回忆和总结，入呢？为下面引入遗根据学生的回答具体引导在这三思考回答： 染色体可能在生传物质做铺垫个过程中染色体数目的具体变化，进一物的遗传中起重要作用步引导大家猜想，染色体可能和生物体为下面探讨什的什么现象有关？么是遗传物质染色体的主要成分是什么呢？回答是 DNA 和蛋白质做好铺垫那么起遗传作用的究竟是DNA 还是提出探究的问蛋白质呢？这个问题当时在科学界引题，引起悬念起了激烈的争论。接下来引导学生探讨，如果作为一学生讨论总结四点种遗传物质，应该具备什么特点？能准确的进行自我复制，为当时科学家多媒体显示当时科学家对DNA 和蛋传递给下一代。们判断 DNA 和白质的认识水平：要有储存大量遗传信息蛋白质哪个更对蛋白质的认识水平：的能力适合做遗传物认识到蛋白质是由许多种氨基酸连结构要比较稳定， 不容易质提供依据引接成的生物大分子被破坏导对 DNA 的认识水平：能控制生物的性状和代探还不清楚 DNA 的结构， 只知道它是谢讨由 4 种脱氧核苷酸连接成的大分子。提出问题：如果你是当时的一位科讨论作答： 蛋白质更适学家，对 DNA 和蛋白质的认识仅限于合作遗传物质，因为DNA通过设疑，上述水平，你觉得那个更适合做遗传物仅由 4 种脱氧核苷酸组成，让学生自己得质？为什么？很难和生物多样性联系在出曾经一个错提出由于当时认识水平的限制，科一起， 而组成蛋白质的氨基误的观点，从学家曾经认为蛋白质是生物体的遗传酸有许多种， 在各种各样的中总结出知识物质。排列顺序中很可能就蕴藏水平决定决定引接下来介绍这个观点最早被美国了大量的遗传信息。认知水平。科学家艾弗里提出质疑，他是在总结英国科学家格里菲斯的实验基础上，进一导步通过自己的实验证据提出遗传物质引入本节课的是 DNA 。第一个关键实一 肺炎双球菌的转化实验验。激发学生探1 实验材料科学探究的热介绍此菌可感染人和老鼠，顺便解情释“败血症” ，接下来多媒体课件R 菌讨和 S 菌的不同之处，强调荚膜的存在才使得 S 菌表现出毒性。2 实验过程多媒体展示肺炎双球菌的四组转化实验并提出问题：预测第一组和第二组实验结果会怎回答第一组小鼠不会死， 因样？为什么？为 R 菌没有毒性， 第二组小第三组的“加热杀死” 是什么意思？鼠会死， 因为 S 菌是有毒性加热的温度控制在多少度？的。让学生沿着科教师指出加热的温度一般不超过90 度，学发展的轨迹杀死是指 S 菌失去了感染能力，但里面观察问题，发的遗传物质并没有被破坏。积极思考得出 S 菌应该是由现问题，提出第四组实验里活的S 菌是怎么来活的 R 菌转化而来的。问题并进一步的？分析问题。提取出的 S 菌的后代仍然是S 菌，思考作答： 说明这种转化这说明什么？是可以遗传的。究竟是什么物质使R 菌转化为有毒的 S 菌？思考讨论教师多媒体显示格里菲思的猜测：在加热杀死的S 菌中必然存在某种“转化因子” 使 R 菌转化为有毒的S 菌 如果你是当时的一位科学家，为了引 弄清楚这种转化因子到底是什么物质，你该如何设计这个实验？导引入美国科学家艾弗里和他同事们的工作，课件显示他们的实验设计和观探 察到的结果，引导学生分析：只有加入哪种物质R 菌才能转化为讨 S 菌呢？ 加入 DNA 以后所有的 R 菌都能转化吗？这说明什么？教师补充转化的效率其实是比较低的。 DNA 水解物是什么？解释是加入 DNA 酶，把 DNA 降解脱氧核苷酸，说明只有完整的 DNA 才能发生转化作用。 艾弗里的实验说明什么？ 艾弗里的实验思路和研究成果对我们有什么启示？介绍由于艾弗里所提 DNA 纯度不够高，还含有少量蛋白质，所以在他提出结论之后，并没有被所有的科学家认同进一步引导学生开放思维， DNA 纯度不够高，在实验中可能是什么起了转化作用？由于此实验的不完美引入下一个实验二 噬菌体侵染细菌的实验1 噬菌体的结构2 噬菌体的繁殖学生思考讨论，提出自己的实验设计思路。加入 DNA从课件中得出并不是所有的 R 菌都能转化成 S 菌。说明真正起转化作用的是DNA分析比较得出关键思路在于把DNA和蛋白质分开来，单独观察它们的作用。进一步总结归纳出科学探究要有科学思路，要善于总结他人经验引导学生回忆病毒的组成培养学生科学思维和科学探究的能力培养学生分析问题，归纳结论的能力培养学生分析问题，归纳结论的能力使学生了解噬 营寄生生活 在遗传信息的指导下进行繁殖繁殖原料来自宿主大肠杆菌子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。3 放射性同位素标记技术提出问题 到目前为止，一共学到几个利用放射性同位素标记技术的实验？实验中为什么用35S 和 32P 作标记？组织学生阅读教材45 页右上栏的相关信息。通过此项技术表明赫尔希的研究思路是什么？4 实验过程先让学生阅读教材5 8 分钟，掌握菌体繁殖过程，为下面具体分析实验铺回忆共两个： 一是探究光合好基础。作用放出的O2 来自水还是CO2；另一个是研究分泌蛋白合成途径也用到此技术通过不同的标阅读相关信息，得出结论记，使学生经过分析比较后经过分析比较后得出他的归纳出这个实思路和艾弗里一样， 把 DNA验的研究思路和蛋白质完全分开，单独观察它们的作用。实验基本步骤，阅读结束后，教师多媒体课件显示和实验有关的一些问题，了解学生对实验原理和相关步骤的掌握程度，同时强调实验的一些细节，比如保温时间很短，这有助于学生对后面实验现象的分析。接下来教师引导学生先分析 35S 标记的实验现象引导分析思考得出结论主要成分是 上清液放射性很高，说明上清液主被 35S 标记的蛋白质。要成分是什么？ 沉淀物放射性很低，说明在大肠杆猜测应该是没有。菌体内有没有被标记的35S？大肠杆菌裂解释放子代噬菌体进行与猜测一样， 在新的噬菌体检测，与我们刚才预测的结果一样吗？里果真没检测到35S说明噬菌体在繁殖的时候有没有用培养学生分析问题，提出假设，验证假设的能力到蛋白质呢？得出结论：没用到蛋白质多媒体课件显示用32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌的过程，引导学生分析： 上清液放射性很低，说明上清液有学生回答，几乎没有，也就没有 32P 呢？是几乎没有 DNA 了 沉淀物放射性很高，说明在大肠杆菌体内有没有被标记的32P？猜测应该是有32P大肠杆菌裂解释放子代噬菌体进行与猜测一样， 在新的噬菌体检测，与我们刚才预测的结果一样吗？里果真检测到32P 说明噬菌体在繁殖的时候用到了哪分析得出结论：用到DNA种物质？最后引导学生把这两个同位素标记学生进行归纳总结培养学生分析实验综合起来分析，由学生归纳出结噬菌体繁殖时用的是DNA比 较 实 验 现论。而不是蛋白质， 而 ,说明它是象，归纳结论Flash 动画显示噬菌体在大肠杆菌体在 DNA 的指导下完成繁殖的能力内繁殖的过程的，进一步说明DNA 才是它的遗传物质提出问题：教材 45 页右下栏，在上述实验中，如果用 14C 和 18O 标记行吗？学生思考作答教师引导学生回顾历经24 年对遗传学生总结培养学生正确物质的探索过程，启发学生从中得到那科学探索是艰辛曲折的的科学认识和些启示？科学研究是一个不断纠对科学坚持不正错误，发现整理的过程懈 探 索 的 精要科学的选择实验材料神，科学发展需要技术支持进问题 : 遗传物质都是 DNA吗？一通过烟草花叶病病毒感染烟草的实看书思考树立辩证唯物步验，得出除了 DNA之外，有些病毒体内主义世界观探的 RNA是该病毒的遗传物质究归细胞生物遗传物质是DNA纳非细胞生物的遗传物质是DNA或总 RNA, 所以说 DNA 是主要的遗传物质。结问题：上述两个经典实验能证明 DNA是主要的遗传物质吗？五 板书(一 ) 肺炎双球菌的转化实验1 材料： R 菌， S 菌，小鼠2 过程：R，没死 S，死 S （加热杀死），没死 R S(加热杀死 )，死思考作答：只能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA 是主要的遗传物质。3 结论：“转化因子”存在，使R 菌转化为S 菌艾弗里：分离，单独转化结论： DNA才是遗传物质( 二)噬菌体侵染细菌的实验1 噬菌体结构2 噬菌体繁殖3 放射性同位素标记技术4 实验过程5 结论： DNA才是遗传物质( 三) DNA 是主要的遗传物质细胞生物： DNA非细胞生物： DNA或 RNA六 教学反思“自主性、探究性、合作性”是学生课堂学习的三个基本维度，尤其新课程标准强调要转变学生的学习方式，如果采用传统的教学方法，学生对整节内容理解可能就不会那么透彻，这样也就更谈不上培养学生自主学习和探究能力。采用“探究发现”的教学方式后，通过教师的引导和启发，学生自主的模拟科学发现过程，这就激发了学习的积极性，在思考分析和讨论中，学生的科学想法得以表达和流露，科学探索的热情进一步提高，这对他们研究性学习课程也有一定的指导意义。 而且在课堂上学生也提出了一些具有探讨性的问题，还有一些实验的细节问题，比如噬菌体侵染细菌实验中，保温时间很短，时间如何控制？为什么35S 标记下面沉淀物中放射性很低，而不是没有放射性呢？32P 标记的上清液为什么还会检测到有少量放射性？这些都说明学生已经融入到整个科学探索过程中，同时在探索中领悟到科学探索的艰辛和科学家持之以恒的精神，潜移默化中，也就培养了学生创造性思维品质。