基于科學(xué)探究核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計DNA是主要的遺傳物質(zhì)

1、基于“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計DNA是主要的遺傳物質(zhì) 邵武一中 吳英華一、教學(xué)設(shè)計理念蘇霍姆林斯基說過：“人的心靈深處有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探究者”。 本課內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生體會科學(xué)家的工作方式和研究方式，深入理解生物學(xué)原理，感悟科學(xué)研究的基本過程與方法，促使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)觀念，培養(yǎng)科學(xué)探究精神。本課內(nèi)容教學(xué)設(shè)計流程如下：DNA和蛋白質(zhì)誰才是真正的遺傳物質(zhì)？創(chuàng)設(shè)問題情境，引出課題DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)：肺炎雙球菌實驗探究過程分析實驗結(jié)果得出結(jié)論提出質(zhì)疑引入下一個實驗DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)：噬菌體侵染細(xì)菌實驗探究過程分析結(jié)果得出結(jié)論提出質(zhì)疑（DNA是一切生物的遺

2、傳物質(zhì)嗎）引入下一個實驗煙草花葉病毒轉(zhuǎn)化實驗分析實驗結(jié)果得出結(jié)論DNA是主要的遺傳物質(zhì)本課采用問題引導(dǎo)呈探究過程分析實驗結(jié)果得出結(jié)論提出質(zhì)疑引入下一個實驗”的教學(xué)程序，使各個實驗一環(huán)扣一環(huán)，認(rèn)識到科學(xué)實驗在一步一步地完善，最后才得出最具說服力的結(jié)論，并體會到科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。二、教材分析：DNA是主要的遺傳物質(zhì)是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書生物必修二第三章第一節(jié)內(nèi)容。是繼前兩章學(xué)習(xí)了“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”和“基因和染色體的關(guān)系”后，對有關(guān)細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)(有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用)、染色體在前后代遺傳中所起的聯(lián)系作用、染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)等知識有了一定的理解后來學(xué)習(xí)的。DNA是主要的

3、遺傳物質(zhì)主要講述了DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”和“噬菌體侵染細(xì)菌實驗”，體現(xiàn)了科學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)探究的一般思維過程，從早期對于遺傳物質(zhì)的推測，到中期通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的探索，到后期噬菌體侵染細(xì)菌實驗的驗證，整個過程體現(xiàn)了科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S歷程，與前面第一章和第二章所學(xué)的科學(xué)研究方法假說演繹法與類比推理法遙相呼應(yīng)，是進(jìn)行科學(xué)研究方法滲透的典型教學(xué)案例。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容涉及的實驗，無法在現(xiàn)有的實驗室條件完成，所以采用了引導(dǎo)探究式的教學(xué)方法，通過創(chuàng)設(shè)自主合作的學(xué)習(xí)情景、平等融洽的人際環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生積極主動地走進(jìn)科學(xué)家的探究歷程，在觀察和思考中，愉快地學(xué)習(xí)，處

4、于主體地位。本節(jié)內(nèi)容既對前兩章的基因的有關(guān)知識作本質(zhì)性的闡述，也下啟后三節(jié)關(guān)于DNA分子的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和遺傳效應(yīng)等，具有承上啟下的作用。三、教學(xué)目標(biāo)1知識目標(biāo)（1）了解“DNA是遺傳物質(zhì)”的科學(xué)探索過程。（2）分析證明DNA是遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計思路。（3）了解“同位素標(biāo)記法”在噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中的運用。（4) 了解DNA是主要的遺傳物質(zhì)的原因。2能力目標(biāo)（1）通過圖文轉(zhuǎn)換，提高信息處理能力。（2）以噬菌體侵染細(xì)菌的實驗為例說明DNA是遺傳物質(zhì)，訓(xùn)練學(xué)生由特殊到一般的歸納思維的能力。3情感態(tài)度與價值觀（1）感悟科學(xué)研究實驗不斷完善、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折過程。（2）認(rèn)同科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，二者相互促進(jìn)，

5、相輔相成。遺傳、變異是生命最重要的特征，且遺傳的物質(zhì)主要是DNA，也有RNA，這就從遺傳和變異的角度，強(qiáng)調(diào)了生命的物質(zhì)性，有利于辯證唯物主義世界觀的樹立。四、教學(xué)重點、難點重點：1、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗的原理和過程2噬菌體侵染細(xì)菌實驗的原理和過程。教學(xué)難點：1.如何理解DNA是主要的遺傳物質(zhì)，RNA也是遺傳物質(zhì)。2.探究科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程來學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法。五、教學(xué)策略教師教法：根據(jù)主體性教學(xué)目標(biāo)，以“自主性、探究性、合作性”為學(xué)生學(xué)習(xí)的三個基本維度，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為指導(dǎo)，以側(cè)重科學(xué)方法教育為歸宿，本節(jié)課采用“引導(dǎo)探究”教學(xué)模式，融合討論法、比較法、歸納法等多種教學(xué)方法，并配以多媒體輔助教學(xué)，引

6、導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，進(jìn)行分析、討論、歸納和總結(jié)。學(xué)生學(xué)法：1、認(rèn)真思考總結(jié)每個實驗得出什么結(jié)論，從而確立科學(xué)嚴(yán)密性的觀念。2、通過分組討論實驗過程，用語言描述實驗結(jié)果，結(jié)論。六、教學(xué)過程【創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課】課件演示遺傳現(xiàn)象。設(shè)問:親子代間相似的性狀由什么傳遞？通過之前對孟德爾規(guī)律的學(xué)習(xí)以及細(xì)胞的有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過程，我們已經(jīng)知道生物的遺傳和變異與細(xì)胞中的染色體有關(guān)，這些使人們認(rèn)識到染色體在生物的傳種接代中具有重要作用?，F(xiàn)在我們都知道染色體的主要成分是蛋白質(zhì)和DNA。但是這兩種物質(zhì)中，究竟哪一種才是遺傳物質(zhì)呢？這個問題困擾著我們，也曾經(jīng)困擾這眾多的科學(xué)家很長時間。今天我們就來弄清楚

7、究竟DNA是遺傳物質(zhì)還是蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。一、 對遺傳物質(zhì)的早期推測請大家閱讀課本42-43頁，自主完成以下問題1、20世紀(jì)20年代多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為 是生物體的遺傳物質(zhì)2、20世紀(jì)30年代對DNA的認(rèn)識（1）生物大分子：由許多 聚合而成。（2）基本組成單位-脫氧核苷酸 a、化學(xué)組成 、 和 三部分 b、種類： 種，差別在于 的不同講述：限于當(dāng)時的認(rèn)識水平，認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點處于主導(dǎo)地位。原因是人們對DNA的了解很少，而且構(gòu)成DNA的脫氧核苷酸只有四種，把它和生物多樣性很難聯(lián)系在一起，反而構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸種類較多，和生物的多樣性聯(lián)系在一起看似容易理解。所以，大家以為蛋白質(zhì)遺傳物質(zhì)也就不足

8、為奇了。其實，從這個事實中我們也可以看出，科學(xué)的發(fā)展過程就是一個不斷糾正錯誤的過程?？茖W(xué)家是如何認(rèn)識DNA是遺傳物質(zhì)的呢，讓我們重溫科學(xué)家對遺傳物質(zhì)的認(rèn)識過程吧。1928年，格里菲斯肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗和艾弗里的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗二、肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗【自主學(xué)習(xí)，合作探究】細(xì)菌做實驗尋找遺傳物質(zhì)，請大家閱讀書本43頁，看看格里菲思怎樣做實驗的。請學(xué)生閱讀關(guān)于肺炎雙球菌的知識。認(rèn)識R型細(xì)菌和S型細(xì)菌。1.講述兩種菌落的比較；類型 菌落莢膜毒性R型菌落粗糙無莢膜無毒S型菌落光滑有莢膜有毒PPT演示格里菲思肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗過程的四個階段，同時完成四個階段的文字總結(jié)。師問：閱讀課文第4

9、3頁實驗圖，思考：哪些組可以作為對照實驗？其單一變量是什么？通過實驗對比可以得出什么結(jié)論？教師引導(dǎo)學(xué)生共同得出結(jié)論：第一、二組起對照作用，證明R型細(xì)菌和S型細(xì)菌的作用，同時可排除使小鼠死亡的其他原因。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；第三、四組說明了R型活細(xì)菌與S型死細(xì)菌混合培養(yǎng)后產(chǎn)生了S型活細(xì)菌，并且這種轉(zhuǎn)化的性狀可以遺傳。該實驗不能證明DNA是遺傳物質(zhì)。其結(jié)論是S型細(xì)菌中有一種轉(zhuǎn)化因子能使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌。講述：格里菲思的結(jié)論：已加熱殺死的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)。這種轉(zhuǎn)化因子是什么？格里菲思

10、沒有找到。提問：如果請你設(shè)計一個實驗來確定轉(zhuǎn)化因子是什么，你覺得關(guān)鍵的設(shè)計思路是什么？（學(xué)生回答：設(shè)法將DNA與蛋自質(zhì)分開，單獨，直接地觀察DNA的作用。從活的S型細(xì)菌中分離，提取出各種成分，分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，觀察其后代是否有S型細(xì)菌出現(xiàn)）課件展示：1944年，美國科學(xué)家艾弗里和它的同事，把S型細(xì)菌的組成物質(zhì)全部分離，并分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)，得出如下結(jié)果： S型細(xì)菌分別與R型細(xì)菌混合培養(yǎng)R型 R型 R型 R型R型 S型R型 R型 S型多糖 脂類 蛋白質(zhì) RNA DNA DNA的水解產(chǎn)物（1）第3步你得出什么結(jié)論？ 只有完整的DNA才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。脫氧核苷酸沒有轉(zhuǎn)化作用。 (2)艾弗里及其

11、同事的實驗結(jié)論是什么？ 轉(zhuǎn)化因子是DNA。 講述：通過艾弗里實驗的思考，可準(zhǔn)確地得出“轉(zhuǎn)化因子”是S型細(xì)菌的DNA的結(jié)論。證明了DNA能自我復(fù)制，具有連續(xù)性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。結(jié)論：DNA才是使R型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì)。DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是。因為艾弗里的實驗提取的DNA夾雜有少量蛋白質(zhì)，所以有人對實驗結(jié)論仍有懷疑，讓我們看看DNA是遺傳物質(zhì)的另一個證明實驗：噬菌體侵染細(xì)菌的實驗。（4445頁）（引入噬菌體侵染細(xì)菌的實驗 ）三、噬菌體侵染細(xì)菌實驗1、實驗材料的選擇【自主學(xué)習(xí)】閱讀課本P44最后一段，根據(jù)圖3-4，填空。 1.選擇T2噬菌體的原因：結(jié)構(gòu)簡單，只含 

12、0;         和           。 2.生活方式：T2噬菌體是一種專門           在大腸桿菌體內(nèi)的病毒。 3.增殖特點：在            

13、        的作用下，利用大腸桿菌體內(nèi)的原料來合成子代噬菌體。當(dāng)噬菌體增殖到一定數(shù)量，大腸桿菌裂解釋放出大量的噬菌體。 4.選擇T2噬菌體的另一個原因：在侵染過程中，自然地就把DNA和   分開了。（課件展示噬菌體侵染細(xì)菌的大體過程）講述：噬菌體是一種寄生在細(xì)菌體內(nèi)的病毒，它的結(jié)構(gòu)很簡單，外殼是蛋白質(zhì)，頭部內(nèi)是DNA。它侵染細(xì)菌后，就會在自身遺傳物質(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。簡述噬菌體侵染細(xì)菌的過程。（吸附注入復(fù)制、合成組裝釋放）那么，噬菌體的兩種成分

14、中哪一種是遺傳物質(zhì)呢？我們需要設(shè)計實驗把DNA和蛋白質(zhì)分開來，1952年赫爾希和蔡斯如何設(shè)計了一個巧妙實驗將這二者分開。2、噬菌體的放射性同位素標(biāo)記 （合作探究，小組內(nèi)討論。 ）【問題1】這個實驗用了什么方法？在什么探究中還用過此方法？該實驗用的是同位素標(biāo)記法?！締栴}2】用35S、32P標(biāo)記物質(zhì)的理論基礎(chǔ)是什么？能否用14C和18O進(jìn)行標(biāo)記？用35S、32P標(biāo)記是因為DNA中P的含量多，蛋白質(zhì)中P的含量少；蛋白質(zhì)中有S而DNA中沒有S。而DNA和蛋白質(zhì)中均含有C和O兩種元素?！締栴}3】此實驗的設(shè)計基本步驟是什么？a一部分噬菌體只用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，另一部分噬菌體只用32P標(biāo)記DNA。b用被標(biāo)記

15、的兩種噬菌體分別去侵染細(xì)菌。c當(dāng)噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)大量增殖時，對被標(biāo)記物質(zhì)進(jìn)行放射性測試）【問題4】閱讀教材，思考如何得到35S和32P分別標(biāo)記的噬菌體？（結(jié)合T2噬菌體的生活方式）3.【合作探究實驗過程：學(xué)生觀察用語言描述實驗過程，觀察、分析、討論問題】讓學(xué)生觀察分析噬菌體侵染大腸桿菌實驗圖解，思考回答問題：【問題1】實驗中攪拌的目的是什么？使噬菌體蛋白質(zhì)外殼與細(xì)菌分離【問題2】離心后上清液、沉淀物分別是什么？上清液是噬菌體蛋白質(zhì)外殼，沉淀物是細(xì)菌及其細(xì)胞內(nèi)的噬菌體?！締栴}3】為什么含35S噬菌體侵染細(xì)菌，沉淀物中還有很低放射性？由于攪拌不充分，有少量含35S的噬菌體吸附在細(xì)菌表面，隨細(xì)菌離心

16、到沉淀物中。 【問題4】為什么含32P噬菌體侵染細(xì)菌，上清液中還有很低放射性？保溫時間太短，部分噬菌體尚未侵入大腸桿菌中，或者保溫時間過長噬菌體在大腸桿菌內(nèi)增殖釋放出子代噬菌體?！締栴}5】測試的結(jié)果如何？表明了什么？用35P標(biāo)記蛋白質(zhì)的噬菌體侵染后，細(xì)菌體內(nèi)無放射性，即表明噬菌體的蛋白質(zhì)沒有進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部；而用32P標(biāo)記DNA的噬菌體侵染細(xì)菌后，細(xì)菌體內(nèi)有放射性，即表明噬菌體的DNA進(jìn)入了細(xì)菌體內(nèi)。如下表：親代噬菌體寄主細(xì)胞內(nèi)子代噬菌體32P標(biāo)記DNA有32P標(biāo)記DNADNA有32P標(biāo)記35S標(biāo)記蛋白質(zhì)無35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼蛋白質(zhì)無35S標(biāo)記由此可知，DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是。提問：是不是

17、所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA呢？（46頁）四、RNA是遺傳物質(zhì)實驗現(xiàn)代科學(xué)研究證明，有些病毒只含有蛋白質(zhì)和RNA，如煙草花葉病病毒。課件展示煙草花葉病毒感染煙草花葉過程圖解，指出煙草花葉病毒的組成是蛋白質(zhì)外殼和RNA，讓學(xué)生完成實驗設(shè)計，探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)RNA或蛋白質(zhì)。實驗結(jié)論：煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA五、DNA是主要的遺傳物質(zhì)設(shè)問：不同生物的遺傳物質(zhì)是什么？學(xué)生活動：學(xué)生分析、討論：因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以說DNA是主要的遺傳物質(zhì)總結(jié)：因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，因此說DNA是主要的遺傳物質(zhì)。今天我們證實了DNA是主要的

18、遺傳物質(zhì)，那么DNA是怎樣的物質(zhì)？在遺傳過程中怎樣起決定性的作用？這些問題將留給我們以后去研究。拓展升華1.請學(xué)生思考并回答教材課后習(xí)題。2.結(jié)合格利菲思、艾弗里、赫爾希與格勒等人的實驗，分析作為遺傳物質(zhì)應(yīng)具備哪些特點？【板書設(shè)計】第一節(jié) DNA是主要的遺傳物質(zhì)一、 DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)體內(nèi)轉(zhuǎn)化 S型死菌含“轉(zhuǎn)化因1肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗 體外轉(zhuǎn)化 “DNA是轉(zhuǎn)化因子”2噬菌體侵染細(xì)菌實驗 同位素標(biāo)記技術(shù) “DNA是遺傳物質(zhì)”二、DNA是主要的遺傳物質(zhì)教學(xué)反思1、本節(jié)課的創(chuàng)新之處在于改變了傳統(tǒng)的教師一味地灌輸知識的做法，緊緊圍繞“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的思想，引導(dǎo)學(xué)生探究、分析，掌握課堂的主動權(quán)，在探索中求真、在求真中找到喜悅，增加學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的興趣與信心。肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗；噬菌體侵染細(xì)菌的實驗，這兩個