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《DNA 是主要的遗传物质》一节教学设计

发表时间：2020/7/29 来源：《现代中小学教育》2020年第7期作者：李颖

[导读] 教材分析“DNA 是主要的遗传物质”一节是人教版必修第2 第3 章第1 节的内容,是在前面学习了细胞学基础（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以及明确了基因在染色体上等知识基础上的延伸和发展,并与后面的 DNA 的结构、复制以及基因的功能具有密切联系，因此本节内容起着承上启下的作用。

西北工业大学启迪中学高中生物组李颖

        一、教材分析
        “DNA 是主要的遗传物质”一节是人教版必修第2 第3 章第1 节的内容,是在前面学习了细胞学基础（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以及明确了基因在染色体上等知识基础上的延伸和发展,并与后面的 DNA 的结构、复制以及基因的功能具有密切联系，因此本节内容起着承上启下的作用。
        二、教学目标
        1.通过肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验理解 DNA 是遗传物质。
        2.通过分析两个经典实验的过程，培养学生逻辑思维能力和提高学生设计实验的能力，体验科学探索的艰辛过程。
        3.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，认同科学与技术的关系。
        4.通过对经典实验过程的分析培养学生合作学习、理性思维、科学探究的能力的学科核心素养。
        三、重点和难点
        肺炎双球菌转化实验的原理和过程；噬菌体侵染细菌实验原理和过程；探究科学发现过程学习科学研究方法。
        四、教学过程设计
        （一）教学环节一：提出问题
        教师活动：[提问导入新课];必修二前两章也就是遗传的第一部分介绍了一些重要的人、实验以及发现.孟德尔发现生物的性状是由控制的；约翰逊将遗传因子命名为 __________ ；科学家用显微镜证实了魏斯曼的推测存在____________分裂:萨顿在研究减数分裂时发现__________,因此类比推理：基因在_________ 上；摩尔根用___________ 做实验材料证明了基因确实是在染色体上。基因在人们的认识中再也不是抽象的“遗传因子”了，而是在染色体上一个个小的单位，20 世纪中叶，人们又认识到染色体的主要成分是DNA 和蛋白质,那么作为遗传物质的基因到底是DNA 还是蛋白质呢？它又是如何控制生物性状的？这就是第三和第四章将要揭示的问题即基因的本质和功能。对于谁是遗传物质这个问题生物界曾有过激烈的争论，本节课我们就沿着科学家的足迹重温科学家对遗传物质的探索历程。
       [板书]第三章第一节？是？的遗传物质
        学生活动：学生思考后回答：遗传因子；基因；减数；基因与染色体的行为存在明显的平行关系；果蝇。
        （二）教学环节二：分析问题
        教师活动：[提问]：1.构成蛋白质的氨基酸有多少种？
        2.一个含有 n 个氨基酸的蛋白质，氨基酸的排列顺序有多少种？
        3.构成DNA 的脱氧核苷酸有多少种？
        4.一个含有 n 对脱氧核苷酸的DNA，脱氧核苷酸的排列顺序有多少种？
        [讲授]：通过数字我们可以看出,氨基酸多种多样的排列顺序储存的遗传信息量要比 DNA 要大,但是作为遗传物质,不仅要满足能储存大量遗传信息这一个条件，还要能够精确的自我复制保持亲子代遗传物质的连续性以及结构也要相对稳定等条件，这些都是蛋白质不具备的。虽然当时已经认识到DNA 是由四种脱氧核苷酸组成的，但对它的结构了解的尚不清楚，所以早期认为蛋白质是遗传物质这个观点仍占主导地位。
        学生活动：观察并用语言描述实验过程。引导学生共同分析得出结论： 1.（1）R 型菌无毒。
        （2）S 型菌有毒。没有。从小鼠尸体中分离得到 S 型菌，死亡原因是 S 型菌导致小鼠患败血症。不可能，第三组实验可以否定该假设。
        2.第一、二、三组是对照组，第四组是实验组；每一组给小鼠注射的物质不同，小鼠的生理状况、培养条件等保持一致；每组至少选三只小鼠，避免实验偶然性。3.不能。加热杀死的 S 型细菌细胞内有某种转化因子使R 型转化为S 型。
        （三）教学环节三：思考问题
        教师活动：[提问]：在 S 型细菌细胞中有许多化合物，比如糖类、脂质、蛋白质、DNA 等,如何证明是哪一种成分是转化因子呢？学生讨论寻求有效方法。
        1.实验设计思路。
        2.简述实验过程。
        3.预期实验现象。

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        4.实验结论。
        [讲授]：艾弗里，一位研究细菌的科学家，站在格里菲思推论的基础上，运用一定的科学技术手段，将 S 型细菌的不同成分成功分离,分别与 R 型菌混合培养，发现遗传因子是 DNA 而不是蛋白质。转化的实质是S 型细菌的 DNA 进入 R 型细菌细胞内并整合到了 R 型细菌的DNA 上，实现了细菌之间性状的转移。这也为基因工程提供了原始的理论基础即一种生物的DNA 可以转移到另一种生物体内，并使后者表现出原来没有的性状。
        格里菲斯第四组实验中加热后杀死的 S 型菌的蛋白质的空间结构被破坏，从而变性，而在加热过程中 DNA 氢键断裂，但如果将其缓慢冷却，分离的单链又可得以重聚，恢复其双螺旋结构，因此在一定的温度范围内，加热不会导致 DNA 永久变性。因此,从稳定性这个角度讲蛋白质并不适合作为遗传物质。
        学生活动：学生思考、讨论，回答问题：
        1.设法将 S 细菌的各成分分开，单独分析它们各自的作用。
        2.将 S 型细菌各成分提纯、鉴定，加入到培养了 R 型细菌的培养基中。
        3.只有加入 S 型细菌 DNA 的那一组有 S 型细菌产生。
        4.使 R 型菌转化成S 型菌的转化因子是 DNA，而不是蛋白质，即遗传物质是蛋白质。
        （四）教学环节四：探究问题、解决问题
        教师活动：[讲述]：艾弗里的实验进行了十年，他尝试多种方法将 S 菌的各成分分离,但当时由于技术限制,DNA 纯度最高时也还含有0.02%的蛋白质，又由于当时科学界普遍接受蛋白质是遗传物质的结论，所以很多人仍然认为生物的遗传不能完全排除蛋白质的作用，所以，关于DNA 是遗传物质的争论还在继续！另一个实验能将 DNA 和蛋白质彻底分开证明DNA 是遗传物质噬菌体侵染细菌实验。
        [板书]三、噬菌体侵染细菌实验
        [课件]：展示 T2 噬菌体结构模式图，说明其结构特点、物质组成和培养条件。
        展示其侵染细菌的电镜照片，用动画展示并讲解其侵染过程。
        [引导设疑]：1.实验设计思路？2.噬菌体侵染细菌实验证明DNA 或蛋白质是遗传物质的关键是什么？3.DNA 进入大肠杆菌就能证明4.DNA 是遗传物质了吗？
        5.如何追踪是哪一种物质进入大肠杆菌了呢？
        6.资料显示噬菌体仅蛋白质含有 S，P 几乎都存在于 DNA 分子中，所以选择 32P 和 35S 同时标记噬菌体可不可以？为什么？所以要设置几组实验？ 6.用 14C、3H、18O、15N 标记可不可以？7.简述实验过程。8.保温、搅拌、离心的作用是什么？8.对上清液，沉淀和子代反射性结果检测怎样？得出什么结论。
        学生活动：学生回忆病毒特征，认识噬菌体.知道子代噬菌体的组成成分只有两种，在自然的繁殖过程中DNA和蛋白质外壳彻底分开,DNA进入到大肠杆菌当中，以 DNA 为模板大肠杆菌提供原料，合成噬菌体的 DNA 和蛋白质外壳。学生通过预习，思考尝试回答： 1.同艾弗里相同，设法将 DNA 和蛋白质分开，单独考虑各自作用。2.关键证明 DNA 进入到大肠杆菌中。3.还要有子代噬菌体释放出来.这样才能证明子代噬菌体的所有性状是由 DNA 控制传递给子代的。4.用放射性同位素标记法。5.不可以，应分别标记蛋白质和DNA,因为放射性检测只能检测放射性的有无不能检测是哪一种物质带有放射性。这样就不能判断到底是哪一种物质进入大肠杆菌，因此需要两组实验。一组是 32P 标记 DNA，一组是 35S标记蛋白质外壳.不可以，同理。标记噬菌体---培养噬菌体短时间保温---搅拌、离心放射性检测；继续培养得到子代噬菌体。6.保温是让噬菌体吸附在细菌表面，将遗传物质注入到细菌体内；搅拌是让噬菌体外壳和细菌分开；离心让上清液中析出重量较轻的噬菌体颗粒，沉淀物中析出被感染的细菌.7.标记蛋白质的一组，放射性主要出现在上清，说明蛋白质外壳主要在上清，子代中没有检测到放射性，说明子代不含有亲代的蛋白质。标记 DNA 的一组，放射性主要出现在沉淀,说明亲代DNA 出现在沉淀中并且子代噬菌体中也检测到了亲代的 DNA。综合两组，在噬菌体亲子代之间连续的物质是 DNA，子代噬菌体的性状是通过亲代的 DNA 遗传的，因此DNA 才是噬菌体的遗传物质。
        （五）教学环节五：归纳总结
        教师活动：[课件]：烟草花叶病毒侵染烟草，思考烟草花叶病毒的遗传物质是什么？
        [讲授]：大量科学研究证明，具有细胞结构的生物遗传物质是DNA，大多数病毒的遗传物质是 DNA，例如：噬菌体,少数病毒的遗传物质是 RNA，例如：烟草花叶病毒，HIV 病毒等。
        [板书]DNA 是主要的遗传物质
        学生活动：学生根据已有经验回答，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。
        总结：DNA 是主要的遗传物质。