《核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)》教學設計

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1、《核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù)》教學設計 一、學習任務分析 《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說內(nèi)容的延續(xù)和深入，也為后面學習DNA復制、轉(zhuǎn)錄等內(nèi)容做了知識鋪墊，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)？” 目的在于引導學生思考如何對這一問題進行研究，激發(fā)學生的探索欲望，在此基礎之上教材詳細講述了DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)──“肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗”和“

2、噬菌體侵染細菌的實驗”,引導學生重溫科學家的探究歷程，領悟科學的過程和方法，最終得出科學的結(jié)論。 二、學習者分析 本節(jié)課內(nèi)容面對的是高二的學生，他們通過初中科學和前面兩章的學習，已經(jīng)具備了染色體的化學組成、蛋白質(zhì)與核酸的元素組成、同位素標記技術在生物科學研究中的應用等相關知識，這為本節(jié)內(nèi)容的學習奠定了認知基礎。但是學生對科學家是如何證明DNA是遺傳物質(zhì)的探究過程并不清楚。另外，高中的學生通過必修1的學習，對探究性學習有了一定的熟悉，相關能力得到了一定的培養(yǎng)，觀察、實驗能力已初步形成，這為本節(jié)課進行探究性學習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，學生缺少直觀的體驗。而且，

3、本節(jié)課的教學內(nèi)容涉及的實驗，在現(xiàn)有的實驗室條件下是不可能完成的，這需要學生具備較強的的邏輯思維能力和歸納分析能力。因此，教學中要循序漸進，盡量聯(lián)系學生已有的基礎知識，一步步引領學生認識為什么DNA是遺傳物質(zhì)，為什么DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 三、教學目標 （一）知識目標 通過肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染細菌的實驗的一系列探究，理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 （二）能力目標 1. 通過肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗，能夠證明DNA是遺傳物質(zhì)的最關鍵的實驗設計思路，訓練科學的邏輯思維的能力，體驗科學探究的基本方法。 2. 用“同位素標記法”來研究噬菌體浸染細菌的實驗，說明DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白

4、質(zhì)不是遺傳物質(zhì)，訓練由特殊到一般的科學歸納的思維能力。 （三）情感態(tài)度與價值觀目標 通過模擬科學發(fā)現(xiàn)的過程，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度和不斷探究的精神，進一步激發(fā)學生唯物辯證觀的樹立。 四、教學重難點 （一）教學重點 1. 噬菌體侵染細菌的實驗分析。 2. 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程的分析。 3. DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 （二）教學難點 1. 活動：資料分析——噬菌體侵染細菌的實驗。 2. 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗原理和過程的分析。 五、教學方法 討論、探究。 六、教學準備 多媒體課件。 七、教學過程 （一）創(chuàng)設情境，設疑導入 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，生物體為什么會表現(xiàn)出遺傳現(xiàn)象？教師引導：哲學上有這樣一個論斷，認為世界是物質(zhì)的，任何事情的發(fā)生，都有其物質(zhì)基礎，同樣，生物體之所以會表現(xiàn)出遺傳現(xiàn)象，是因為生物體內(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世紀中期，孟德爾通過豌豆實驗證明了生物的性狀是由遺傳因子控制，20世紀初期，摩爾根通過果蠅實驗證明了：基因位于染色體上，20世紀中葉，科學家發(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，深入探究 現(xiàn)在大家都認為遺傳物質(zhì)是DN

6、A，但這一結(jié)論是由科學家們經(jīng)過長期的質(zhì)疑與探索才得到的。 1. 對遺傳物質(zhì)的早期推測 20世紀20年代，人們已經(jīng)認識到蛋白質(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，可能蘊含著遺傳信息。因此，當時大多數(shù)科學家認為，蛋白質(zhì)是生物體的遺傳物質(zhì)。 那么，科學家是如何認識DNA是遺傳物質(zhì)的呢，讓我們一起重溫科學家對遺傳物質(zhì)的認識過程吧。 2. 肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗 （1）格里菲思的實驗 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)化實驗（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型細菌不具有致死性，S型細菌具有致死性；第二、三組說明了死亡的S型細菌不具有致死性。） ②第四組實驗中，從死亡小鼠體內(nèi)分離出的S型活細菌從何而來？ （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型活細菌 S型活細菌） 殺死的S型細菌中的“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型細菌又說明了什么？ （轉(zhuǎn)化而來

8、的性狀可以遺傳） 過渡并設疑：格里菲思當時通過這個實驗，他就得出“已經(jīng)被加熱殺死的S型細菌中，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菌的化學成分很多，要找到轉(zhuǎn)化因子，最關鍵的思路是什么？如果讓你來設計實驗來進一步探究“轉(zhuǎn)化因子”是什么物質(zhì)，你將如何設計實驗？ （提示：設計思路，設法把DNA與蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)分開，單獨研究他們各自的作用。） （2）艾弗里及其同事的實驗 ①實驗材料：選用肺炎雙球菌。 ②假設：DNA是遺傳物質(zhì)。 ③實驗操作：將S型細菌中的多糖、 蛋白質(zhì)、脂類和DNA等提取出來，分別與R 型細菌進行混合。（多媒體課件演

9、示實驗過程） ④預期結(jié)果：只有DNA與R型細菌進行混合，才能使R型細菌轉(zhuǎn)化成S型細菌。 ⑤實驗結(jié)果：與預期結(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. 噬菌體侵染細菌的實驗 艾弗里的實驗證明了DNA才是使R型細菌產(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)化實驗所提取的DNA純度最高時，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。（強調(diào)其成分簡單） 噬菌體是一種寄生在細菌體內(nèi)的病毒，它的外殼是蛋白質(zhì)，頭部內(nèi)含有DNA，它侵染細菌后，就會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用細菌體內(nèi)的物質(zhì)來合成自身的組成成分，進行大量的增殖。 （2）尋找實驗的方法——同位素標記法。 提出問題：實驗中為什么用35S和32P作標記？ 講述獲取35S 或 32P 標記的噬菌體的方法：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標記。 （3）實驗過程 組織學生閱讀教材49

11、頁上的相關信息先讓學生閱讀教材2～3分鐘，掌握實驗基本步驟，閱讀結(jié)束后，教師多媒體課件顯示和實驗有關的一些問題，了解學生對實驗原理和相關步驟的掌握程度，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。具體過程如下： ①用放射性同位素35S和32P分別標記一部分噬菌體； ②被標記的噬菌體分別侵染細菌； ③當噬菌體在細菌體內(nèi)大量增殖時，對被標記物質(zhì)進行放射性測試。 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實驗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 寄主細胞內(nèi) 子代噬菌體 實驗結(jié)論 35S標記蛋白質(zhì) ? ?

13、 ? 32P標記DNA ? 由實驗結(jié)果可知，噬菌體在細菌內(nèi)的增殖是在 的作用下完成的。 多媒體課件顯示用35S標記的噬菌體侵染大腸桿菌的過程，引導學生分析： 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)有沒有被標記的35S？ ③大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體進行檢測，與我們剛才預測的結(jié)果一樣嗎？ ④說明噬菌體在繁殖的時候有沒有用到蛋白質(zhì)呢？親代噬菌體的蛋白質(zhì)還是DNA進入了子代？ 多媒體課件顯示用32P標記的噬菌體侵染大腸桿菌的過程，引導學生分析： 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)有沒有被標記的32P？ ③大腸桿菌裂解釋放子代噬菌體進行檢測，與我們剛才預測的結(jié)果一樣嗎？ ④ 說明噬菌體在繁殖的時候用到了哪種物質(zhì)？ 最后引導學生把這兩個同位素標記實驗綜合起來分析，由學生歸納出結(jié)論：噬菌體繁殖時用的是DNA而不是蛋白質(zhì),說明它是在DNA的指導下完成繁殖的，進一步說明DNA才是它的遺傳物質(zhì)。Flash動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驗 進一步探究問題：遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？科學家發(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驗過程。 總結(jié)：細胞生物遺傳物質(zhì)是DNA非細胞生物的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA,所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 教師引導學生回顧科學家對遺傳物質(zhì)的探索過程，啟發(fā)學生從中得到那些啟示？ ①科學探索是艱辛曲折的； ②科學研究是一個不斷糾正錯誤，發(fā)現(xiàn)整理的過程； ③要科學的選擇實驗材料； ④科學發(fā)展需要技術支持。 （三）課堂小結(jié) 核酸是一切生物的遺傳物質(zhì)；具有細胞結(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）習題鞏固 1. 格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證明了（ ） 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)的幾個著名經(jīng)典實驗中，在實驗設計思路中最關鍵的是 A. 要用同位素標記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)，單獨觀察它們作用 3. 噬菌體侵染細菌的實驗證明（ ） 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胞，在宿主細胞中產(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、板書設計 核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù) （一）對遺傳物質(zhì)的早期預測 （二）肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗 1. 格里菲思的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗 2. 艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實驗 （三）噬菌體侵染細菌實驗 1. 實驗過程： 2. 實驗方法： 3. 實驗結(jié)論： （四）煙草花葉病毒的重建實驗 九、教學反思 本節(jié)課圍繞三大經(jīng)典實驗而展開，每個實驗當時都設計了學生活動，但在實際教學過程中發(fā)現(xiàn)噬菌體侵染細菌的這個實驗中，學生活動還是不太明顯，下次教學中可以試著讓學生通過小組討論后，派小組代表來回答，使學生的主體地位得到更好地體現(xiàn)，最后教師對學生的回答加以適當?shù)赝晟坪脱a充。