《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》教學案例--徐飛

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1、 《DNA 是主要的遺傳物質(zhì)》教學案例 一 教學分析 1 教材分析 《 DNA是主要的遺傳物質(zhì)》一節(jié)是人教版新課標教材必修 2 第 3 章第 1 節(jié)的內(nèi)容，是在前面 學習了有關(guān)細胞學基礎(chǔ) ( 有絲分裂、 減數(shù)分裂和受精作用 ) 、闡明了染色體在親代和子代遺傳中所 起的聯(lián)系作用， 并且了解染色體的主要成分是 DNA和蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)上來學習的。 這節(jié)內(nèi)容還與本 冊教材第六章 《基因工程及其應(yīng)用》 有一定的聯(lián)系， 同時提到了一些在自然科學研究中常用的實 驗方法，這為后面選修課《生物技術(shù)與實踐》的學習也做了很好的鋪墊，因此這節(jié)內(nèi)容在

2、高中階 段生物科學習中有著重要低位。 由于當時認識水平有限， 所以在相當長的時間里， 人們一直認為 蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)， 那么，遺傳物質(zhì)究竟是 DNA還是蛋白質(zhì)呢？教材通過問題探討在此 埋下伏筆，然后通過兩個經(jīng)典實驗證明了遺傳物質(zhì)是 DNA。最后教材通過煙草花葉病毒感染煙草 的實驗，說明有些病毒體內(nèi)的核酸只有 RNA沒有 DNA，其中的 RNA就是它的遺傳物質(zhì)，進一步歸 納出“ DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一結(jié)論。 本節(jié)內(nèi)容在結(jié)構(gòu)體系上體現(xiàn)了人們對科學理論的認識過程和方法， 是進行探究式學習的極佳 素材。在教學中，通過發(fā)揮學生的主體作用，優(yōu)化課堂

3、結(jié)構(gòu)，妙用科學史實例，把知識的傳授過程優(yōu)化成一個科學的探究過程，讓學生在探究中學習科學研究的方法，從而滲透科學方法教育。 2 學情分析 通過前面的學習， 學生已經(jīng)具備了有絲分裂、 減數(shù)分裂和受精作用等細胞學基礎(chǔ)， 了解了生 物生殖發(fā)育過程，掌握了染色體、蛋白質(zhì)與 DNA 的化學組成等相關(guān)知識，熟悉同位素標記技術(shù) 生物科學研究中的應(yīng)用， 這為新知識的學習奠定了基礎(chǔ)。 再加上我校 “研究性學習” 課程的開設(shè)， 學生初步掌握了探究實驗的一些基本方法， 也初步培養(yǎng)了他們提出問題， 分析問題和解決問題的能力。“創(chuàng)新意識”的培養(yǎng)也加強了他們對新事物探究的激情，這都是開展探究

4、性學習的極佳條件。 二 教學策略 1 教師教法 根據(jù)新課程理念， 高中生物學教學重在培養(yǎng)學生的科學思維、 科學方法、 科學精神等生物學 科學素養(yǎng)，因此，本節(jié)課以“自主探究科學發(fā)現(xiàn)的過程來學習科學研究的方法”為設(shè)計理念，切實落實主體性教學目標，以培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)為指導(dǎo)，側(cè)重科學方法教育為目標，采用“探究－發(fā)現(xiàn)”教學模式。通過引導(dǎo)學生模擬科學發(fā)現(xiàn)過程，啟發(fā)學生積極思考，從而達到提高學生探究能力，訓練學生科學思維方法的目標。 “ 2 學生學法 學生可采用觀察、閱讀、討論，比較法，歸納法等進行分析、歸納和總結(jié)，通過學生的自主學習和探究學習培養(yǎng)他們對生物學科的興

5、趣。 三 教學目標 1 三維目標 知識目標 ⑴ 總結(jié)“ DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的科學探索過程。 ⑵ 知道肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗和“同位素標記法”研究噬菌體侵染細菌所采用的方法，是目前自 然科學研究的主要方法。 ⑶ 理解 DNA是主要的遺傳物質(zhì) 能力目標 ⑴ 通過分析證明 DNA是遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計思路，邏輯思維能力得以提高。 ⑵ 通過“同位素標記法”來研究噬菌體侵染細菌的實驗，由特殊到一般的歸納思維能力得以提 高。 情感態(tài)度與價值觀 ⑴ 通過總結(jié) DNA是遺傳物質(zhì)的科學探索過程，學習科學家善于總結(jié)他

6、人經(jīng)驗、在工作中互相合 作，嚴謹求實的科學態(tài)度以及對真理追求不懈的科學精神。 ⑵ 遺傳物質(zhì)主要是 DNA，也有 RNA，強調(diào)了生命的物質(zhì)性，樹立辯證唯物主義世界觀。 ⑶ 認同科學與技術(shù)的關(guān)系，二者相互促進，相輔相成。 2 教學重點 ⑴ 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程。 ⑵ 噬菌體侵染細菌實驗的原理和過程。 3 教學難點 ⑴ 噬菌體侵染細菌實驗的過程和結(jié)論。 ⑵ 如何理解 DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 ⑶ 探究科學發(fā)現(xiàn)過程來學習科學研究方法 4 教具準備 多媒體教學，噬菌體侵染細菌的 Flash 動畫 5

7、課時安排 1 課時 四 教學過程 教 學 教師的組織和引導(dǎo) 學生活動 教學意圖 環(huán) 節(jié) 通過前面的學習，大家對有絲分 裂、減數(shù)分裂以及受精作用的過程有了 設(shè) 深入了解，在研究這它們的過程中，科 通 過 對 前 疑 學家發(fā)現(xiàn)有一種物質(zhì)在這三個過程中， 思考回答： 是染色體數(shù)目的 面所學知識的 導(dǎo) 行為有著規(guī)律性的變化，是什么物質(zhì) 變化 回憶和總結(jié)， 入 呢？ 為下面引入遺 根據(jù)學生的回答具體引導(dǎo)在這三 思考回答： 染色體可能

8、在生 傳物質(zhì)做鋪墊 個過程中染色體數(shù)目的具體變化，進一 物的遺傳中起重要作用 步引導(dǎo)大家猜想，染色體可能和生物體 為下面探討什 的什么現(xiàn)象有關(guān)？ 么是遺傳物質(zhì) 染色體的主要成分是什么呢？ 回答是 DNA 和蛋白質(zhì) 做好鋪墊 那么起遺傳作用的究竟是 DNA 還是 提出探究的問 蛋白質(zhì)呢？這個問題當時在科學界引 題，引起懸念 起了激烈的爭論。 接下來引導(dǎo)學生探討，如果作為一 學生討論總結(jié)四點 種遺傳物質(zhì)，應(yīng)該具備什么特點？ ①能準確的進行自我復(fù)制， 為當時科學家 多媒體顯示

9、當時科學家對 DNA 和蛋 傳遞給下一代。 們判斷 DNA 和 白質(zhì)的認識水平： ②要有儲存大量遺傳信息 蛋白質(zhì)哪個更 對蛋白質(zhì)的認識水平： 的能力 適合做遺傳物 認識到蛋白質(zhì)是由許多種氨基酸連 ③結(jié)構(gòu)要比較穩(wěn)定， 不容易 質(zhì)提供依據(jù) 引 接成的生物大分子 被破壞 導(dǎo) 對 DNA 的認識水平： ④能控制生物的性狀和代 探 還不清楚 DNA 的結(jié)構(gòu)， 只知道它是 謝 討 由 4 種脫氧核苷酸連接成的大分子。 提出問題：如果你是當時的一位科 討論作答： 蛋白質(zhì)更適 學家，對 DNA

10、 和蛋白質(zhì)的認識僅限于 合作遺傳物質(zhì)，因為DNA 通過設(shè)疑， 上述水平，你覺得那個更適合做遺傳物 僅由 4 種脫氧核苷酸組成， 讓學生自己得 質(zhì)？為什么？ 很難和生物多樣性聯(lián)系在 出曾經(jīng)一個錯 提出由于當時認識水平的限制，科 一起， 而組成蛋白質(zhì)的氨基 誤的觀點，從 學家曾經(jīng)認為蛋白質(zhì)是生物體的遺傳 酸有許多種， 在各種各樣的 中總結(jié)出知識 物質(zhì)。 排列順序中很可能就蘊藏 水平?jīng)Q定決定 引 接下來介紹這個觀點最早被美國 了大量的遺傳信息。 認知水平。 科學家艾弗里提出質(zhì)疑，他是在總結(jié)英 國科學家

11、格里菲斯的實驗基礎(chǔ)上，進一 導(dǎo) 步通過自己的實驗證據(jù)提出遺傳物質(zhì) 引入本節(jié)課的 是 DNA 。 第一個關(guān)鍵實 一 肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗 驗。激發(fā)學生 探 1 實驗材料 科學探究的熱 介紹此菌可感染人和老鼠，順便解 情 釋“敗血癥” ，接下來多媒體課件 R 菌 討 和 S 菌的不同之處，強調(diào)莢膜的存在才 使得 S 菌表現(xiàn)出毒性。 2 實驗過程 多媒體展示肺炎雙球菌的四組轉(zhuǎn)化 實驗并提出問題： ① 預(yù)測第一組和第二組實驗結(jié)果會怎 回答第一組小鼠不會死， 因 樣

12、？為什么？ 為 R 菌沒有毒性， 第二組小 ② 第三組的“加熱殺死” 是什么意思？ 鼠會死， 因為 S 菌是有毒性 加熱的溫度控制在多少度？ 的。 讓學生沿著科 教師指出加熱的溫度一般不超過 90 度， 學發(fā)展的軌跡 殺死是指 S 菌失去了感染能力，但里面 觀察問題，發(fā) 的遺傳物質(zhì)并沒有被破壞。 積極思考得出 S 菌應(yīng)該是由 現(xiàn)問題，提出 ③ 第四組實驗里活的 S 菌是怎么來 活的 R 菌轉(zhuǎn)化而來的。 問題并進一步 的？ 分析問題。 ④ 提取出的 S 菌的后代仍然是 S 菌， 思考

13、作答： 說明這種轉(zhuǎn)化 這說明什么？ 是可以遺傳的。 ⑤ 究竟是什么物質(zhì)使 R 菌轉(zhuǎn)化為有毒 的 S 菌？ 思考討論 教師多媒體顯示格里菲思的猜測： 在加熱殺死的 S 菌中必然存在某種 “轉(zhuǎn)化因子” 使 R 菌轉(zhuǎn)化為有毒的 S 菌 ⑥ 如果你是當時的一位科學家，為了引 弄清楚這種轉(zhuǎn)化因子到底是什么物質(zhì)， 你該如何設(shè)計這個實驗？ 導(dǎo) 引入美國科學家艾弗里和他同事們 的工作，課件顯示他們的實驗設(shè)計和觀探 察到的結(jié)果，引導(dǎo)學生分析： ① 只有加入哪種物質(zhì) R

14、菌才能轉(zhuǎn)化為 討 S 菌呢？ ② 加入 DNA 以后所有的 R 菌都能轉(zhuǎn)化嗎？這說明什么？ 教師補充轉(zhuǎn)化的效率其實是比較低的。 ③ DNA 水解物是什么？ 解釋是加入 DNA 酶，把 DNA 降解脫氧核苷酸，說明只有完整的 DNA 才能發(fā)生轉(zhuǎn)化作用。 ④ 艾弗里的實驗說明什么？ ⑤ 艾弗里的實驗思路和研究成果對我們有什么啟示？ 介紹由于艾弗里所提 DNA 純度不夠高，還含有少量蛋白質(zhì)，所以在他提出結(jié)論之后，并沒有被所有的科學家認同 進一步引導(dǎo)學生開放思維， DNA 純度不夠高，在實驗中可能是什么起了轉(zhuǎn)化作用？ 由于此實

15、驗的不完美引入下一個實 驗 二 噬菌體侵染細菌的實驗 1 噬菌體的結(jié)構(gòu) 2 噬菌體的繁殖  學生思考討論，提出自己的實驗設(shè)計思路。 加入 DNA 從課件中得出并不是所有的 R 菌都能轉(zhuǎn)化成 S 菌。 說明真正起轉(zhuǎn)化作用的是 DNA 分析比較得出關(guān)鍵思路在 于把 DNA 和蛋白質(zhì)分開 來，單獨觀察它們的作用。 進一步總結(jié)歸納出科學

16、探 究要有科學思路， 要善于總 結(jié)他人經(jīng)驗 引導(dǎo)學生回憶病毒的組成  培養(yǎng)學生科學 思維和科學探 究的能力 培養(yǎng)學生分析 問題，歸納結(jié) 論的能力 培養(yǎng)學生分析 問題，歸納結(jié) 論的能力

17、 使學生了解噬 ① 營寄生生活 ② 在遺傳信息的指導(dǎo)下進行繁殖 ③ 繁殖原料來自宿主大腸桿菌 ④ 子代噬菌體從宿主細胞裂解釋放。 3 放射性同位素標記技術(shù)提出問題 ① 到目前為止，一共學到幾個利用放 射性同位素標記技術(shù)的實驗？ ② 實驗中為什么用 35S 和 32P 作標記？ 組織學生閱讀教材 45 頁右上欄的相關(guān) 信息。 ③ 通過此項技術(shù)表明赫爾希的研究思 路是什么？ 4 實驗過程 先讓學生閱

18、讀教材 5～ 8 分鐘，掌握  菌體繁殖過 程，為下面具 體分析實驗鋪 回憶共兩個： 一是探究光合 好基礎(chǔ)。 作用放出的 O2 來自水還是 CO2；另一個是研究分泌蛋 白合成途徑也用到此技術(shù) 通過不同的標 閱讀相關(guān)信息，得出結(jié)論 記，使學生經(jīng) 過分析比較后 經(jīng)過分析比較后得出他的 歸納出這個實 思路和艾弗里一樣， 把 DNA 驗的研究思路 和蛋白質(zhì)完全分開， 單獨觀 察它們的作用。 實驗基本步驟，閱讀結(jié)束后，教師多媒 體課件顯示和實驗有關(guān)的一些問題

19、，了 解學生對實驗原理和相關(guān)步驟的掌握 程度，同時強調(diào)實驗的一些細節(jié)，比如 保溫時間很短，這有助于學生對后面實 驗現(xiàn)象的分析。接下來教師引導(dǎo)學生先 分析 35S 標記的實驗現(xiàn)象 引導(dǎo)分析 思考得出結(jié)論主要成分是 ① 上清液放射性很高，說明上清液主 被 35S 標記的蛋白質(zhì)。 要成分是什么？ ② 沉淀物放射性很低，說明在大腸桿 猜測應(yīng)該是沒有。 菌體內(nèi)有沒有被標記的 35S？ ③大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體進行 與猜測一樣， 在新的噬菌體 檢測，與我們剛才預(yù)測的結(jié)果一樣嗎？ 里果真沒檢測到 3

20、5S ④說明噬菌體在繁殖的時候有沒有用  培養(yǎng)學生分析 問題，提出假 設(shè)，驗證假設(shè) 的能力 到蛋白質(zhì)呢？ 得出結(jié)論：沒用到蛋白質(zhì) 多媒體課件顯示用 32P 標記的噬菌體侵 染大腸桿菌的過程，引導(dǎo)學生分析： ① 上清液放射性很低，說明上清液有 學生回答，幾乎沒有，也就 沒有 32 P 呢？ 是幾乎沒有 DNA 了 ②

21、沉淀物放射性很高，說明在大腸桿 菌體內(nèi)有沒有被標記的 32P？ 猜測應(yīng)該是有 32P ③大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體進行 與猜測一樣， 在新的噬菌體 檢測，與我們剛才預(yù)測的結(jié)果一樣嗎？ 里果真檢測到 32P ④ 說明噬菌體在繁殖的時候用到了哪 分析得出結(jié)論：用到 DNA 種物質(zhì)？ 最后引導(dǎo)學生把這兩個同位素標記 學生進行歸納總結(jié) 培養(yǎng)學生分析 實驗綜合起來分析，由學生歸納出結(jié) 噬菌體繁殖時用的是 DNA 比 較 實 驗 現(xiàn) 論。 而不是蛋白質(zhì)， 而 ,說明它是 象，歸納結(jié)論

22、Flash 動畫顯示噬菌體在大腸桿菌體 在 DNA 的指導(dǎo)下完成繁殖 的能力 內(nèi)繁殖的過程 的，進一步說明 DNA 才是 它的遺傳物質(zhì) 提出問題：教材 45 頁右下欄，在上 述實驗中，如果用 14C 和 18O 標記行嗎？ 學生思考作答 教師引導(dǎo)學生回顧歷經(jīng) 24 年對遺傳 學生總結(jié) 培養(yǎng)學生正確 物質(zhì)的探索過程，啟發(fā)學生從中得到那 ①科學探索是艱辛曲折的 的科學認識和 些啟示？ ②科學研究是一個不斷糾 對科學堅持不 正錯誤，發(fā)現(xiàn)整理的過程

23、 懈 探 索 的 精 ③要科學的選擇實驗材料 神， ④科學發(fā)展需要技術(shù)支持 進 問題 : 遺傳物質(zhì)都是 DNA嗎？ 一 通過煙草花葉病病毒感染煙草的實 看書思考 樹立辯證唯物 步 驗，得出除了 DNA之外，有些病毒體內(nèi) 主義世界觀 探 的 RNA是該病毒的遺傳物質(zhì) 究 歸 細胞生物遺傳物質(zhì)是 DNA 納 非細胞生物的遺傳物質(zhì)是 DNA 或 總 RNA, 所以說 DNA 是主要的遺傳物質(zhì)。 結(jié)問題：上述兩個經(jīng)典實驗?zāi)茏C明 DNA 是主要的遺傳物質(zhì)嗎

24、？ 五 板書 (一 ) 肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗 1 材料： R 菌， S 菌，小鼠 2 過程：① R，沒死 ② S，死 ③ S （加熱殺死），沒死 ④ R＋ S(加熱殺死 )，死  思考作答：只能證明 DNA 是遺傳物質(zhì)，但不能證明 DNA 是主要的遺傳物質(zhì)。 3 結(jié)論：“轉(zhuǎn)化因子”存在，使 R 菌轉(zhuǎn)化為 S 菌 艾弗里：分離，單獨轉(zhuǎn)化 結(jié)論： DNA才是遺傳物質(zhì) ( 二) 噬菌體侵染細菌的實驗 1 噬菌體結(jié)構(gòu) 2 噬菌體

25、繁殖 3 放射性同位素標記技術(shù) 4 實驗過程 5 結(jié)論： DNA才是遺傳物質(zhì) ( 三) DNA 是主要的遺傳物質(zhì) 細胞生物： DNA 非細胞生物： DNA或 RNA 六 教學反思 “自主性、探究性、合作性”是學生課堂學習的三個基本維度，尤其新課程標準強調(diào)要轉(zhuǎn)變 學生的學習方式， 如果采用傳統(tǒng)的教學方法， 學生對整節(jié)內(nèi)容理解可能就不會那么透徹， 這樣也 就更談不上培養(yǎng)學生自主學習和探究能力。采用“探究－發(fā)現(xiàn)”的教學方式后，通過教師的引導(dǎo) 和啟發(fā)，學生自主的模擬科學發(fā)現(xiàn)過程，這就激發(fā)了學習的積極性，在思考分析和討論中，學生 的科學想法得以表達和流露， 科學探索的熱情進一步提高， 這對他們研究性學習課程也有一定的 指導(dǎo)意義。 而且在課堂上學生也提出了一些具有探討性的問題， 還有一些實驗的細節(jié)問題， 比如 噬菌體侵染細菌實驗中，保溫時間很短，時間如何控制？為什么 35S 標記下面沉淀物中放射性很 低，而不是沒有放射性呢？ 32P 標記的上清液為什么還會檢測到有少量放射性？這些都說明學生 已經(jīng)融入到整個科學探索過程中，同時在探索中領(lǐng)悟到科學探索的艱辛和科學家持之以恒的精 神，潛移默化中，也就培養(yǎng)了學生創(chuàng)造性思維品質(zhì)。