《核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)》教學(xué)設(shè)計(jì)

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1、《核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)》教學(xué)設(shè)計(jì) 一、學(xué)習(xí)任務(wù)分析 《核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)》選自浙科版高中生物必修2 《遺傳與進(jìn)化》中第3章第1節(jié)。本節(jié)內(nèi)容既是必修1中染色體是遺傳物質(zhì)的載體、前兩章中孟德爾提出的遺傳因子和遺傳的染色體學(xué)說內(nèi)容的延續(xù)和深入,也為后面學(xué)習(xí)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等內(nèi)容做了知識(shí)鋪墊,因此本節(jié)內(nèi)容在教材編排上起著承上啟下的重要作用。本節(jié)首先是以“問題探討”的形式呈現(xiàn)了曾經(jīng)在科學(xué)界爭議了很長的問題:“ DNA 和蛋白質(zhì)究竟誰是遺傳物質(zhì)?” 目的在于引導(dǎo)學(xué)生思考如何對(duì)這一問題進(jìn)行研究,激發(fā)學(xué)生的探索欲望,在此基礎(chǔ)之上教材詳細(xì)講述了DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)──“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”和“

2、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)”,引導(dǎo)學(xué)生重溫科學(xué)家的探究歷程,領(lǐng)悟科學(xué)的過程和方法,最終得出科學(xué)的結(jié)論。 二、學(xué)習(xí)者分析 本節(jié)課內(nèi)容面對(duì)的是高二的學(xué)生,他們通過初中科學(xué)和前面兩章的學(xué)習(xí),已經(jīng)具備了染色體的化學(xué)組成、蛋白質(zhì)與核酸的元素組成、同位素標(biāo)記技術(shù)在生物科學(xué)研究中的應(yīng)用等相關(guān)知識(shí),這為本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了認(rèn)知基礎(chǔ)。但是學(xué)生對(duì)科學(xué)家是如何證明DNA是遺傳物質(zhì)的探究過程并不清楚。另外,高中的學(xué)生通過必修1的學(xué)習(xí),對(duì)探究性學(xué)習(xí)有了一定的熟悉,相關(guān)能力得到了一定的培養(yǎng),觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ殉醪叫纬桑@為本節(jié)課進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)建立了有效的能力保證。但是遺傳物質(zhì)的本質(zhì)屬于微觀分子世界,學(xué)生缺少直觀的體驗(yàn)。而且,

3、本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容涉及的實(shí)驗(yàn),在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件下是不可能完成的,這需要學(xué)生具備較強(qiáng)的的邏輯思維能力和歸納分析能力。因此,教學(xué)中要循序漸進(jìn),盡量聯(lián)系學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí),一步步引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)為什么DNA是遺傳物質(zhì),為什么DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 三、教學(xué)目標(biāo) (一)知識(shí)目標(biāo) 通過肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)的一系列探究,理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 (二)能力目標(biāo) 1. 通過肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),能夠證明DNA是遺傳物質(zhì)的最關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路,訓(xùn)練科學(xué)的邏輯思維的能力,體驗(yàn)科學(xué)探究的基本方法。 2. 用“同位素標(biāo)記法”來研究噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn),說明DNA是遺傳物質(zhì),蛋白

4、質(zhì)不是遺傳物質(zhì),訓(xùn)練由特殊到一般的科學(xué)歸納的思維能力。 (三)情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 通過模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程,培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和不斷探究的精神,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生唯物辯證觀的樹立。 四、教學(xué)重難點(diǎn) (一)教學(xué)重點(diǎn) 1. 噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)分析。 2. 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的原理和過程的分析。 3. DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 (二)教學(xué)難點(diǎn) 1. 活動(dòng):資料分析——噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。 2. 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)原理和過程的分析。 五、教學(xué)方法 討論、探究。 六、教學(xué)準(zhǔn)備 多媒體課件。 七、教學(xué)過程 (一)創(chuàng)設(shè)情境,設(shè)疑導(dǎo)入 幻燈片展示林志穎、

5、張亮、田亮以及他們孩子的照片,并向?qū)W生說明“遺傳現(xiàn)象”指生物親代與子代之間的相似現(xiàn)象。然后提出問題:那么,生物體為什么會(huì)表現(xiàn)出遺傳現(xiàn)象?教師引導(dǎo):哲學(xué)上有這樣一個(gè)論斷,認(rèn)為世界是物質(zhì)的,任何事情的發(fā)生,都有其物質(zhì)基礎(chǔ),同樣,生物體之所以會(huì)表現(xiàn)出遺傳現(xiàn)象,是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在遺傳物質(zhì)。那么,生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)是什么呢? (19世紀(jì)中期,孟德爾通過豌豆實(shí)驗(yàn)證明了生物的性狀是由遺傳因子控制,20世紀(jì)初期,摩爾根通過果蠅實(shí)驗(yàn)證明了:基因位于染色體上,20世紀(jì)中葉,科學(xué)家發(fā)現(xiàn):染色體主要有蛋白質(zhì)和DNA組成,那么遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA呢?) (二)逐步引導(dǎo),深入探究 現(xiàn)在大家都認(rèn)為遺傳物質(zhì)是DN

6、A,但這一結(jié)論是由科學(xué)家們經(jīng)過長期的質(zhì)疑與探索才得到的。 1. 對(duì)遺傳物質(zhì)的早期推測 20世紀(jì)20年代,人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是由多種氨基酸連接而成的生物大分子。各種氨基酸可以按照不同的方式排列,形成不同的蛋白質(zhì)。這就使人們很自然地想到,氨基酸多種多樣的排列順序,可能蘊(yùn)含著遺傳信息。因此,當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為,蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。 那么,科學(xué)家是如何認(rèn)識(shí)DNA是遺傳物質(zhì)的呢,讓我們一起重溫科學(xué)家對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)過程吧。 2. 肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) (1)格里菲思的實(shí)驗(yàn) 講述并投影兩種菌落的比較; ? 菌落 莢膜 毒性 R型菌落 粗糙 無莢膜 無毒 S型菌落

7、光滑 有莢膜 有毒 多媒體課件展示格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(4組,見教材43頁)。提問: ①分析第一、二組說明什么?第二、三組說明什么? (第一、二組說明了R型細(xì)菌不具有致死性,S型細(xì)菌具有致死性;第二、三組說明了死亡的S型細(xì)菌不具有致死性。) ②第四組實(shí)驗(yàn)中,從死亡小鼠體內(nèi)分離出的S型活細(xì)菌從何而來? (R型活菌 + S型死菌 轉(zhuǎn)化 S型活菌) ③為什么無毒的R型活菌可以轉(zhuǎn)化成有毒的S型活菌呢? (R型活細(xì)菌 S型活細(xì)菌) 殺死的S型細(xì)菌中的“轉(zhuǎn)化因子” ④轉(zhuǎn)化而來的S型活菌的后代也是有毒性的S型細(xì)菌又說明了什么? (轉(zhuǎn)化而來

8、的性狀可以遺傳) 過渡并設(shè)疑:格里菲思當(dāng)時(shí)通過這個(gè)實(shí)驗(yàn),他就得出“已經(jīng)被加熱殺死的S型細(xì)菌中,必然含有某種促成這一轉(zhuǎn)化的活性物質(zhì)(轉(zhuǎn)化因子)結(jié)論”。那么這種轉(zhuǎn)化因子究竟是什么物質(zhì)呢?S菌的化學(xué)成分很多,要找到轉(zhuǎn)化因子,最關(guān)鍵的思路是什么?如果讓你來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步探究“轉(zhuǎn)化因子”是什么物質(zhì),你將如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)? (提示:設(shè)計(jì)思路,設(shè)法把DNA與蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)分開,單獨(dú)研究他們各自的作用。) (2)艾弗里及其同事的實(shí)驗(yàn) ①實(shí)驗(yàn)材料:選用肺炎雙球菌。 ②假設(shè):DNA是遺傳物質(zhì)。 ③實(shí)驗(yàn)操作:將S型細(xì)菌中的多糖、 蛋白質(zhì)、脂類和DNA等提取出來,分別與R 型細(xì)菌進(jìn)行混合。(多媒體課件演

9、示實(shí)驗(yàn)過程) ④預(yù)期結(jié)果:只有DNA與R型細(xì)菌進(jìn)行混合,才能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌。 ⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)果:與預(yù)期結(jié)果吻合。 ⑥分析結(jié)論:DNA是遺傳物質(zhì)。 艾弗里和他的同事的結(jié)論:DNA是轉(zhuǎn)化因子,是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。即DNA是遺傳物質(zhì);蛋白質(zhì)等物質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。 3. 噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn) 艾弗里的實(shí)驗(yàn)證明了DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì),說明DNA才是遺傳物質(zhì)。但是艾弗里轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)所提取的DNA純度最高時(shí),還含有少量的蛋白質(zhì)(至少含0.02%)。那么,有沒有更好的材料,可以不用經(jīng)過人工提純DNA,就能單獨(dú)地去觀察DNA或蛋白質(zhì)的作用呢? (1)介紹T2噬菌

10、體的結(jié)構(gòu)和成分。(強(qiáng)調(diào)其成分簡單) 噬菌體是一種寄生在細(xì)菌體內(nèi)的病毒,它的外殼是蛋白質(zhì),頭部內(nèi)含有DNA,它侵染細(xì)菌后,就會(huì)在自身遺傳物質(zhì)的作用下,利用細(xì)菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身的組成成分,進(jìn)行大量的增殖。 (2)尋找實(shí)驗(yàn)的方法——同位素標(biāo)記法。 提出問題:實(shí)驗(yàn)中為什么用35S和32P作標(biāo)記? 講述獲取35S 或 32P 標(biāo)記的噬菌體的方法:先用含35SO42-的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌,再用噬菌體去感染這種大腸桿菌,從而獲得蛋白質(zhì)被35S標(biāo)記的噬菌體;先用含32PO43-的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌,再用噬菌體去感染這種大腸桿菌,從而獲得DNA被32P標(biāo)記。 (3)實(shí)驗(yàn)過程 組織學(xué)生閱讀教材49

11、頁上的相關(guān)信息先讓學(xué)生閱讀教材2~3分鐘,掌握實(shí)驗(yàn)基本步驟,閱讀結(jié)束后,教師多媒體課件顯示和實(shí)驗(yàn)有關(guān)的一些問題,了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和相關(guān)步驟的掌握程度,同時(shí)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的一些細(xì)節(jié),比如保溫時(shí)間很短,這有助于學(xué)生對(duì)后面實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析。具體過程如下: ①用放射性同位素35S和32P分別標(biāo)記一部分噬菌體; ②被標(biāo)記的噬菌體分別侵染細(xì)菌; ③當(dāng)噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)大量增殖時(shí),對(duì)被標(biāo)記物質(zhì)進(jìn)行放射性測試。 思考與討論: ①噬菌體有DNA和蛋白質(zhì)兩種組分,用35S和32P分別標(biāo)記噬菌體的哪一種組分?用14C和18O等同位素可行嗎,為什么? _______________________________

12、_______________________________________________。 ②實(shí)驗(yàn)過程中攪拌的目的是什么?離心的目的是什么?_____________________________________________________________________________。 ③離心后沉淀物與上清液各有什么成分? _____________________________________________________________________________。 ④結(jié)果 親代噬菌體 寄主細(xì)胞內(nèi) 子代噬菌體 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 35S標(biāo)記蛋白質(zhì) ? ?

13、 ? 32P標(biāo)記DNA ? 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,噬菌體在細(xì)菌內(nèi)的增殖是在 的作用下完成的。 多媒體課件顯示用35S標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌的過程,引導(dǎo)學(xué)生分析: ① 上清液放射性很高,說明上清液主要成分是什么? ② 沉淀物放射性很低,說明在大腸桿菌體內(nèi)有沒有被標(biāo)記的35S? ③大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體進(jìn)行檢測,與我們剛才預(yù)測的結(jié)果一樣嗎? ④說明噬菌體在繁殖的時(shí)候有沒有用到蛋白質(zhì)呢?親代噬菌體的蛋白質(zhì)還是DNA進(jìn)入了子代? 多媒體課件顯示用32P標(biāo)記的噬菌體侵染大腸桿菌的過程,引導(dǎo)學(xué)生分析: ① 上清液放射性很低,說明上清液有沒有32P呢? ②

14、 沉淀物放射性很高,說明在大腸桿菌體內(nèi)有沒有被標(biāo)記的32P? ③大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體進(jìn)行檢測,與我們剛才預(yù)測的結(jié)果一樣嗎? ④ 說明噬菌體在繁殖的時(shí)候用到了哪種物質(zhì)? 最后引導(dǎo)學(xué)生把這兩個(gè)同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)綜合起來分析,由學(xué)生歸納出結(jié)論:噬菌體繁殖時(shí)用的是DNA而不是蛋白質(zhì),說明它是在DNA的指導(dǎo)下完成繁殖的,進(jìn)一步說明DNA才是它的遺傳物質(zhì)。Flash動(dòng)畫顯示噬菌體在大腸桿菌體內(nèi)繁殖的過程 4. 煙草花葉病毒的重建實(shí)驗(yàn) 進(jìn)一步探究問題:遺傳物質(zhì)都是DNA嗎?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有些病毒不含DNA,只含蛋白質(zhì)和RNA,比如煙草花葉病毒。它能感染煙草,出現(xiàn)相應(yīng)的病癥。煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是什

15、么呢?課件展示煙草花葉病毒重建實(shí)驗(yàn)過程。 總結(jié):細(xì)胞生物遺傳物質(zhì)是DNA非細(xì)胞生物的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA,所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 教師引導(dǎo)學(xué)生回顧科學(xué)家對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程,啟發(fā)學(xué)生從中得到那些啟示? ①科學(xué)探索是艱辛曲折的; ②科學(xué)研究是一個(gè)不斷糾正錯(cuò)誤,發(fā)現(xiàn)整理的過程; ③要科學(xué)的選擇實(shí)驗(yàn)材料; ④科學(xué)發(fā)展需要技術(shù)支持。 (三)課堂小結(jié) 核酸是一切生物的遺傳物質(zhì);具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物和大多數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是DNA,少數(shù)RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA,即DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 (四)習(xí)題鞏固 1. 格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了( ) A.DNA是

16、遺傳物質(zhì) B.RNA是遺傳物質(zhì) C.蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì) D.加熱殺死的S型菌中含有“轉(zhuǎn)化因子” 2. 在證明DNA是遺傳物質(zhì)的幾個(gè)著名經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路中最關(guān)鍵的是 A. 要用同位素標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì) B. 要分離DNA和蛋白質(zhì) C. 要得到噬菌體和肺炎雙球菌 D. 要區(qū)分DNA和蛋白質(zhì),單獨(dú)觀察它們作用 3. 噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)證明( ) A.RNA是遺傳物質(zhì) B.DNA是遺傳物質(zhì) C.蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì) D.多糖是遺傳物質(zhì) 4. 用甲種病毒的RNA與乙種病毒的蛋白質(zhì)外殼組裝成一種病毒丙,以病毒丙侵染宿主細(xì)胞,在宿主細(xì)胞中產(chǎn)生大量子代

17、病毒,子代病毒具有的特征是( ) A.甲種病毒的特征 B.乙種病毒的特征 C.丙種病毒的特征 D.都不是 八、板書設(shè)計(jì) 核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù) (一)對(duì)遺傳物質(zhì)的早期預(yù)測 (二)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 1. 格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 2. 艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) (三)噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)過程: 2. 實(shí)驗(yàn)方法: 3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論: (四)煙草花葉病毒的重建實(shí)驗(yàn) 九、教學(xué)反思 本節(jié)課圍繞三大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)而展開,每個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)時(shí)都設(shè)計(jì)了學(xué)生活動(dòng),但在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)噬菌體侵染細(xì)菌的這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生活動(dòng)還是不太明顯,下次教學(xué)中可以試著讓學(xué)生通過小組討論后,派小組代表來回答,使學(xué)生的主體地位得到更好地體現(xiàn),最后教師對(duì)學(xué)生的回答加以適當(dāng)?shù)赝晟坪脱a(bǔ)充。

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