备课素材：DNA 是主要的遗传物质问题驱动教学-2023-2024学年下学期高中生物学必修二

DNA 是主要的遗传物质问题驱动教学 教学内容分析及教学目标的确定 “DNA 是主要的遗传物质”选自人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》第3章第1节。通过前两章,学生学习了孟德尔揭示的遗传基本规律,以及摩尔根用实验证明基因在染色体上。那么,基因的化学本质是什么呢?本节教材在编写上,先展示科学家关于遗传物质的争论,以激发学生的兴趣。然后按照时间顺序一一展示科学家实验探索的过程,学生通过学习逐渐明白:多数生物的基因是DNA分子的功能片段,有些病毒的基因在RNA分子上,最终形成生命的物质观。而科学史中每个实验的科学思维及实验之间紧密的逻辑关系,有助于学生科学思维和科学探究能力的提升。学生只有知道科学家对基因本质探索的艰辛,才能认同人类对遗传物质的认识是不断变化、 不断完善的过程,认同实验技术在证明DNA是遗传物质中的重要作用。 基于上述分析,笔者确定本节教学目标如下： 1)阐明科学家探索DNA是主要的遗传物质的过程,说明 DNA 是主要的遗传物质。 2)通过对艾弗里实验的学习,说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 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,认同实验技术在证明DNA 是遗传物质中的作用。 教学过程 1.导入式问题驱动,激发学习兴趣 学生在初中阶段已经学习了DNA和基因这两个重要概念,初步了解了 DNA 是遗传物质的事实所以在课程开始,教师播放短视频《DNA 鉴定技术在刑事侦查工作中的作用》,并提出本节课的核心问题:DNA是遗传物质是如何被科学家发现并证明的呢?让学生带着问题重温20世纪初科学家对遗传物质的探索历程。 设计意图：从学生已有知识和社会情境出发教师根据授课内容提出问题,让学生初步了解学习内容,激发学生的问题意识和学习兴趣。 2.递进式问题驱动，启发科学思维 关于格里菲斯体内转化实验的教学,采用了递进式问题驱动链设计,启发学生科学思维。 教师首先介绍格里菲斯偶然的发现激发了人们对遗传物质本质的进一步探索,并播放《格里菲斯肺炎链球菌转化实验》的视频,然后提出一系列有逻辑关系的递进式问题串引发学生对该实验的思考: 以上4组实验,哪组实验的结果最让你感到意外?为什么第4组小鼠的死亡最让你感到意外?既然R型细菌和加热后杀死的S型细菌都不会使小鼠死亡,那你认为只有什么样的细菌才会使小鼠死亡?既然只有活的S型链球菌才会使小鼠死亡,那么你怀疑第4组实验中出现了什么?真的出现了吗?如果是你,接下来会怎么做? 在启发学生思考以上问题以后,教师告诉学生:格里菲斯检测到第4组死亡的小鼠体内真的出现了活的S型细菌。此时教师提出能推导出本实验结果的核心问题:第4组实验中,活的S型细菌从何而来呢?学生在教师的层层启发下,很容易想到:加热杀死的S型细菌中可能存在某种物质，进人到R型细菌中，生成S型细菌。最后教师展示格里菲斯的实验结论，并介绍格里菲斯把这种物质称为转化因子。 设计意图：在展示科学家的实验过程后,教师通过提出层层递进式的问题链,有效地驱动学生思考有关实验问题,提升学生的科学思维,最后使学生理解和认同科学家的实验结论。 3.讨论式问题驱动，学习科学方法 在学习了格里菲斯实验后,教师设疑: 加热致死的S型细菌含有 DNA、RNA、蛋白质、脂质、糖类等,如何设计实验确定S型肺炎链球菌的转化因子是何种物质?引导学生将研究对象聚焦于S型肺炎链球菌并展开讨论。学生很容易想到可以通过将组成肺炎链球菌的物质进行依次分离判断。 接着教师指出: 在那个年代,分离提纯技术还不够成熟,会混杂其他物质,有没有更好的方法呢? 此时，引导学生带着好奋心仔细阅读教材实验,思考讨论多媒体展示的问题: (1)从控制变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么?实验过程中如何有针对性地去除某种物质? (2)此实验又是如何判断R型菌转化成了S型菌? (3)艾弗里的第5组实验中的培养基上只长出了R型细菌,说明了什么?该实验可以得出什么结论? (4)为什么仍然有科学家对艾弗里的实验结论持怀疑态度? 教师组织学生思考讨论,并随机提问。对学生回答时可能有难度的问题,教师还可以通过设计小问题串进行引导。 例如,针对问题(3)设计的小问题串如下: 本实验中对照组是哪组?对照组中肺炎链球菌有没有发生转化?说明什么问题?比较第1组和第2组有什么不同?说明了什么?同理第 3、4组实验分析,第5组实验只长出R型细菌说明什么? 引导学生得出转化因子是 DNA,并且 DNA 只有保持完整结构才具有转化活性的结论。 在学习完艾弗里的实验后,教师又提出讨论问题: 艾弗里实验在控制变量上有什么特点?若这种控制变量的方式被称为“减法原理”那“加法原理”有什么不同?能否举例说明? 此时，让学生对这两种原理进行举例和讨论,学习科学方法。 设计意图：在格里菲斯实验的基础上,教师通过过渡设疑激发学生进一步学习的欲望,以讨论式问题驱动的形式引导学生带着问题有目的地阅读和分析艾弗里实验,并总结科学实验中的“减法原理”和“加法原理”,提高学生设计实验和正确应用实验方法的能力。及时补充艾弗里实验结论不被大多数科学家接受的事实,使学生意识到科学发展离不开技术的进步,落实社会责任教育。 4.任务式问题驱动,模拟科学探究 既然当时的技术不能将 DNA 和蛋白质完全分开,能不能找到一种更适合的材料,最好只有DNA和蛋白质,且 DNA 和蛋白质很容易分离呢? 1952年,赫尔希和蔡斯选择了T2菌体为实验材料。 此时，教师通过模型展示T菌体结构,并视频播放 T2噬菌体侵染大肠杆菌的过程,然后提出问题: 噬菌体侵染大肠杆菌以后产生了很多子代噬菌体呢? 学生根据噬菌体的结构组成,可能提出3种假说: (1)DNA进人;(2)蛋白质进人;(3)DNA和蛋白质都进人。 那么如何设计实验探究这3种假说哪种正确呢? 在学生设计实验、演绎推理之前,教师引导学生仔细阅读教材P.45第2自然段的相关信息,结合PPT上的问题梳理相关知识: (1)用什么方法追踪 DNA 和蛋白质的行为? (2)用哪种同位素标记?为什么?如何特异性标记 DNA 和蛋白质呢? (3)是同时标记 DNA和蛋白质,还是分开标记?实验分成几组? (4)噬菌体侵染大肠杆菌后,如何将两者分离,分别观察其放射性? 梳理好以上问题后,教师给学生布置任务: 根据手中的模型分别模拟探究3种假说的可能结果，预测3种假说中P组和S组放射性位置的情况并请小组代表上台演示模拟过程。 由于该实验比较微观,学生不是特别熟悉,教师也可以带领学生一起推理假说一,即噬菌体的 DNA进人了大肠杆菊,搅拌、离心后上清液和沉淀物放射性检测的可能结果。 在学生演绎推理得出3种假说的结果后,教师展示赫尔希和蔡斯的真实实验结果,请学生思考实验结果支持哪一种偎说?实验结果与模拟结果有没有差异?如何解释这种差异呢?根据实验结果能得出什么结论？ 设计意图：本实验是教学难点,十分抽象,学生理解起来比较困难。教师遵循科学发现的一般规律,运用假说一演经法带领学生利用教具一步步模拟科学探究过程,并在整个过程中通过问题驱动学生自主探究,通过问题串引领学生思考,使其在学习科学知识的同时,锻炼科学思维,激发科学探究兴趣,最后认同实验结果,突破教学难点。 教学反思 高中生物科学史教学不能局限于告诉学生现成的静态结论,还要追溯它的来源和动态演变,让学生从中学习科学家的科学思维和科学探究过程通过各种形式的问题驱动,引导学生思考,激发学生的学习兴趣,使其积极主动地参与教学。 教师在设计问题时,需要深人分析教材和学生的具体情况,紧紧围绕教学目标设计问题;问题要明确,层层递进、由易到难,也要面向全体学生,促使每个学生主动参与到思考中:问题要能够促使学生联系已学知识,习得新知识,从而建立完整的知识体系。 学科网（北京）股份有限公司 $$