DNA是主要的遗传物质教学案例

《DNA是主要的遗传物质》 姓名：晋仪静        班级：2009级生物技术本科班        学号：20090503079 一 教学 1 教材分析 《DNA是主要的遗传物质》是在前面学习了有关细胞学基础(有丝分裂、减数分裂和受精作用)、阐明了染色体在亲代和子代遗传中所起的联系作用，并且了解染色体的主要成分是DNA和蛋白质的基础上来学习的。这节还与本教材《基因工程及其应用》有一定的联系，同时提到了一些在自然科学研究中常用的实验方法，这为后面的学习也做了很好的铺垫，因此这节内容在高中阶段生物科学习中有着重要低位。由于当时认识水平有限，所以在相当长的时间里，人们一直认为蛋白质是生物体的遗传物质，那么，遗传物质究竟是DNA还是蛋白质呢？教材通过问题探讨在此埋下伏笔，然后通过两个经典实验证明了遗传物质是DNA。最后教材通过烟草花叶病毒感染烟草的实验，说明有些病毒体内的核酸只有RNA没有DNA，其中的RNA就是它的遗传物质，进一步归纳出“DNA是主要的遗传物质”这一结论。 本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式学习的极佳素材。在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。 2 学情分析 通过前面的学习，学生已经具备了有丝分裂、减数分裂和受精作用等细胞学基础，了解了生物生殖发育过程，掌握了染色体、蛋白质与DNA的化学组成等相关知识，熟悉同位素标记技术生物科学研究中的应用，这为新知识的学习奠定了基础。再加上“研究性学习”课程的开设，学生初步掌握了探究实验的一些基本方法，也初步培养了他们提出问题，分析问题和解决问题的能力。“创新意识”的培养也加强了他们对新事物探究的激情，这都是开展探究性学习的极佳条件。 二 教学策略 1 教师教法 根据新课程理念，高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养，因此，本节课以“自主探究科学发现的过程来学习科学研究的方法”为设计理念，切实落实主体性教学目标，以培养学生的科学素质为指导，侧重科学方法教育为目标，采用“探究－发现”教学模式。通过引导学生模拟科学发现过程，启发学生积极思考，从而达到提高学生探究能力，训练学生科学思维方法的目标。“ 2 学生学法 学生可采用观察、阅读、讨论，比较法，归纳法等进行分析、归纳和，通过学生的自主学习和探究学习培养他们对生物学科的兴趣。 三 教学目标 1.知识目标 ⑴ 总结“DNA是主要的遗传物质”的科学探索过程。 ⑵ 知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采用的方法，是目前自然科学研究的主要方法。 ⑶ 理解DNA是主要的遗传物质 2.能力目标 ⑴ 通过分析证明DNA是遗传物质的实验设计思路，逻辑思维能力得以提高。 ⑵ 通过“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验，由特殊到一般的归纳思维能力得以提高。 3.情感态度与价值观 ⑴ 通过总结DNA是遗传物质的科学探索过程，学习科学家善于总结他人经验、在工作中互相合作，严谨求实的科学态度以及对真理追求不懈的科学精神。 ⑵ 遗传物质主要是DNA，也有RNA，强调了生命的物质性，树立辩证唯物主义世界观。 ⑶ 认同科学与技术的关系，二者相互促进，相辅相成。 四 教学重点 ⑴ 肺炎双球菌转化实验的原理和过程。 ⑵ 噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 五 教学难点 ⑴ 噬菌体侵染细菌实验的过程和结论。 ⑵ 如何理解DNA是主要的遗传物质。 ⑶ 探究科学发现过程来学习科学研究方法 六 课前准备 多媒体教学，噬菌体侵染细菌的Flash动画 七 课时安排 1课时（40min） 八 教学过程 教 学 环 节 教师的组织和引导 学生活动 教学意图     设 疑 导 入 通过前面的学习，大家对有丝分裂、减数分裂以及受精作用的过程有了深入了解，在研究这它们的过程中，科学家发现有一种物质在这三个过程中，行为有着规律性的变化，是什么物质呢？ 根据学生的回答具体引导在这三个过程中染色体数目的具体变化，进一步引导大家猜想，染色体可能和生物体的什么现象有关？ 染色体的主要成分是什么呢？ 那么起遗传作用的究竟是DNA还是蛋白质呢？这个问题当时在科学界引起了激烈的争论。       思考回答：是染色体数目的变化   思考回答：染色体可能在生物的遗传中起重要作用     回答是DNA和蛋白质           通过对前面所学知识的回忆和总结，为下面引入遗传物质做铺垫   为下面探讨什么是遗传物质做好铺垫 提出探究的问题，引起悬念               引导探讨               引     导     探     讨                                           引   导   探   讨 接下来引导学生探讨，如果作为一种遗传物质，应该具备什么特点？ 多媒体显示当时科学家对DNA和蛋白质的认识水平： 对蛋白质的认识水平： 认识到蛋白质是由许多种氨基酸连接成的生物大分子 对DNA的认识水平： 还不清楚DNA的结构，只知道它是由4种脱氧核苷酸连接成的大分子。 提出问题：如果你是当时的一位科学家，对DNA和蛋白质的认识仅限于上述水平，你觉得那个更适合做遗传物质？为什么？ 提出由于当时认识水平的限制，科学家曾经认为蛋白质是生物体的遗传物质。 接下来介绍这个观点最早被美国科学家艾弗里提出质疑，他是在总结英国科学家格里菲斯的实验基础上，进一步通过自己的实验证据提出遗传物质是DNA。 一 肺炎双球菌的转化实验 1实验材料 介绍此菌可感染人和老鼠，顺便解释“败血症”，接下来多媒体R菌和S菌的不同之处，强调荚膜的存在才使得S菌表现出毒性。 2实验过程 多媒体展示肺炎双球菌的四组转化实验并提出问题： ①     预测第一组和第二组实验结果会怎样？为什么？ ②     第三组的“加热杀死”是什么意思？加热的温度控制在多少度？ 教师指出加热的温度一般不超过90度，杀死是指S菌失去了感染能力，但里面的遗传物质并没有被破坏。 ③ 第四组实验里活的S菌是怎么来的？ ④ 提取出的S菌的后代仍然是S菌，这说明什么？ ⑤ 究竟是什么物质使R菌转化为有毒的S菌？ 教师多媒体显示格里菲思的猜测： 在加热杀死的S菌中必然存在某种“转化因子”使R菌转化为有毒的S菌 ⑥ 如果你是当时的一位科学家，为了弄清楚这种转化因子到底是什么物质，你该如何设计这个实验？   引入美国科学家艾弗里和他同事们的工作，课件显示他们的实验设计和观察到的结果，引导学生分析： ①     只有加入哪种物质R菌才能转化为S菌呢？ ②     加入DNA以后所有的R菌都能转化吗？这说明什么？ 教师补充转化的效率其实是比较低的。 ③ DNA水解物是什么？ 解释是加入DNA酶，把DNA降解脱氧核苷酸，说明只有完整的DNA才能发生转化作用。 ④ 艾弗里的实验说明什么？ ⑤ 艾弗里的实验思路和研究成果对我们有什么启示？ 介绍由于艾弗里所提DNA纯度不够高，还含有少量蛋白质，所以在他提出结论之后，并没有被所有的科学家认同 进一步引导学生开放思维，DNA纯度不够高，在实验中可能是什么起了转化作用？ 由于此实验的不完美引入下一个实验 二 噬菌体侵染细菌的实验 1 噬菌体的结构 2 噬菌体的繁殖 ① 营寄生生活 ② 在遗传信息的指导下进行繁殖 ③     繁殖原料来自宿主大肠杆菌 ④     子代噬菌体从宿主细胞裂解释放。 3放射性同位素标记技术 提出问题 ① 到目前为止，一共学到几个利用放射性同位素标记技术的实验？ ②     实验中为什么用35S和32P作标记？ 组织学生阅读教材45页右上栏的相关信息。 ③     通过此项技术表明赫尔希的研究思路是什么？ 4实验过程 先让学生阅读教材5～8分钟，掌握实验基本步骤，阅读结束后，教师多媒体课件显示和实验有关的一些问题，了解学生对实验原理和相关步骤的掌握程度，同时强调实验的一些细节，比如保温时间很短，这有助于学生对后面实验现象的分析。接下来教师引导学生先分析35S标记的实验现象 引导分析 ① 上清液放射性很高，说明上清液主要成分是什么？ ② 沉淀物放射性很低，说明在大肠杆菌体内有没有被标记的35S？ ③大肠杆菌裂解释放子代噬菌体进行检测，与我们刚才预测的结果一样吗？ ④说明噬菌体在繁殖的时候有没有用到蛋白质呢？ 多媒体课件显示用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的过程，引导学生分析： ① 上清液放射性很低，说明上清液有没有32P呢？ ② 沉淀物放射性很高，说明在大肠杆菌体内有没有被标记的32P？ ③大肠杆菌裂解释放子代噬菌体进行检测，与我们刚才预测的结果一样吗？ ④ 说明噬菌体在繁殖的时候用到了哪种物质？ 最后引导学生把这两个同位素标记实验综合起来分析，由学生归纳出结论。 Flash动画显示噬菌体在大肠杆菌体内繁殖的过程   提出问题：教材45页右下栏，在上述实验中，如果用14C和18O标记行吗？   教师引导学生回顾历经24年对遗传物质的探索过程，启发学生从中得到那些启示？   学生讨论总结四点 ①能准确的进行自我复制，传递给下一代。 ②要有储存大量遗传信息的能力 ③结构要比较稳定，不容易被破坏 ④能控制生物的性状和代谢   讨论作答：蛋白质更适合作遗传物质，因为DNA仅由4种脱氧核苷酸组成，很难和生物多样性联系在一起，而组成蛋白质的氨基酸有许多种，在各种各样的排列顺序中很可能就蕴藏了大量的遗传信息。                           回答第一组小鼠不会死，因为R菌没有毒性，第二组小鼠会死，因为S菌是有毒性的。     积极思考得出S菌应该是由活的R菌转化而来的。   思考作答：说明这种转化是可以遗传的。   思考讨论         学生思考讨论，提出自己的实验设计思路。       加入DNA   从课件中得出并不是所有的R菌都能转化成S菌。         说明真正起转化作用的是DNA 分析比较得出关键思路在于把DNA和蛋白质分开来，单独观察它们的作用。 进一步总结归纳出科学探究要有科学思路，要善于总结他人经验         引导学生回忆病毒的组成           回忆共两个：一是探究光合作用放出的O2来自水还是CO2；另一个是研究分泌蛋白合成途径也用到此技术   阅读相关信息，得出结论   经过分析比较后得出他的思路和艾弗里一样，把DNA和蛋白质完全分开，单独观察它们的作用。                 思考得出结论主要成分是被35S标记的蛋白质。   猜测应该是没有。   与猜测一样，在新的噬菌体里果真没检测到35S   得出结论：没用到蛋白质     学生回答，几乎没有，也就是几乎没有DNA了   猜测应该是有32P 与猜测一样，在新的噬菌体里果真检测到32P 分析得出结论：用到DNA   学生进行归纳总结 噬菌体繁殖时用的是DNA而不是蛋白质，而,说明它是在DNA的指导下完成繁殖的，进一步说明DNA才是它的遗传物质   学生思考作答   学生总结 ①科学探索是艰辛曲折的②科学研究是一个不断纠正错误，发现整理的过程 ③要科学的选择实验材料 ④科学发展需要技术支持   为当时科学家们判断DNA和蛋白质哪个更适合做遗传物质提供依据           通过设疑，让学生自己得出曾经一个错误的观点，从中总结出知识水平决定决定认知水平。     引入本节课的第一个关键实验。激发学生科学探究的热情                   让学生沿着科学发展的轨迹观察问题，发现问题，提出问题并进一步分析问题。                 培养学生科学思维和科学探究的能力                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      培养学生分析问题，归纳结论的能力   培养学生分析问题，归纳结论的能力                 使学生了解噬菌体繁殖过程，为下面具体分析实验铺好基础。       通过不同的标记，使学生经过分析比较后归纳出这个实验的研究思路                             培养学生分析问题，提出假设，验证假设的能力                       培养学生分析比较实验现象，归纳结论的能力           培养学生正确的科学认识和对科学坚持不懈探索的精神，   进一步探究 问题:遗传物质都是DNA吗？ 通过烟草花叶病病毒感染烟草的实验，得出除了DNA之外，有些病毒体内的RNA是该病毒的遗传物质   看书思考   树立辩证唯物主义世界观 归纳 总结 细胞生物遗传物质是DNA 非细胞生物的遗传物质是DNA或RNA,所以说DNA是主要的遗传物质。 问题：上述两个经典实验能证明DNA是主要的遗传物质吗？     思考作答：只能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质。     九 板书 (一) 肺炎双球菌的转化实验 1材料：R菌，S菌，小鼠 2过程：① R，没死   ②S，死 ③ S（加热杀死），没死 ④ R＋S(加热杀死)，死 3结论：“转化因子”存在，使R菌转化为S菌 艾弗里：分离，单独转化 结论：DNA才是遗传物质 (二) 噬菌体侵染细菌的实验 1 噬菌体结构 2 噬菌体繁殖 3 放射性同位素标记技术 4 实验过程 5结论：DNA才是遗传物质 (三) DNA是主要的遗传物质 细胞生物：DNA 非细胞生物：DNA或RNA 十 课堂小结 核酸是一切生物的遗传物质；具有细胞结构的生物和大多数病毒的遗传物质是DNA，少数RNA病毒的遗传物质是RNA,即DNA是主要的遗传物质。