3.1DNA是主要的遗传物质 教学设计 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

课题 第3章 第1节 DNA是主要的遗传物质（1个课时） 时间 2025.2.27 教材分析 本节首先是以“问题探讨”的形式呈现了曾经在科学界争议了很长的问题：“DNA和蛋白质究竟谁是遗传物质？”目的在于引导学生思考如何对这一问题进行研究，激发学生的探索欲望；接着介绍了20世纪早期人们对于遗传物质的推测，在此基础之上教材详细讲述了DNA是遗传物质的直接证据——“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”，引导学生重温科学家的探究历程，领悟科学的过程和方法，最终得出科学的结论。本节是从分子层面上认识遗传物质的本质，为学习DNA的复制，基因的表达和基因突变打下了基础。 学情分析 本节内容以问题探讨的形式导入，通过实验，验证的遗传物质的类型，并还原了整个探究史，对于培养学生的思维养成有积极的意义。 教学目标 1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。（生命观念、科学思维） 2.说明DNA是主要的遗传物质。（生命观念、科学思维） 3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。（科学思维） 4.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。（科学思维、社会责任） 教学重难点 1.教学重点 (1)肺炎链球菌转化实验的原理和过程； (2)噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 2.教学难点 (1)肺炎链球菌转化实验的原理和过程； (2)噬菌体侵染细菌实验的原理和过程。 教学内容及流程 学习任务 教学过程(第1课时) 备注 问题探讨 【问题探讨】梳理科学史，从孟德尔提出遗传因子的概念到萨顿提出基因位于染色体上的假说到约翰逊命名遗传因子为基因到摩尔根证明基因位于染色体上。那基因到底是什么呢，今天让我们跟随科学家的脚步一起来探究基因的本质！20世纪中叶，科学家发现：染色体主要由蛋白质和DNA组成。这两种物质，究竟哪一种是遗传物质呢？这个问题曾引起生物界激烈的讨论。 你认为遗传物质可能具有什么特点？你认为证明某一种物质是遗传物质的可行方法有哪些？ 对遗传物质的早期推测 【教师讲述】20世纪20年代认为蛋白质是生物体的遗传物质。人体中21种氨基酸，氨基酸的种类、数目、排列顺序不同和肽链盘曲折叠的方式及其形成的空间结构的不同。 【教师讲述】20世纪30年代科学家本可以意识到DNA的重要性，已经认识到DNA这种生物大分子的化学组成和和种类，但不了解DNA的结构，蛋白质是遗传物质的观点仍占主导地位。 【教师讲述】能够作为遗传物质的生物大分子应该具有什么特点呢？可储存大量遗传信息，多样性；可精确自我复制并遗传给后代，连续性；结构和性质比较稳定，稳定性；可以控制生物的性状（蛋白质的合成）。 【教师讲述】格里菲思、艾弗里、赫尔希、蔡斯这些科学家对“遗传物质是蛋白质”提出了挑战。 从历史出发，重温科学家探究遗传物质的过程，引导学生认识到科学的发展并非一帆风顺，有时错误的观点会占主导地位。 设计意图引导学生基于资料进行分析、推理,根据事实和证据作出判断,概括出遗传物质应具有的特点,使学生体验用事实或资料作为证据支撑观点的科学思维方式。 肺炎链球菌的转化实验 格里菲思肺炎链球菌体内转化实验： 【教师讲述】S型细菌致死，有多糖类荚膜表面光滑和R型细菌无多糖类荚膜表面粗糙。荚膜是某些细菌的细胞壁外面的一层胶状物质，可以抵抗吞噬细胞的吞噬，有利于细菌在宿主体内生活并繁殖。 【教师讲述】格里菲思的实验过程： 思考：1.第一组与第二组的实验现象，说明了什么？R型活细菌不会使小鼠死亡，S型活细菌会使小鼠死亡。2.第四组小鼠为什么会死亡？体内有S型活细菌，会使小鼠死亡。 【教师讲述】这个导致第4组小鼠死亡的S型活细菌是从哪里来的呢？格里菲思推断：加热杀死的S型菌含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质 —“转化因子”。但我们通过之前的学习已知细菌体内有多种物质，究竟谁是转化因子？你有什么样的设计思路，关键是什么？关键思路：将DNA与蛋白质等其他物质分开，单独、直接地观察它们的作用。 艾弗里肺炎链球菌体外转化实验： 【教师讲述】 第一组实验： ①本实验说明什么问题？S型细菌的细胞提取物中含有转化因子。 ②本实验起什么作用？对照作用 ③本实验能确定转化因子是哪种物质吗？不能 ④接下来怎么继续实验？ 第二组—第四组实验： ①加蛋白酶的作用是什么？去除S型细菌的细胞提取物中的蛋白质，其他物质都有。 ②加蛋白酶后R型菌还是被转化说明什么问题？说明转化因子不是蛋白质。 ③加RNA酶、酯酶什么作用？去除S型细菌的细胞提取物中的RNA或脂肪等物质。 ④这些组实验说明什么问题?说明蛋白质、RNA和脂肪等都不是转化因子。 第五组实验： ①加DNA酶的作用是什么？去除S型细菌的细胞提取物中的DNA。 ②加DNA酶后只长R型菌说明什么问题？说明细胞提取物中的转化因子很可能就是DNA。 【教师讲述】艾弗里等人进一步分析细胞提取物的理化特性（如N/P比值，酶学分析、电泳分析等），发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 【拓展】R型细菌转化为S型细菌的本质：基因重组——蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80-100℃的温度范围内，蛋白质失活，DNA双链解开；当温度恢复至室温后，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性无法恢复。S型细菌会吸附在R型细菌表面进入R型细菌与R型细菌的DNA重组使R型细菌转化成S型细菌。 【教师讲述】自变量控制中的加法原理和减法原理；表格总结归纳比较肺炎链球菌的体内转化实验与体外转化实验的区别和联系。 【教师讲述】艾弗里等人不仅揭开“格里菲思之谜”，并且在世界上第一次用实验结果确切地证明遗传基因就在DNA上，具有划时代的意义。艾弗里的实验不被人接受主要有以下几方面的原因：①受技术手段限制，提取的DNA纯度不高。②当时科学界深信蛋白质是遗传物质。而艾弗里的实验中含有微量的蛋白质，因此，很多科学家不接受艾弗里的实验结论。 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。 学习自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”,掌握科学研究的方法,发展科学探究能力。 噬菌体侵染细菌的实验 【教师讲述】赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料，利用放射性同位素标记技术，完成了另一个有说服力的实验来证明DNA是遗传物质。 【教师讲述】介绍T2噬菌体的结构和噬菌体的繁殖过程。实验思路是将DNA与蛋白质分开，单独地、直接第去观察他们各自的作用。用放射性同位素标记法时要注意：不能标记共有的元素，否则无法将DNA和蛋白质区分开；不能标记在同一噬菌体上，因为放射性检测时只能检测到放射性存在的部位，不能确定是何种元素的放射性。 【教师讲述】介绍噬菌体侵染细菌的实验过程，先标记细菌——先在含有35S和32P的培养基中培养大肠杆菌，再用大肠杆菌培养噬菌体得到只含35S的和只含32P的噬菌体。思考：为什么不能直接用含有35S和32P的培养基培养噬菌体？寄生在活细胞内。 【教师讲述】用35S、32P标记的噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌（保证后续检测的放射性完全来自于噬菌体），经过短时间的保温（使噬菌体充分侵染大肠杆菌——过长或过短，两组放射性都主要出现在上清液中），然后搅拌（使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离——过短，两组放射性都主要出现在沉淀中）、离心（让上清液中析出质量较轻的噬菌体，沉淀物中是被侵染的大肠杆菌） 在介绍噬菌体的基础上,根据学生对蛋白质、DNA组成元素的了解,分析利用放射性同位素标记法进行实验的原理,再使用假说一演绎法对实验结果进行推理,结合赫尔希和蔡斯的实验结果，得出DNA是噬菌体的遗传物质的结论。 通过对实验过程和结果进行分析、推理,尝试对实验现象进行解释,作出推测,巩固对照实验的设计思路,提升科学探究基本技能。通过讨论实验方案的设计、学习自变量控制的减法原理,得出实验结论，建立DNA是遗传物质的重要概念。 DNA是主要的遗传物质 【教师讲述】只有DNA是遗传物质吗？一些RNA病毒。烟草花叶病毒是一种RNA病毒能使烟草表面斑驳无损，怎么设计实验研究烟草花叶病毒的遗传物质是RNA还是蛋白质——设计思路：将蛋白质与RNA分开，单独、直接地观察他们的作用。 【教师讲述】表格总结不同生物的遗传物质，从分类的角度认识生物类群的遗传物质，归纳得DNA是主要的遗传物质的结论。 通过资料介绍烟草花叶病毒的结构和成分,引导学生模仿之前的实验设计思路和方案,设计烟草花叶病毒感染烟草的实验方案。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 3.1DNA是主要的遗传物质 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 本节课以问题探究为主要教学方法,以科学史为主线,通过了解科学家的探究过程,让学生初步形成 DNA 是遗传物质的生命观念,培养学生的科学思维和科学探究能力,理解自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”,体会科学探究的基本思路和方法。 通过分析 20 世纪三四十年代的科研背景,让学生了解格里菲思和艾弗里面对的科研环境,鼓励学生学习他们突破思维定式、摆脱固有观念、正确对待新事物的态度,树立良好的科研情操。 在赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验中,通过讨论设计思路、实验选材、研究方法实验过程、实验结果和实验结论,使学生关注实验选材、生物技术和设计思路等,得出科学严谨的实验结论,发展学生的科学思维。 在烟草花叶病毒感染和重建实验中,通过尝试模仿经典实验的设计思路,设计实验方案分析实验结果并得出实验结论,帮助学生迁移应用前人的实验设计思路,利用已有材料进行实验设计和预测,发展学生的科学思维。 通过梳理 DNA 是主要的遗传物质的研究历程,整体认识科学史中经典实验的贡献,感悟研究方法等方面的启迪。促进学生对科学本质的理解,如生物技术的推动作用、人类对科学的认识是不断发展变化的。 学科网（北京）股份有限公司 $$