专题三 主题二 单元教学案例2 决定柳穿鱼花形的基因及其传递和表达的规律-高中生物单元教学设计

>> 50 高中生物单元教学设计　 的过程特点及意义，分析综合各运输方式与细胞膜结构关系，提升科学思维，形成 生命观念，落实社会责任。然而，设计探究柽柳根部吸收无机盐的方式实验作为课 后探究实践作业，学生汇报时未能达到预期效果。教师应提前对限制能量产生的实 验措施或药品、无机盐类别加以明确，方便学生寻找着力点。 单元教学案例 2  决定柳穿鱼花形的基因及其传递和表达的规律 设 计 者：周 悦 寒 张 天 周 成 飒 崔 丽 丹 彭 文 裕 吴 江 欣 杨 紫 瑞 张 静 王 峡 李庆军 张立杰 施 凯 【单元内容分析】 柳穿鱼的花有多种形态结构，花形遗传涉及遗传信息的传递和表达，因此可将 柳穿鱼花形的遗传贯穿到“遗传信息及其传递和表达规律” 这一大单元的教学中去。 本单元属于“思维发展型单元学习主题”，在孟德尔揭示了遗传的基本规律和摩尔根 用实验证明了基因在染色体上之后，继续沿着科学家探索的路径，引领学生从分子 水平上进一步认识遗传物质的本质，并探索遗传物质在生物体内如何发挥作用。 本单元遵循学生的认知逻辑，从阐明 DNA 分子作为遗传物质的特有结构及其在 生物体内的传递与表达过程、规律，来探讨基因如何控制生物体的性状。本单元的 学习可通过科学史的学习、探究活动及问题研讨来开展。“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”“DNA 分子是由四种脱氧核苷酸 构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构，碱基的排列顺序 编码了遗传信息”“DNA 分子通过半保留方式进行复制”“DNA 分子上的遗传信息通 过 RNA 指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状 主要通过蛋白质表现”“某些基因中碱基序列不变但表型改变是表观遗传现象”等多 个次位概念是形成重要概念“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在 DNA 分子上” 的基础。该重要概念是“遗传信息控制生物性状，并代代相传”这一大概念的重要 支撑，又是学习“基因突变”“基因重组”“染色体变异”“生物的进化”等概念的基 础。这些概念之间的关系如下图： 　专题三 探索大单元教学　 51 << DNA RNA DNA DNA DNA DNA RNA 【单元学情分析】 学生通过初中和高中“分子与细胞”模块的学习，已经对 DNA 和基因这两个重 要概念有了初步认识，可能知道 DNA 上有遗传信息，但对遗传信息的物质形式并不 清楚；知道 DNA 是由磷酸、脱氧核糖和碱基组成的，是呈螺旋形的长链分子，但对 于基因、DNA 和染色体在结构上的关系并没有形成清晰认知；知道基因对生物性状 和生命活动起决定作用，但对基因如何发挥功能一无所知。总体上，对于学生来说， 基因、DNA、蛋白质、性状是相对孤立的概念，仅停留在“知道”这一感性认识层 面，经过本单元的学习，学生需要认识遗传物质的本质，理解生命的物质性和信息 性，整合已有知识形成整体认识。基于对基因概念重要性的认识，学生对于基因“是 什么”“为什么能承载遗传信息”“怎样发挥功能”等问题产生浓厚的兴趣，但本单 元学习知识的体量庞大，横跨宏观和微观方面，基因复制、转录和翻译的分子微观 机理较抽象，对于学生来说存在一定的认知挑战，所以以具体生物为知识载体，组 织以柳穿鱼花形遗传为真实背景的单元教学非常必要。 【单元学习目标】 1. 通过本单元学习，能基于结构与功能相适应的观念，阐释“基因是有遗传效 应的 DNA 片段”。（生命观念） 2. 通过本单元学习，能基于科学发展史的学习，建构并使用物理模型，探究 “DNA 分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成 双螺旋结构”，并能深入理解碱基的排列顺序编码了遗传信息。（生命观念、科学思 维、科学探究） >> 52 高中生物单元教学设计　 3.通过本单元学习，能基于实验分析，明确DNA分子通过半保留方式进行复制。 （生命观念、科学思维、科学探究） 4. 通过本单元学习，建构并使用物理模型，概述“DNA 分子上的遗传信息通过 RNA 指导蛋白质的合成”，通过实例分析充分理解“细胞分化的本质是基因选择性 表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现”。（生命观念、科学思维） 5. 通过本单元学习，能基于实例分析，概述“某些基因中碱基序列不变但表型 改变是表观遗传现象”。（生命观念、科学思维） 【单元评价方案】 “决定柳穿鱼花形的基因及其传递和表达的规律”单元教学基于核心素养的课堂学习成果 评价量表 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四（4 ～ 5 分） 水平三（3 分） 水平二（2 分） 水平一（1 分） 生 命 观 念 运 用 结 构 与 功 能 观、物质与 信息观解释 DNA 的 结 构与复制、 基因的表达 等 能熟练运用结构 与功能观、物质与 信息观阐释“亲代 传递给子代的遗传 信 息 主 要 编 码 在 DNA 分子上”，能 识别复杂情景的生 命现象，并能指导 具体问题 能熟练运用结 构与功能观、物 质与信息观阐释 “亲代传递给子代 的遗传信息主要 编码在 DNA 分子 上”，能解释较为 复杂情景的生命 现象 能运用结构 与功能观、物 质与信息观阐 释“亲代传递 给子代的遗传 信息主要编码 在 DNA 分 子 上”，能解释简 单情景的生命 现象 能初步具备 结 构 与 功 能 观、物质与信 息观，但不能 清楚阐释“亲 代 传 递 给 子 代 的 遗 传 信 息主要编码在 DNA 分子上” 科 学 思 维 运用多种 科学思维， 阐 明 DNA 的结构与复 制、基因表 达与性状的 关系 能够在新情境中 运用建模、归纳概 况、演绎推理、抽 象概括、分析综合 等 科 学 思 维 构 建 DNA 模 型、 阐 明 DNA 复制的过程与 意义、基因表达与 性状的关系。在某 一给定情境中，能 对可能的结果做出 预测，并阐明其内 涵 能够从不同的 生命现象中，基 于 事 实 和 证 据， 运用归纳的方法 概 括 出 DNA 模 型、DNA 复制的 过程与意义、基 因表达与性状的 关系，并能在某 一 给 定 情 境 中， 对可能的结果作 出预测，并阐明 其内涵 能够以特定 的生物学事实 为基础，形成 DNA 的结构与 复制、基因表 达等相关概念， 并能阐明基因 表达与性状的 关系，能解释 相应的生命现 象 能够认识到 生物学概念都 是基于科学事 实并经过论证 形成的，能用 “DNA 的结构 与复制”“基 因的表达”等 概念解释简单 的生命现象 　专题三 探索大单元教学　 53 << 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四（4 ～ 5 分） 水平三（3 分） 水平二（2 分） 水平一（1 分） 科 学 探 究 能针对真 实情境，提 出可探究的 问 题， 然 后 查 阅 资 料、设计方 案、分析结 果。在探究 过程中起组 织和引领作 用，运用术 语阐明实验 结果，善于 沟通，开展 合作 针对真实情境提 出可探究的问题， 如“DNA 复 制 的 方式”“碱基排序 与遗传信息的多样 性”“碱基与氨基 酸 的 对 应 关 系 ”。 能够在团队中起组 织和引领作用，运 用术语阐明结果， 并展开交流 针对特定情境 提出可探究的问 题， 如“DNA 复 制的方式”“碱基 排序与遗传信息 的多样性”“碱基 与氨基酸的对应 关系”。能主动合 作，推进方案的 实施，并报告实 验结果 能提出问题， 如“DNA 复 制 的 方 式 ”“ 碱 基排序与遗传 信 息 的 多 样 性”“碱基与氨 基酸的对应关 系”。能在给出 的多个方案中 选取恰当的方 案并实施。能 与他人合作并 展开交流 能基于给定 的实验方案， 如“DNA 复 制的方式”“碱 基排序与遗传 信 息 的 多 样 性”“碱基与 氨基酸的对应 关系”的相关 实验方案，完 成简单的实验 或提出实验思 路，并记录实 验结果 社 会 责 任 认同生物 学知识对社 会发展的积 极作用，形 成健康生活 的意识，落 实社会责任 能辨别并揭穿伪 科学，如“生物的 性状与遗传有关而 与环境无关”。能 向他人宣传吸烟与 甲基化的关系，以 及吸烟的危害。能 参与健康行动。能 尝试解决现实生活 中的生物学问题 能辨别伪科学， 如“生物的性状 与遗传有关而与 环境无关”。能制 订适合的健康计 划， 远 离 香 烟。 能主动运用相关 知识保护自身健 康。能参与健康 行动。能有意识 地通过科学实践 解决生活中的问 题 能关注社会 热点中的生物 学议题并参与 讨论。能接受 科学健康文明 的 生 活 建 议， 远离香烟。能 参与健康行动。 能关注生物学 技术在生产生 活中的应用 知道社会热 点中的生物学 议题。认同健 康文明的生活 方式，远离香 烟。认同环境 保护的必要性 和重要性 续　表 >> 54 高中生物单元教学设计　 【单元整体教学设计思路】 DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA Lcyc DNA DNA DNA DNA RNA DNA 　专题三 探索大单元教学　 55 << 第 1 课时  DNA是主要的遗传物质 设计者：吴江欣 张 静 （一）教学内容分析 本节内容是人教版高中生物学必修 2 第 3 章第 1 节的内容，本节安排在学习了 遗传因子的发现、基因与染色体的关系等内容之后。本节从分子层面上认识遗传物 质的本质，主要包括对遗传物质的早期推测、肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染 细菌的实验三部分内容，为学习 DNA 分子的结构、DNA 分子的复制、遗传效应以 及基因的表达和基因突变打下了基础，也是遗传学从细胞水平转向分子水平的关键 节点。 （二）学习者分析 本节授课对象为高一学生。虽然绝大多数学生对“DNA 是主要的遗传物质”这 一结论已经认可，但是对此结论的得出过程仍不是很理解，特别是对一系列推理论 证实验的设计及科学家的探究思想还不能深入体会。教师从实验原理出发，引导学 生思考其中蕴含的生物学知识，激发学生学习的兴趣，同时引导学生分析实验现象， 得出实验结论，形成科学思维的习惯，理解遗传物质的本质。学生学习的目的在于 认识问题、解释问题，甚至解决问题，而本节的实验分析可以培养学生科学探究 能力。 （三）学习目标确定 1. 通过对肺炎链球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌实验的学习，阐明生物的主 要遗传物质是 DNA。（生命观念） 2. 通过对遗传物质探索实验的设计思路和研究方法的学习，运用概括和归纳等 方法阐述遗传物质的研究过程。（科学思维、科学探究） 3. 通过主动关注生物遗传物质的本质及其相关问题，基于病毒遗传物质的探究 方法，阐明遗传物质的本质在社会生活中的重要性，落实社会责任。（社会责任） （四）学习重点难点 学习重点： 1. 肺炎链球菌转化实验的原理和过程。 >> 56 高中生物单元教学设计　 2. 噬菌体侵染细菌的实验原理和过程。 学习难点： 1. 肺炎链球菌转化实验的原理和过程。 2. 噬菌体侵染细菌的实验原理和过程。 （五）学习评价设计 “DNA是主要的遗传物质”课堂学习成果评价量表 核 心 素 养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三（3 分） 水平二（2 分） 水平一（1 分） 生 命 观 念 能运用结构 与功能观，基 于 染 色 体 的 结构基础阐释 DNA 是主要的 遗传物质 能认同 DNA 是 主要遗传物质， 并能熟练说出不 同生物的遗传物 质 能 认 同 DNA 是 主 要 遗 传 物 质，并能说出不 同生物的遗传物 质 能认同 DNA 是主要遗传物 质，并能通过 引导说出不同 生物的遗传物 质 能 认 同 DNA 是 主 要 遗 传 物 质，不能说出不 同生物的遗传物 质 科 学 思 维 能通过对实 验过程以及现 象的分析，说 出实验结论 能熟练应用科 学思维说出实验 的思路和方法， 并得出实验结论 能应用科学思 维基本说出实验 思路和方法，并 得出实验结论 能通过引导 说出实验思路 和方法，并能 得出实验结论 无法通过引导 说出实验思路和 方法以及实验结 论 科 学 探 究 能够借助“减 法原理”，探究 RNA 病毒的遗 传物质。 能够熟练运用 “减法原理”控 制自变量设计实 验 方 案， 探 究 RNA 病毒的遗传 物质 能够运用“减 法原理”设置自 变量，设计实验 方案，探究 RNA 病毒的遗传物质 能够通过引 导运用“减法 原理”设置自 变量，设计实 验方案，探究 RNA 病毒的遗 传物质 无法通过引导 运用“减法原理” 设置自变量探究 RNA 病 毒 的 遗 传物质 社 会 责 任 通过对病毒 遗传物质的探 究，认同遗传 物质的本质在 药物开发以及 社会生活中的 重要性，树立 健康生活的意 识 能够解释探究 病毒遗传物质在 药物开发等方面 的重要性，树立 健康生活意识 能够认识到探 究病毒遗传物质 在药物开发等方 面的重要性，树 立健康生活的意 识 能够认同探 究病毒遗传物 质在生活中的 重要性，树立 健康生活的意 识 仅能认同探究 病毒遗传物质在 生活中的重要性 　专题三 探索大单元教学　 57 << （六）学习活动设计 教师活动 学生活动 导入新课 ：【创设情境】通常柳穿鱼的花是两侧对称的（野生型），但是部分柳穿鱼的花是辐 射状的（突变型），为什么会出现两种不同的性状呢？生物体的性状是由遗传物质决定的，且代 代相传，那么决定柳穿鱼花的性状的遗传物质到底是什么呢？通过之前章节的学习，我们知道 染色体是由 DNA 和蛋白质组成的，核酸是遗传信息的携带者，而蛋白质是生命活动的承担者和 体现者，那么到底哪种物质才是真正的遗传物质呢？接下来，让我们带着这个问题进入今天的 学习—DNA 是主要遗传物质。 任务一 ：对遗传物质的早期推测。 活动 1 引导学生阅读教材 42 页并思考以下问题 ：20 世纪中叶，人们对于遗 传物质的普遍认识是怎样的？在蛋白质和 DNA 中，当时人们认为哪一 种可能是遗传物质？为什么？ 活动 1 阅 读 教 材 并 分 析， 回答相关问题。 活动意图说明 : 从历史出发，重温科学家探索遗传物质的过程，引导学生认识到科学发展并非 一帆风顺的，有时候错误的观点反而会占据主导地位。 任务二 ：肺炎链球菌的转化实验。 活动 2 ： 【格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验】 介绍 R 型菌和 S 型菌的区别，展示格里菲斯的实验过程，并提出以 下问题 ： （1）加热致死的 S 型细菌会不会导致小鼠死亡？ （2）为什么第四组实验的小鼠死亡，并从其内分离出 S 型活细菌？（补 充加热致死的原理 ：加热对蛋白质和核酸的影响不同，加热后蛋白质 失活变性 ；而 DNA 分子双链打开，当温度降至 55℃以下时，DNA 双 链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。） （3）格里菲斯的体内转化实验中，能得出哪些结论？ （4）转化因子到底是什么物质？应该如何设计实验来证明呢？ （5）通过上清液和沉淀物的放射性能否说明遗传物质是什么？若不 能，请说出如何证明？ 【艾弗里的体外转化实验】 展示艾弗里的实验过程，引导学生阅读教材，并提出问题 ： 1. 该实验的设计遵循哪些原则？其巧妙之处是什么？ 2. 实验的结论是什么？ 【科学方法】 总结科学方法 ：运用自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 设计实验方案。 活动 2 ： 学生通过对实验过 程的分析，层层深入， 思考并回答问题。 阅读教材，分析思 考， 回 答 相 关 问 题， 并提出自己的疑问。 >> 58 高中生物单元教学设计　 教师活动 学生活动 活动意图说明 ：学习科学家设计肺炎链球菌转化实验的原理和过程，分析实验设计思路，训 练科学思维 ；培养学生的辩证思维和尊重事实和证据、崇尚严谨和务实的求知态度。 任务三 ：噬菌体侵染细菌的实验。 活动 3 ： 展示噬菌体侵染细菌的实验过程，提出相关问题 ： （1）该实验用到的实验方法是什么？ （2）噬菌体的结构、生活方式及其增殖过程是什么？ （3）用什么元素标记噬菌体的 DNA 和蛋白质？如何标记噬菌体？ 引导学生小组合作，回答下列问题 ： （1）同时标记一组噬菌体还是分组分别标记噬菌体？ （2）实验过程中的搅拌和离心的目的是什么？ （3）实验误差的分析 ：用 35S 标记的噬菌体侵染大肠杆菌时，沉淀物 中出现少量放射性的原因是什么？用 32P 标记的噬菌体侵染大肠杆菌 时，上清液中也有一定的放射性，原因是什么？（从侵染时间、搅拌 是否充分等进行讨论） （4）通过上清液和沉淀物的放射性能否说明遗传物质是什么？若不 能，请说出如何证明？ 活动 3 ： 阅读教材并结合已 有知识，回答相关问 题。 小组合作，各组派 代表展示本组成果， 各小组间提出疑问， 并相互解答。 活动意图说明 ：跟着科学家的脚步进行思考探究，培养科学探究精神。认同科学的发展需要 技术的支持，准确应用同位素标记法，解决实验的难关。培养学生的合作探究能力，提高学生 积极性和课堂参与度。 任务四 ：烟草花叶病毒侵染实验。 活动 4 ： 探究 RNA 是烟草花叶病毒的遗传物质。 （1）实验的思路和方法是怎样的？ （2）实验的自变量如何控制？ 活动 4 ： 阅读教材并结合已 有知识，回答相关问 题。 活动意图说明 ：运用科学探究的过程和方法，学习自变量如何设置与控制，运用“减法原理” 举一反三。 小结 ：本节课主要学习了两个经典实验 ：肺炎链球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验，证明 了 DNA 是遗传物质。后又通过烟草花叶病毒感染烟草实验，证明了 RNA 是遗传物质。由此总 结不同生物体中核酸的种类，以及不同生物体的遗传物质。本节课的结论 ：DNA 是主要的遗传 物质。若出现一种新病毒，首先要清楚它的遗传物质是什么，然后才能进一步研究针对该病毒 的控制方法。 续　表 　专题三 探索大单元教学　 59 << （七）板书设计 RNA DNA DNA （八）作业与拓展学习设计 【概念检测】 1. 下列关于遗传物质的说法，错误的是 (　　) ①真核生物的遗传物质是 DNA；②原核生物的遗传物质是 RNA；③细胞核中 的遗传物质是 DNA；④细胞质中的遗传物质是 RNA；⑤新型冠状病毒的遗传物质 是 DNA 或 RNA。 A. ①②③ B. ②③④ C. ②④⑤ D. ③④⑤ 2. 赫尔希和蔡斯通过 T2 噬菌体侵染细菌的实验证明了 DNA 是遗传物质 , 实验 包括 4 个步骤 : ①培养噬菌体；② 35S 和 32P 分别标记噬菌体；③放射性检验；④离 心分离。实验步骤的先后顺序为 (　　) A. ①②④③ B. ④②①③ C. ②①④③ D. ②①③④ 答案：1.C 2.C 【素养检测】 设计实验探究某种未知病毒的遗传物质，说出实验思路和方法。 （九）特色学习资源分析、技术手段应用说明 本节课的实验均是在特定条件下完成，学生无法亲手操作，所以借助视频和演 示文稿中动画的形式让学生更加直观地感受实验的探究过程，更好地开展教学工作。 （十）教学反思与改进 本节课以问题驱动的形式开展，层层递进，不断深入，可以帮助学生更好地理 解实验的科学方法和探究过程；在本节内容正式上课之前，学生已经进行预习，按 >> 60 高中生物单元教学设计　 理说课堂节奏应该紧凑、有序，但部分学生在理解实验思路上依然有很大的障碍， 教师必须做出一定的引导，应加强对学生科学思维的培养；由于实验是在特定的实 验室条件下进行的，学生无法亲自动手操作，缺少感性认识，但课上借助视频给学 生创造了更加直观的感受，帮助学生更好地理解实验过程。 第 2 课时  DNA的结构 设计者：张天周 王 峡 （一）教学内容分析 “DNA 的结构”是人教版高中生物学必修 2 第 3 章第 2 节内容。对应课程标准 中的重要概念“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在 DNA 分子上”，次位概念 “DNA 分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成 双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息”。本节课既是对已经学习的孟德尔遗 传定律、基因和染色体的关系的进一步推进，又是学习整个遗传部分的基础，体现 生命的物质性、信息性。教材首先介绍了科学家构建 DNA 双螺旋结构模型的历程， 旨在使学生了解科学家的研究过程，学习和体会科学家善于捕获和分析信息来形成 构建物理模型的科学思维及科研精神，是本节 “DNA 模型的制作”探究实验的理论 思维部分。DNA 分子结构主要特点是第 1 节“DNA 是主要的遗传物质”的后续，又 是第 3 节“DNA 的复制”的前提，甚至是中心法则、变异及进化的基础，为后续学 习柳穿鱼花的表观遗传提供了 DNA 分子的结构基础。 （二）学习者分析 学生已经掌握了遗传信息的携带者—核酸以及核苷酸的相关知识，并懂得 DNA 是主要的遗传物质，也知道 DNA 和染色体的关系，为新知识的学习奠定了认 知基础。学生具备一定的认知能力，且思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立； 学生的学习能力和动脑能力都比较强，具备了一定的观察、分析、推理、获取信息 及探究能力；学生的学习逻辑思维逐步成熟，能较好地完成教师精心设置的任务。 高中生对生物学的好奇心强，且乐于合作、探究，具备实事求是的态度，能建 立良好的合作探究意识。 　专题三 探索大单元教学　 61 << （三）学习目标确定 1. 能够基于 DNA 科学史分析 DNA 的结构，运用合适材料构建 DNA 分子模型， 体会多学科交叉对科学发展的重要意义，形成勇于创新、实事求是的科学思维。（科 学思维） 2. 在通过对 DNA 分子的结构特点进行分析的基础上，形成生命的物质性与信息 性、遗传物质功能的生命观念。（生命观念） 3. 体验 DNA 分子双螺旋结构模型的构建历程，感悟科学研究中蕴含的科学思维 和科学态度。（科学研究） 4. 主动关注生活中的生物学问题，阐释生活中的生物学问题，形成社会责任的 认识。（社会责任） （四）学习重点难点 学习重点： 1. 了解 DNA 结构的主要特点。 2. 制作 DNA 双螺旋结构模型。 学习难点： 理解 DNA 结构的主要特点。 （五）学习评价设计 “DNA的结构”课堂学习成果评价量表 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三 （3 分） 水平二 （2 分） 水平一 （1 分） 生 命 观 念 能阐释脱氧核苷 酸与 DNA（脱氧核 糖核酸）的关系（结 构与功能观） 能 熟 练 掌 握 脱 氧 核 苷 酸 与 DNA（脱氧核糖 核酸）的关系 掌 握 脱 氧 核 苷酸与 DNA（脱 氧 核 糖 核 酸 ） 的关系 知道脱氧核苷 酸的结构，但与 DNA（脱氧核糖 核酸）的关系掌 握不熟练 仅知道脱 氧核苷酸的 结构，不能 与 DNA 建 立联系 能认同“生命的 遗 传 物 质 主 要 是 DNA 且 DNA 携 带 有遗传信息”的观 念。（物质与能量 观） 能较好地认同 “生命的遗传物 质主要是DNA且 DNA 携带有遗传 信息”的观念 基本认同“生 命的遗传物质 主要是 DNA 且 DNA 携 带 有 遗 传信息”的观念 认同“生命的 遗传物质主要是 DNA”，但不确 定“DNA 携 带 有遗传信息”的 观念 仅 认 同 “ 生 命 的 遗 传物质主要 是 DNA”的 观念 >> 62 高中生物单元教学设计　 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三 （3 分） 水平二 （2 分） 水平一 （1 分） 科 学 思 维 能通过资料对比 分 析， 建 构 DNA 的双螺旋模型并概 括其意义 能够熟练通过 资料对比分析， 建 构 DNA 的 双 螺旋模型并概括 其意义 能 通 过 资 料 对 比 分 析， 建 构 DNA 的双螺 旋模型并概括 其意义 能通过资料对 比 分 析， 建 构 DNA 的 双 螺 旋 模型 能通过资 料 对 比 分 析， 建 构 DNA 的双螺 旋模型不够 准确 能通过分析 DNA 双螺旋模型的特点 理 解 DNA 多 样 性 的特点及意义 能够熟练通过 分 析 DNA 双 螺 旋模型的特点理 解 DNA 多 样 性 的特点及意义 能 通 过 分 析 DNA 双螺旋模 型的特点理解 DNA 多样性的 特点及意义 能 通 过 分 析 DNA 双 螺 旋 模 型 的 特 点 理 解 DNA 多 样 性 的 特点，但其意义 掌握不够准确 仅能通过 分 析 DNA 双螺旋模型 的特点理解 DNA 多样性 的特点 能通过建构模型 概 括 DNA 分 子 的 结构 能熟练建构模 型 概 括 DNA 分 子的结构 能 通 过 建 构 模型概括 DNA 分子的结构 通过建构模型 概括DNA分子的 结构的能力有限 不能通过 建构模型概 括 DNA 分 子的结构 能借助 DNA 分子 模型理解磷酸基团 和脱氧核糖以及含 氮碱基之间的关系 能 借 助 DNA 分子模型理解磷 酸基团和脱氧核 糖以及含氮碱基 之间的关系，建 立逻辑严谨的科 学思维 能 借 助 DNA 分子模型理解 磷酸基团和脱 氧核糖以及含 氮碱基之间的 关 系， 具 备 一 定的逻辑思维 能 借 助 DNA 分子模型理解磷 酸基团和脱氧核 糖以及含氮碱基 之间的关系，基 本具有一定的科 学思维 仅能借助 DNA 分子模 型理解磷酸 基团和脱氧 核糖以及含 氮碱基之间 的关系 社 会 责 任 通过遗传物质的 结构特点，能够树 立关爱疾病患者、 健康生活的意识 通过遗传物质 的结构特点，能 够坚定树立关爱 疾病患者、健康 生活的意识 通过遗传物质 的结构特点，基 本能够树立关爱 疾病患者、健康 生活的意识 通过遗传物质 的结构特点，树 立 关 爱 疾 病 患 者、健康生活的 意识较薄弱 仅能通过 遗传物质的 结 构 特 点， 意识到疾病 与健康生活 有关 续　表 　专题三 探索大单元教学　 63 << （六）学习活动设计 教师活动 学生活动 任务一 ：分析 DNA 适于作遗传物质的原因。 活动 1 ： 展示北京 DNA 雕塑的视频以及亲子鉴定的视频。（多媒体播放） 回顾必修 1 DNA 分子的基本知识 ：基本单位及组成。 从回顾蛋白质合成入手，通过氨基酸脱水缩合形成蛋白质，引 出一个个的脱氧核苷酸形成 DNA 分子的过程。 提供资料 ： 早在 20 世纪 30 年代，人们就已经知道 DNA 是由 4 种碱基结 合在戊糖和磷酸基之上形成核苷酸。教师展示 4 种碱基、磷酸分 子、脱氧核糖模型，要求学生组装成脱氧核苷酸模型。 活动 1 ： 学生思考并分组讨论。 认识 4 种碱基、磷酸分子、 脱氧核糖模型。 根据材料试拼装脱氧核糖 模型，并展示。（微信或钉 钉拍照，希沃白板展示） 活动意图说明 ： 根据已有知识类比推理新知识，理解大分子物质是通过结构单体结合起来的， 并能亲自动手组装成模型，为后续活动做铺垫。 假设学生可能提出的问题 ：脱氧核苷酸和 DNA 有什么关系呢？两者之间的关系是什么呢？ 任务二 ：构建脱氧核苷酸链模型。 活动 2 ： 提供资料 ： 1951 年，英国化学家托德提出核苷酸分子间的化学连接方式。 他认为核苷酸与核苷酸之间通过磷酸二酯键（脱氧核糖的 3 号碳 原子与相邻核苷酸的磷酸发生化学反应形成的化学键）连接。 活动 2 ： 阅读资料，利用碱基、脱 氧核糖、磷酸模型构建脱氧 核苷酸链模型并拼装 DNA 分子的一条单链片段的模 型，并展示。（微信或钉钉 拍照，希沃白板展示） 活动意图说明：利用材料分析，结合已有各科知识，综合思考探究，获得 DNA 分子的一条单链片 段的模型。 学生可能出现的疑惑：DNA 是几条链？DNA分子中磷酸基团－脱氧核糖与碱基又是如何分布的呢？ 任务三 ：构建 DNA 双螺旋模型。 活动 3 ： 提供资料 ： 1950 年初，三个研究组展开了对 DNA 结构的研究。美国化学 家鲍林提出了一个以糖和磷酸骨架为中心的三链螺旋结构，结果 以失败告终。根据 DNA 衍射图像，威尔金斯和富兰克林小组指 出 DNA 是一个双链同轴排列，确定了螺距和直径，但他们并没 有得出正确的结论。沃森和克里克听取富兰克林关于 DNA 结构 的报告后，先后建立了单链模型和三股模型，结果都以失败告终。 后来，他们在看到威尔金斯提供的一些最新的 X 射线照片，其中 包括由富兰克林拍摄的但一直没有公布的 DNA 的 X 射线衍射照 片时，几乎可以确定 DNA 是规则的双螺旋结构。 活动 3 ： 通过阅读资料分析，基本 能够得出 DNA 是规则的双 螺旋结构的结论。 >> 64 高中生物单元教学设计　 教师活动 学生活动 活动 4 ： 重新提出问题 ：磷酸基团 - 脱氧核糖与碱基是如何排列的呢？ 学生讨论后展示资料，验证学生的猜想。 1952 年，威尔金斯用改进的技术获得了较好的 DNA 衍射图， 即刻得出磷酸基团 - 脱氧核糖在外侧、碱基在内侧的结论，随后 该结论被证明是正确的。 活动 4 ： 讨论分析磷酸基团 - 脱氧 核糖和碱基排列问题。各组 发表本组见解，不同组之间 相互质疑。 活动 5 ： 问题驱动 ： DNA 平行的两条链是什么样的空间结构呢？ 资料 ： 20 世纪 50 年代初，查哥夫应用紫外分光光度法和纸层析等技 术，对多种生物的 DNA 做碱基定量分析，发现了 DNA 中碱基的 规律（见下表）。 不同来源的 DNA 的 4 种碱基的比例关系 DNA 来源 A ∶ G T ∶ C A ∶ T G ∶ C 嘌呤∶嘧啶 牛 1.29 1.43 1.04 1.00 1.10 人 1.56 1.75 1.00 1.00 1.00 母鸡 1.45 1.29 1.06 0.91 0.99 小麦 1.22 1.18 1.00 0.97 0.99 酵母 1.67 1.92 1.03 1.20 1.00 大 肠 杆 菌 K2 菌株 1.05 0.95 1.09 0,99 1.00 沙雷菌 0.70 0.70 0.95 0.86 0.90 根据学生制作的模型提出问题 ：哪一种是 DNA 的正确结构呢 （教师同时展示正向平行的模型和反向平行的模型）？ 随后，教师展示腺嘌呤与胸腺嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶的结构， 并分析氢键形成的条件必须是带正电荷原子或基团与带负电荷原 子或基团相互靠近。 活动 5 ： 讨论 DNA 平行的两条链 的可能结构。 依据碱基互补配对原则进 行组建，学生不同组展示组 建的模型。（微信或钉钉拍 照，希沃白板展示） 分组讨论，并提出本组观 点。 活动 6 ： 教师继续引导学生制作 DNA 模型。 教师引导学生利用 DNA 平面结构构建立体结构 ：左手拿着  DNA 的底部，右手拿着 DNA 的上部，向右螺旋得到立体的 DNA  模型。 活动 6 ： 动手动脑讨论并修正自己 的 DNA 模型。 （微信或钉钉拍照，希沃 白板展示） 续　表 　专题三 探索大单元教学　 65 << 教师活动 学生活动 活动 7 ： 在各组构建模型的基础上，教师以问题串的形式引导学生分析 以下问题 ： （1）DNA 上的遗传信息及 DNA 结构保持稳定的原因是什么？ （2）DNA 上的遗传信息是什么 ?  （3）为什么说 DNA 具有多样性又具有特异性 ? （4）DNA 模型上排列在外侧 ( 基本骨架 ) 的是什么 ?  （5）排列在内部的是什么 ?  活动 7 ： 各小组利用构建的 DNA  模型，读出各自 DNA 上的 碱基排列顺序，得出什么是 遗传信息，并分析 DNA 结 构稳定性的原因。 通过讨论与分析，得出结 论。 活动意图说明 ：利用教师提供的资料，小组开展探究活动，先构建脱氧核苷酸链，再讨论碱 基配对方式及链的方向问题，引导学生逐步构建出 DNA 的双螺旋结构。在一系列探究活动中， 发展学生的科学思维与建模能力，落实学科核心素养。 任务四 ：总结 DNA 双螺旋结构的特点。 活动 8 ： 结合图片引导学生总结 DNA 结构的 3 个主要特点。 教师简要解释“反向”，一条链是 5′到 3′方向，另一条链是 3′ 到 5′方向。 引导学生进一步思考 ： （1）DNA 为什么具有多样性和特异性？ （2）DNA 为什么具有稳定性？ DNA、蛋白质、RNA 稳定性哪 个更强？ DNA 稳定性的相对性是什么？ 活动 8 ： 学生总结 DNA 结构的特 点。 学生进一步思考讨论回 答。 活动意图说明 ：碱基互补配对原则对遗传信息的传递有探索意义，既巩固了 DNA 结构的学 习，又延伸向下一节“DNA 的复制”。联系上一节内容，对 DNA 和蛋白质稳定性的探讨、DNA 与 RNA 稳定性的比较，使学生能更深刻地理解遗传物质的结构特性以及思维的连贯性与逻辑性， 为柳穿鱼花的表观遗传的学习奠定基础，培养社会责任与生命观念。 任务五 ：课堂总结与检测评价。 活动 9 ： 组织学生构建思维导图，概述 DNA 结构的要点体系并验收学 习效果。 （1）根据 DNA 特点，快速区分出 DNA 的示意图。 （2）给出 DNA 一条链的部分碱基序列，尝试写出其互补链的 碱基序列。 活动 9 ： 交流答案并核对，汇报结 果并评价修正。 活动意图说明 ：检测学生对本节课知识的掌握度和实际运用能力，使学生更全面地认识 DNA  的结构，建立结构与功能观，使认识得到深化和升华。 续　表 >> 66 高中生物单元教学设计　 （七）板书设计 DNA （八）作业与拓展学习设计 【概念检测】 1. 下列错误的描述是（ ） A. 双链之间的相邻碱基通过氢键连接 B. 双链 DNA 分子含有 2 个游离的磷酸基团 C.DNA 一条单链中，有游离磷酸基团的这一端称为 5′端 D. 一条链上的相邻碱基通过“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”连接 2. 下列正确的说法是（ ） A. 制成的 DNA 分子模型中，腺嘌呤与胞嘧啶之和等于鸟嘌呤和胸腺嘧啶之和 B. 在制作脱氧核苷酸时，需在磷酸上连接脱氧核糖和碱基 C. 制作模型时，鸟嘌呤与胞嘧啶之间用 2 个氢键连接物相连 D. 制成的模型中，磷酸和脱氧核糖交替连接位于主链的内侧 答案：1.D 2.A 【素养检测】 1. 制作 DNA 模型展示给同学并探讨。 2. 结合刑侦中 DNA 鉴定来理解 DNA 分子的结构与含氮碱基的关系，并给同学 讲解 DAN 鉴定的原理。 3. 建立 DNA 分子中含氮碱基的数学模型（如 DNA 分子中（A+G）/（T+C）等 的数学关系）。 （九）特色学习资源分析、技术手段应用说明 照片或视频资源：北京中关村 DNA 雕塑照片或多角度视频；亲子鉴定有关视 　专题三 探索大单元教学　 67 << 频；DNA 的 X 光衍射照片，沃森和克里克制作的 DNA 双螺旋模型。 文本资源 1 ：课本资料 PPT 再现。 文本资源 2 ：学生课堂制作的脱氧核苷酸模型，DNA 结构模型拍照同步上传至 微信或钉钉，在大屏幕展示。 论文资源：沃森、克里克 Nature 发表的论文。 技术手段应用：希沃白板、微信、钉钉。 （十）教学反思与改进 1. 学生对于教学中涉及的学科交叉部分，如 X 射线衍射技术、数据分析、有机 化学等方面的知识比较陌生，有部分同学还是会比较困惑。 2. 以学生为主体教学，教师适当提供桥梁知识和少而精的问题引导与点评引导， 学生就能有充裕的时间自主学习和深度思考。 3. 大单元教学模式可以增强思维的连续性和逻辑性，有利于学生对知识的整体 理解和把握；而运用所学的科学观点、知识、思路和方法解决实际问题，更能提高 学生的知识应用能力，为学生的终生发展奠定基础。 4. 本节课整体来看充分体现了学生的主体地位，教师提供资料，学生动手组建 模型，能够在探索构建模型的过程中落实学科核心素养。从课堂实践效果来看，教 师设置的活动学生基本能完成，学生对 DNA 的结构及特点理解透彻，但在构建 DNA 链时，有小组对磷酸二酯键理解不到位，出现多一个或者少一个磷酸基团的现 象，教师授课时应该重点关注；在构建 DNA 立体模型时，个别小组可能会构建出环 状、左螺旋等情况，教师可以提供资料引导学生进一步探究。 第 3 课时  DNA的复制 设计者：杨紫瑞 李庆军 （一）教学内容分析 本节内容选自人教版高中生物学必修 2 第 3 章第 3 节，生物学课程标准对本节 的要求为概述 DNA 分子通过半保留方式进行复制。本节内容在联系 DNA 结构的基 础上，进一步阐明 DNA 通过复制传递遗传信息的功能；本节可以巩固有丝分裂、减 数分裂等知识，并为基因突变、基因重组等内容作铺垫，在知识结构上具有承上启 下的作用。 >> 68 高中生物单元教学设计　 （二）学习者分析 在知识结构方面，在学习本节内容之前，学生已经学习了有丝分裂、减数分裂 和 DNA 分子的结构，能够从结构的角度出发思考并推测 DNA 的复制方式；在能力 方面，必修 2 前面的内容已经介绍了假说—演绎法，这有利于学生在本节进一步运 用此方法来探究 DNA 复制的方式，提高解决问题的能力。但是，本节内容较为抽 象，教师需要提供直观的材料供学生理解和学习。 （三）学习目标确定 1. 通过学习 DNA 复制的过程，能够基于 DNA 分子结构运用结构与功能观，概 述 DNA 复制的条件、过程和特点。（生命观念） 2. 通过 DNA 双螺旋结构的学习，能够运用观察、推理的科学思维方法阐述 DNA 的复制方式。（科学思维） 3. 通过运用假说—演绎法，探究 DNA 的复制方式。（科学研究） 4. 通过学习 DNA 复制的过程及意义，树立科学研究的成功需要严谨科学态度和 方法的价值观念，认同科技发展对生物学研究的重要作用。（社会责任） （四）学习重点难点 学习重点： 1. 运用假说—演绎法探究 DNA 的复制方式。 2.DNA 复制的条件、过程和特点。 学习难点： 1. 运用假说—演绎法探究 DNA 的复制方式。 2.DNA 复制的过程。 （五）学习评价设计 “DNA的复制”课堂学习成果评价量表 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三 （3 分） 水平二 （2 分） 水平一 （1 分） 生命 观念 能运用结构与 功 能 观， 基 于 DNA 分 子 的 结 构 阐 述 DNA 复 制的过程、条件 和特点 能自主运用结 构与功能观熟练 解释 DNA 结构与 复制过程是相适 应的 在 教 师 的 引 导 下，能运用结构与 功 能 观 熟 练 解 释 DNA 结 构 与 复 制 过程是相适应的 在教师的引导下， 能运用结构与功能观 初步解释DNA结构与 复制过程是相适应的 能 够 初 步 认 识到 DNA 结构 与 DNA 复制过 程是相适应的 　专题三 探索大单元教学　 69 << 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三 （3 分） 水平二 （2 分） 水平一 （1 分） 科学 思维 能 根 据 DNA 的结构以及生命 活动所需的基本 条件，推理体外 合 成 DNA 的 条 件 和 DNA 的 复 制方式 能够自主推理 提 出 体 外 合 成 DNA 的 条 件 和 DNA 的复制方式 能够在教师的引 导下，详细推理阐 述 体 外 合 成 DNA 的条件和 DNA 复 制的方式 能够在教师的引导 下，简单推理阐述 DNA 复制的方式 能 够 在 教 师 提供的资料支 持 和 引 导 下， 提出 DNA 复制 的方式 科学 探究 能够基于对多 种复制方式的假 说，运用假说— 演绎法探究DNA 的复制方式 能够自主查阅 资料，提出运用 假说—演绎法探 究 DNA 复制方式 的实验方案 能够在教师提供 的背景资料下，运 用假说—演绎法设 计探究 DNA 复制 方式的实验方案 能够在教师提供的 背景资料下，在教师 引导下运用假说—演 绎法设计探究DNA复 制方式的实验方案 能 够 理 解 梅 塞尔森和斯塔 尔对 DNA 复制 方式的实验 社会 责任 能够认同 DNA 复制的生物学意 义，树立科学研 究的成功需要严 谨的科学态度和 方 法 的 价 值 观 念，认同科技发 展对生物学研究 的重要作用 能够认同 DNA 复制的生物学意 义，认同科技发 展对生物学研究 的重要作用，能 够运用 DNA 复制 的原理解释生活 中的生物学问题 能 够 认 同 DNA 复 制 的 生 物 学 意 义，树立科学研究 的成功需要严谨的 科学态度和方法的 价值观念 能 够 认 识 DNA 复 制的生物学意义和科 学技术对生物学发展 的推动作用 能 够 认 识 DNA 复制的生 物学意义 （六）学习活动设计 教师活动 学生活动 任务一 ：创设情境、提出问题。 活动 1 ： 展示柳穿鱼相关资料 ：通常柳穿鱼的花是两侧对称的（野生型）， 但部分柳穿鱼的花是辐射对称的（突变型）。人们将野生型柳穿鱼 与突变型柳穿鱼杂交，子一代柳穿鱼都表现为野生型。 提问 ：在柳穿鱼的花形遗传过程中，亲本的 DNA 是否需要进行 复制？若需要，DNA 的复制过程是怎样的呢？ 活动 1 ： 认真阅读柳穿鱼相关资料， 思考并回答。 活动意图说明：通过柳穿鱼的花形遗传认识到 DNA 复制对保持亲子代遗传信息连续性的重要性。 任务二 ：问题探讨、领悟精神。 活动 2 ： 利用本节教材中的“问题探讨”，引导学生思考 ： （1）碱基互补配对原则暗示 DNA 的复制机制可能是怎样的？ （2）上句话中为什么要用“可能”二字？这反映科学研究具有什 么特点？ 活动 2 ： 结合已学习过的 DNA 结构 的相关知识回答。 续　表 >> 70 高中生物单元教学设计　 教师活动 学生活动 活动意图说明 ：通过了解科学家的推测，树立科学研究的成功需要严谨的科学态度和方法的价 值观念。 任务三 ：利用假说—演绎法探究 DNA 的复制方式。 活动 3 ： 【提出问题】 组织学生阅读教材上展示的沃森和克里克对 DNA 复制方式的假 说，引导学生尝试画出两种假说的示意图。 【设计实验】 引导学生阅读教材“思考·讨论”的背景知识，介绍利用离心技 术得出不同密度的 DNA 分子在试管中位置的方法 ：14N/14N（轻带） 在试管上层，14N/15N（中带）在试管中层，15N/15N（重带）在试管下层。 引导学生思考以下问题 ： （1）科学家为什么要用大肠杆菌作实验材料？ （2）如何让亲代 DNA 获得 15N 标记？ （3）如何让子代 DNA 获得 14N 标记？ （4）如何测定子代 DNA 带有同位素标记的情况？ 【演绎推理】 组织学生以小组为单位预期全保留复制和半保留复制的结果图。 【实验验证】 展示科学家以大肠杆菌为实验材料的实验结果，得出结论。 【得出结论】 DNA 的复制方式是半保留复制。 活动 3 ： 依据教材内容尝试画出 DNA 的两种复制方式的示意 图。 阅读教材，思考问题，设 计实验。 以小组为单位画出两种复 制方式的亲代 DNA 到第二代 DNA 的离心分布图。 活动意图说明 ：通过设置问题串，引导学生演绎实验结果，体会假说—演绎法的科学研究方法 及生物学的实证特征。通过提供背景知识，引导学生逐步完善实验探究方案，认同技术的发展对 科学进步的意义。 任务四 ：DNA 复制的过程。 活动 4 ： 结合教材图 3-10，组织学生思考 ： （1）DNA 复制发生的时间？ （2）DNA 复制的场所？ （3）DNA 复制的条件有哪些？ （4）联系所学，思考 DNA 精确复制的原因是什么？ （5）DNA 复制的特点？ （6）DNA 复制对生物体有什么意义？ 放映 DNA 复制视频，组织学生概述 DNA 复制的具体过程。 活动 4 ： 结合教材内容，回答相关 问题。 仔细观察动画，概述 DNA 复制过程。 活动意图说明 ：以问题串方式帮助学生认识 DNA 复制过程及特点，体会结构与功能相适应的特 点。通过视频将抽象内容直观化，有利于学生系统掌握 DNA 复制的过程。 任务五 ：总结评价。 活动 5 ： 组织学生书写教材的课后习题和 DNA 复制的概念图。 活动 5 ： 交流答案并评价修正。 活动意图说明 ：检测学生对本节知识的掌握度和实际运用能力。 （七）板书设计 续　表 　专题三 探索大单元教学　 71 << DNA （八）作业与拓展学习设计 【概念检测】 1. 现有 DNA 分子的两条单链均只含有 14N（表示为 14N14N）的大肠杆菌，若将 该大肠杆菌在含有 15N 的培养基中繁殖两代，再转到含有 14N 的培养基中繁殖一代， 则理论上 DNA 分子的组成类型和比例分别是（　） A．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 1 ：3 B．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 1 ：1 C．有 15N15N 和 14N14N 两种，其比例为 3 ：1 D．有 15N14N 和 14N14N 两种，其比例为 3 ：1 2.DNA 双螺旋结构模型的提出在遗传学中具有里程碑式的意义，科学地解释了 遗传信息的传递过程。下图甲是 DNA 分子复制的过程示意图，将甲图中 DNA 分子 某一片段放大后如乙图所示。请回答下列问题： P P P P G T C A 1 8 10 2 3 4 5 6 7 A Ba b c d （1）在人体细胞中， DNA 复制主要发生的场所是 _________________，A 和 B 均是 DNA 分子复制过程中所需要的酶，其中 B 是 ___________ 酶，其作用是 ______________，据甲图可知 DNA 复制的特点是 ______________。 （2）由乙图可知， DNA 分子的基本骨架是 _________________，DNA 分子 具有一定的热稳定性，加热能破坏图乙中 9 处氢键而打开双链。现在有两条等长 >> 72 高中生物单元教学设计　 的 DNA 分子甲和乙，经测定发现甲 DNA 分子热稳定性较高，你认为可能的原 因是 _________________。 3. 已知 5- 溴尿嘧啶（BU）可与碱基 A 或 G 配对。大肠杆菌 DNA 上某个碱基 位点已由 A-T 转变为 A-BU，要使该位点由 A-BU 转变为 G-C，则该位点所在的 DNA 至少需要复制的次数是（ ） A．1 B．2 C．3 D．4 4. 在氮源为 14N 和 15N 的培养基上分别生长的大肠杆菌，其 DNA 分子分别为 14N-DNA（相对分子质量为 a）和 15N-DNA（相对分子质量为 b）。将亲代大肠杆菌 转移到含 14N 的培养基上，再连续繁殖两代（Ⅰ和Ⅱ），用离心方法分离得到的结果 如下图所示。对此实验的叙述不正确的是（ ） 14N-DNA 15N-DNA Ⅰ Ⅱ 2 1 2 1 A．Ⅰ代细菌 DNA 分子中一条链是 14N，另一条链是 15N B．Ⅱ代细菌含 15N 的 DNA 分子占全部 DNA 分子的 1/4 C．预计Ⅲ代细菌 DNA 分子的平均相对分子质量为 (7a+b)/8 D．继续培养细菌，预计 DNA 分子离心后不会同时得到轻、中、重三条带 【素养检测】 运用合适的材料用具（如橡皮泥等），以小组为单位模拟 DNA 的复制过程，并 展示交流。 （九）特色学习资源分析、技术手段应用说明 本节课借用图片、动画视频强化学生对 DNA 复制过程的理解，课后作业中引导 学生用橡皮泥等用具模拟 DNA 复制的过程，均对本节课的学习具有促进作用。 （十）教学反思与改进 在本节内容的开展过程中，教师没有采用直接介绍的方式，而是引导学生采用 假说—演绎法，通过体验式探究活动，经历提出问题→作出假设→演绎推理→实验 　专题三 探索大单元教学　 73 << 验证→得出结论的科学研究过程，从而得出 DNA 的半保留复制方式，同时体验了科 学探究的魅力。另外，本节内容较为抽象，教师及时提供 DNA 复制的视频，可以有 效地促进学生对本节内容的认识与理解，体现了新课程标准的基本理念。 第 4 课时  基因是有遗传效应的DNA片段 设计者：周悦寒 施 凯 （一）教学内容分析 本节内容选自人教版高中生物学必修 2 第 3 章第 4 节。本节在联系 DNA 结构和 DNA 复制的基础上，进一步阐明了基因是有遗传效应的 DNA 片段；本节内容既是 对本章内容“基因的本质”的概况和总结，也是下一章“基因的表达”的基础和铺 垫，具有承上启下的作用。 （二）学习者分析 在本节学习之前，学生学习了“DNA 是主要的遗传物质”“DNA 的结构”“DNA 的复制”等内容，认识了一些与之相关的名词，如“遗传因子”“遗传物质”“染色 体”“核酸”“DNA”“基因”“核苷酸”等。虽然他们对转基因生物、DNA 亲子鉴定， 基因检测等热点词汇并不陌生，但是对于“基因到底是什么 ?”“如何理解基因和 DNA 的关系？”“DNA 是如何储存遗传信息的？”这些问题尚不清楚。高中学生具 有一定的信息获取和材料分析能力，教师可以提供恰当的资料引领课堂的思维碰撞。 （三）学习目标确定 1. 通过对基因与 DNA 关系的实例分析，能够运用结构与功能观阐明基因数目与 DNA 数目的对应关系。（生命观念） 2. 通过对转基因绿色荧光水母的实例分析，能够运用分析、推理的科学思维方 法理解基因具有遗传效应。（科学思维） 3.通过分析脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性探究DNA的多样性以及特异性。 （科学探究） 4. 通过体会基因的生物学意义，学会运用基因检测的方法解决实际问题。（社会 责任） >> 74 高中生物单元教学设计　 （四）学习重点难点 学习重点： 染色体、DNA、基因三者的关系和基因的本质。 学习难点： 基因的本质。 （五）学习评价设计 “基因是有遗传效应的DNA片段”课堂学习成果评价量表 核 心 素 养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三 （3 分） 水平二 （2 分） 水平一 （1 分） 生 命 观 念 能通过对基因与 DNA 关系的实例 分析，阐明基因 数目与 DNA 数目 的对应关系 能熟练通过对 基因与 DNA 关系 的实例分析，准 确阐明基因数目 与 DNA 数目的对 应关系 能通过对基因 与 DNA 关 系 的 实例分析，阐明 基因数目与 DNA 数目的对应关系 能基本通过 对基因与 DNA 关系的实例分 析，阐明基因 数目与 DNA 数 目的对应关系 能在教师和 同学的帮助下 通过对基因与 DNA 关系的实 例分析，基本 阐明基因数目 与 DNA 数 目 的对应关系 科 学 思 维 能够运用分析、 推理的科学思维 方法理解基因具 有遗传效应 能熟练运用分 析、推理的科学 思维方法准确并 快速理解基因具 有遗传效应 能 运 用 分 析、 推理的科学思维 方法理解基因具 有遗传效应 能运用分析、 推理的科学思 维方法基本理 解基因具有遗 传效应 能在教师和 同学的引导下 基本理解基因 具有遗传效应 科 学 探 究 通过分析脱氧核 苷酸序列与遗传 信息的多样性能 探究 DNA 的多样 性以及特异性 能够通过分析 脱氧核苷酸序列 与遗传信息的多 样 性 自 主 探 究 DNA 的多样性以 及特异性 能够通过团队 合作，共同探究 DNA 的多样性以 及特异性 通过团队合 作后，能基本 探究 DNA 的多 样性以及特异 性 通过团队合 作 后， 探 究 DNA 的多样性 以及特异性仍 存在困难 社 会 责 任 通过体会基因的 生物学意义，学 会运用基因检测 的方法解决实际 问题 能主动体会基 因的生物学意义， 并能将基因检测 的方法应用到实 际问题中，能自 己提出一些实际 问题 能在教师的引 导下体会基因的 生物学意义，并 能将基因检测的 方法应用到教师 提出的实际问题 中 能在教师的 引导下体会基 因的生物学意 义 能在教师的 引导下基本体 会基因的生物 学意义 　专题三 探索大单元教学　 75 << （六）学习活动设计 教师活动 学生活动 任务一 ：创设情境、提出问题。 活动 1 ： 创设情境、导入新课 ：柳穿鱼花的形态结构与 Lcyc 基因有 关。 设问 ：基因和 DNA 之间有什么关系 ?DNA 可以复制，基因 可以复制吗？ 活动 1 ： 思考并回答 ：在柳穿鱼的花形遗传 过程中，亲代的 DNA 可以进行复制， 将遗传信息传递给子代细胞，猜测基 因会随着 DNA 的复制而复制。 活动意图说明 ：通过柳穿鱼的花形遗传从 DNA 水平引入基因水平，以此激发学生的兴趣，调动 学生的思维，同时使学生尽快进入生物学的课堂情境中。 任务二 ：资料分析、得出结论。 活动 2 ： 思考与讨论：阅读资料 1 和资料 2，你能得出怎样的结论？ 资料 1 ：大肠杆菌细胞的拟核有 1 个 DNA 分子（图 A）， 长度约 4.7×106 个碱基对，DNA 分子上分布了大约 4.4×103 个基因，每个基因的平均长度约为 1×103 个碱基对。 资料 2 ：人类基因组计划测定的是 24 条染色体（22 条常 染色体 +X+Y）上的 DNA 的碱基序列。每条染色体上有一个 DNA分子。这24个DNA分子大约含有31.6亿个碱基对，其中， 构成基因的碱基数占碱基总数的比例不超过 2%。 活动 2 ： 学生分析后得出相应结论 ： （1）每个 DNA 分子上有许多基因 （2）基因中的碱基数目只是 DNA 分子碱基总数的一部分。故只有部分 碱基参与基因组成。 由上述两个实例得知 ：基因是 DNA 的片段。 活动意图说明：通过提供资料，引导学生进行分析，使学生初步认识到基因与 DNA 的大小关系。 任务三 ：资料分析、得出结论。 活动 3 ： 阅读思考与讨论 ：阅读资料 3，你能得出怎样的结论？ 资料 3 ：生长在太平洋西北部的一种水母能发出绿色荧光 （图 B），这是因为水母的 DNA 上有一段长度为 5.17×103 个 碱基对的片段—绿色荧光蛋白基因。转基因实验表明，转 入了水母绿色荧光蛋白基因的转基因鼠，在紫外线的照射下， 也能像水母一样发光。 注意 ：小鼠被植入绿色荧光蛋白后发绿色荧光的直接原因 和根本原因分别是什么？ 活动 3 ： 学生讨论后得出以下结论 ： （1）小鼠发绿色荧光与植入小鼠体 内的绿色荧光基因有关，且基因具有 一定的独立性。 （2）基因能控制生物体的性状。 由上述实例得知 ：基因具有特定的 遗传效应。 由上述三个实例得知 ：基因通常是 有遗传效应的 DNA 片段。 注意 ：小鼠被植入绿色荧光蛋白后 发绿色荧光。 直接原因 ：该基因在小鼠体内合成 了绿色荧光蛋白。 根本原因 ：小鼠体内含有绿色荧光 蛋白基因。 >> 76 高中生物单元教学设计　 续　表 教师活动 学生活动 活动意图说明 ：通过提供资料，引导学生进行分析，使学生认识到基因不仅是 DNA 的片段，还 具有遗传效应。 任务四 ：资料分析、思考讨论。 活动 4 ： 阅读思考与讨论 ：阅读资料 4 和资料 5，思考下列问题 ： 资料 4 ：1 个 DNA 分子的基本骨架是由脱氧核糖和磷酸交 替连接而成的，从头至尾没有变化，而骨架内侧 4 种碱基的 排列顺序却是可变的。如果 1 个碱基对组成 1 个基因，4 种 碱基对的排列可能形成 4 种基因（这仅仅是假设）；如果 2 个碱基对组成 1 个基因，则可能形成 16（即 4×4）种基因 ； 如果 3 个碱基对组成 1 个基因，则可能形成 64（即 4×4×4） 种基因。 资料 5 ：资料 4 的推算是建立在所有碱基对的随机排列都 构成基因这一假设上的。事实上，大部分随机排列的脱氧核 苷酸序列从来不曾出现在生物体内，而有些序列会在生物体 内重复许多次。 （1）如果是 100 个碱基对组成 1 个基因能组合成多少种基 因 ? （2）怎样理解 DNA 的多样性和特异性 ? 你能从 DNA 的结 构特点分析生物体具有多样性和特异性的原因吗 ? （3）在刑侦领域，DNA 能像指纹一样用来鉴定个人身份。 结合脱氧核苷酸序列的多样性和特异性，你能分析这一方法 的科学依据吗 ? （4）你认为基因是碱基对随机排列成的 DNA 片段吗 ? 为什 么 ? 活动 4 ： 学生讨论后得出以下答案 ： （1）4100 个。 （2）碱基排列顺序的千变万化，构 成了 DNA 的多样性，而碱基特定的 排列顺序，又构成了 DNA 的特异性。 DNA 分子的多样性和特异性是生物 多样性和特异性的物质基础。 （3） 在 人 类 的 DNA 中， 脱 氧 核 苷酸序列的多样性表现为每个人的 DNA 几乎不可能完全相同，因此 DNA 能像指纹一样用来鉴定个人身 份。 （4）不是，基因的碱基序列都有特 定的排列顺序。 活动意图说明 ：通过一系列问题认识脱氧核苷酸序列即为遗传信息，进而明确遗传信息的特异 性和多样性。 任务五 ：总结提升。 活动 5 ： 讨论思考下列问题 ： （1）遗传信息蕴藏在什么之中？ （2）基因的概念？ （3）为什么说基因通常是有遗传效应的 DNA 片段？ （4）柳穿鱼花的形态结构与 Lcyc 基因有关，Lcyc 基因与 DNA 的关系是什么？ 活动 5 ： 学生思考后得出以下答案 ： （1）遗传信息蕴藏在 4 种碱基的排 列顺序之中 （2）基因通常是具有遗传效应的 DNA 片段 （3）有些病毒的遗传物质是 RNA， 如人类免疫缺陷病毒、流感病毒、烟 草花叶病毒等。对于这类病毒而言， 基因就是有遗传效应的 RNA 片段。 （4）Lcyc 基因是柳穿鱼细胞中某 条 DNA 上具有控制花的形态结构这 种遗传效应的片段。 活动意图说明 ：通过设置问题串对本节课的知识进行总结提升、归纳概括，揭示柳穿鱼花结构 的遗传基本单位。 　专题三 探索大单元教学　 77 << （七）板书设计 4 DNA DNA DNA DNA DNA DNA DNA （八）作业与拓展学习设计 【概念检测】 1. 如果基因中四种碱基的排列顺序发生变化，这种变化则意味着（ ） A. 遗传信息的改变 B. 基因数量的改变 C. 基因位置的改变 D.DNA 空间结构的改变 2. 下列关于遗传信息的说法，错误的是（ ） A.DNA 中蕴藏着大量的遗传信息 B. 遗传信息相对稳定，不会传递 C. 生物体的多样性决定了 DNA 的多样性 D.HIV 病毒的 RNA 中也蕴藏了遗传信息 3. 由 120 个碱基组成的双链 DNA 分子片段可因其碱基对组成和序列的不同而携 带不同的遗传信息，其种类数最多可达（ ） A.4 120 B.1 204 C.460 D.604 4. 下图为一只果蝇两条染色体上部分基因分布示意图，下列叙述正确的是（ ） cn cl v w X A．果蝇的眼色受多对基因控制且遵循自由组合定律 B．四种基因在果蝇的体细胞中均成对存在 C．v 基因的遗传不一定与性别相关联 D．w 基因是一段包含完整遗传信息单位的 DNA 片段 【素养提升】 在严查偷猎野生动物的行动中，执法部门发现某餐馆出售的一种烤肉比较可疑， 餐馆工作人员说是“山羊肉”，经实验室检验，执法部门确定这种“山羊肉”来自国 >> 78 高中生物单元教学设计　 家二级保护动物斑羚。你认为执法部门最可能采取哪种检测方法？为什么？ （九）特色学习资源分析、技术手段应用说明 本节课的开展借用丰富的资料分析强化学生对基因与 DNA 之间关系的理解。 （十）教学反思与改进 本课以柳穿鱼图片结合文字创设情景引入，学生兴趣较高。教师对教材 4 个资 料分析进行重组，条理更清晰，在各个知识点之间设计问题串衔接，环环相扣，学 生能跟随教师的思路，一步步推导，自主获得重要概念。在 DNA 遗传信息多样性和 特异性的探究活动中，利用数学中的排列组合的方法解决生物学问题，能更好地突 破 DNA 分子的多样性和特异性这一难点。 第 5 课时  基因指导蛋白质的合成 设计者：崔丽丹 （一）教学内容分析 课程标准对本节课内容的要求是“概述 DNA 分子上的遗传信息通过 RNA 指导 蛋白质的合成，生物的性状主要是由蛋白质决定的”。本节内容侧重于理解遗传信息 是如何指导蛋白质的合成的，即翻译的过程认知，为后续基因的选择性表达及遗传 信息的改变奠定基础。 本节内容属于人教版高中生物学必修 2 第 4 章第 1 节，在此之前学生已学过核 酸的分子结构和遗传信息的复制内容。本节共分为三部分：遗传信息的转录；遗传 信息的翻译；中心法则。本节为下一课时“基因表达与性状的关系”打下基础。 （二）学习者分析 经过前一段的学习，学生已经认识到核酸的分布和蛋白质的合成场所，具备碱 基互补配对和肽键形成等知识储备，也具有一定的分析和判断能力。前期学生已经 了解到“柳穿鱼的花形态结构不同可能与某基因相关”，也认识了基因的本质，那么 基因是如何起作用的呢？这个问题必然会激发学生的学习兴趣，从而使学生一步步 探索学习。 本节课易混知识相对较多，需要教师提供相应的素材并加以引导，帮助学生主 　专题三 探索大单元教学　 79 << 动地生成知识。 （三）学习目标确定 1. 通过分析教材中的图文资料，归纳并概述遗传信息的转录和翻译过程，形成 结构与功能观等生命观念。（生命观念） 2. 基于分析 RNA 适合作信使的条件，通过分析 DNA 的碱基、mRNA 的碱基与 氨基酸之间的对应关系，并运用观察、比较和推理等科学思维方法，阐述遗传信息 表达的基础和机制。（科学思维） 3. 针对基因表达的过程，通过阅读、动手模拟和寻找证据环节等科学探究过程， 帮助学生主动地建构重要概念，并认同科学是不断发展的过程。（科学探究、科学 思维） 4. 通过关注地球上几乎所有生物都共用一套遗传密码的事实，阐明生物界的统 一性，认同当今生物可能有共同的起源，为形成生物进化观奠定基础。（社会责任） （四）学习重点难点 学习重点： 基因转录和翻译的过程。 学习难点： 密码子、反密码子的特点，肽链的合成与运用。 （五）学习评价设计 “基因指导蛋白质的合成”课堂学习成果评价表 核心 素养 评价指标 学生课堂表现及相应分值 水平四 （4 ～ 5 分） 水平三 （3 分） 水平二 （2 分） 水平一 （1 分） 生 命 观 念 归纳概述转录 和翻译过程。认 可地球上几乎所 有生物共用一套 遗传密码的事实， 阐明生物界的统 一性 能 认 同 生 命 的 信 息 观， 认 识物质传递的 是 信 息， 形 成 物质—能量— 信息的统一体 的生命观念 认同生物界的 统一性并建立起 一定的生物进化 观 能认同生命 的信息观，形 成 物 质 — 能 量—信息的统 一体的生命观 念 能认同生命 的信息观，基 本形成物质— 能量—信息的 统一体的生命 观念