4.2基因表达与性状的关系（教学设计）-2024-2025学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

基因表达与性状的关系 教学设计 教学设计表 学科 授课年级 学校 教师姓名 章节名称 基因表达与性状的关系 计划学时 教学目标 （1）生命观念：学生能够通过具体实例，理解基因与性状之间的关系，并能解释表观遗传现象及其对性状的影响。 （2）科学思维：学生能够从生物体的外在性状出发，分析基因表达与性状控制的内在规律，形成从现象到本质的科学思维方式。 （3）探究实践：学生能够通过实验或案例分析，理解基因表达的过程及其对性状的控制机制，并能够运用所学知识解释相关生物学现象。 （4）态度责任：学生能够认识到科学研究的不断深入性，树立科学的认知观和发展观，理解基因与性状关系的复杂性及其在生物学研究中的重要性。 教学重点 （1）理解基因表达与性状之间的关系，包括基因通过控制蛋白质合成直接影响性状的机制。 （2）掌握表观遗传的概念及其在基因表达调控中的作用，理解基因序列不变情况下性状可遗传变化的原理。 教学难点 （1）理解基因的选择性表达与细胞分化的关系。 （2）掌握表观遗传现象及其在生物性状控制中的作用。 教学准备 （1）多媒体投影仪和电脑，用于展示基因表达与性状关系的动画模拟和相关实验视频。 （2）准备水毛茛气生叶与水生叶的实物或高清图片，以便学生直观观察和比较两种形态的差异。 （3）收集豌豆圆粒与皱粒、正常人与白化病患者、囊性纤维病与镰刀型细胞贫血症的案例资料，制作成PPT或讲义，辅助讲解基因如何通过控制酶合成和蛋白质结构来影响性状。 教学过程 一、导入新课 以水毛茛气生叶与水生叶具有不同的形态为例，引出本节课的主题——基因表达与性状的关系。（老师展示水毛茛的图片，并解释其叶片在水中和空气中表现出的不同形态） 学生观察图片，并思考这两种叶片之间的差异。 老师提问：这些叶片的基因是否相同？引起叶型差异的原因是什么？ 学生：我觉得这些叶片应该是由同一株植物分裂来的，所以基因是相同的。 学生：我认为可能是环境因素导致了这种差异，比如水流的影响。 二、讲授新课 （一）理解基因的概念和本质 首先回顾基因的概念：基因是指携带遗传信息的基本单位。接着进一步探讨基因的本质及其在细胞中的位置。（老师强调基因作为DNA上的功能片段，决定了生物体的各种性状） 学生通过回忆旧知识，并结合老师的讲解加深对基因概念的理解。 （1）基因的概念： 老师引导学生回忆什么是基因，并请学生举一些关于基因的例子。 学生：基因控制着我们的身高、眼睛颜色等特征。 老师补充：基因还控制着生物体的代谢、生长发育等过程。 （2）基因的本质及位置： 老师详细讲解基因位于DNA上，并通过PPT展示染色体和DNA的结构。 学生观看PPT，并记录下关键点。 老师提问：基因是如何在DNA上存储遗传信息的？ 学生：基因是一段DNA序列，这段序列编码了特定蛋白质的合成信息。 （二）基因的表达过程 详细讲解基因如何经过转录生成mRNA，再经过翻译合成蛋白质的过程。（老师利用PPT动画展示基因表达的具体步骤，并用图示说明mRNA和tRNA的作用） 学生仔细观看PPT，并跟随老师的讲解记笔记。 老师提问：为什么基因需要先转录成mRNA，然后再翻译成蛋白质呢？ 学生：因为RNA可以在细胞质中移动，而DNA则固定在细胞核内，这样可以使得遗传信息更好地在细胞内传递和使用。 （1）转录过程： 老师通过PPT展示转录的过程，并详细讲解RNA聚合酶的作用。 学生：RNA聚合酶识别DNA上的启动子区域，开始合成mRNA。 老师继续讲解：转录完成后，mRNA会从DNA上分离出来，并通过核孔进入细胞质。 （2）翻译过程： 老师通过PPT展示翻译的过程，并详细讲解核糖体、tRNA的作用。 学生：tRNA带着氨基酸进入核糖体，与mRNA上的密码子配对，合成蛋白质。 老师提问：如果mRNA上的某个密码子发生突变，会对蛋白质合成产生什么影响？ 学生：可能会导致氨基酸序列改变，进而影响蛋白质的功能。 （三）从基因到性状的控制过程 分析豌豆圆粒与皱粒出现的原因，并进一步讨论正常人与白化病患者的性状差别。（老师引用教材中的例子，具体讲解基因如何通过控制酶的合成进而影响代谢过程） 学生阅读教材相关段落，并在老师的引导下进行小组讨论。 老师提问：为什么不同的基因会导致性状表现的差异？ 学生：不同的基因会产生不同种类或数量的蛋白质，从而影响到细胞的功能和性状表现。 （1）豌豆圆粒与皱粒： 老师通过PPT展示豌豆圆粒和皱粒的显微照片，并讲解淀粉分支酶的作用。 学生：淀粉分支酶的存在与否决定了豌豆种子的形状。 老师提问：如果豌豆植株没有淀粉分支酶，种子会呈现什么形状？ 学生：种子会呈现皱缩的形状。 （2）正常人与白化病患者： 老师通过PPT展示正常人和白化病患者的皮肤对比照片，并讲解酪氨酸酶的作用。 学生：酪氨酸酶的缺乏导致黑色素无法合成，从而使皮肤呈现白色。 老师提问：白化病患者的视力是否受到影响？ 学生：受到一定的影响，因为眼睛中的色素也减少了。 （四）表观遗传 通过对柳穿鱼花的性状差别与小鼠毛色差别的分析，引出表观遗传的概念。（老师说明即使在基因碱基序列相同的情况下，也可能会因为基因表达调控的不同而导致性状差异） 学生参与讨论，并尝试从实际生活中找到类似的例子。 老师提问：你们能想到哪些生活中的现象也体现了表观遗传？ 学生举例，并在老师的指导下进一步探讨表观遗传的机制。 （1）柳穿鱼花的性状差别： 老师通过PPT展示柳穿鱼花的两个不同颜色的花朵，并讲解DNA甲基化的作用。 学生：DNA甲基化会影响基因的表达，从而导致花朵颜色的差异。 老师提问：如果去掉DNA甲基化，花朵的颜色会变化吗？ 学生：可能会恢复到原来的颜色。 （2）小鼠毛色差别： 老师通过PPT展示两只毛色不同的小鼠，并讲解组蛋白修饰的作用。 学生：组蛋白修饰也会影响基因的表达，从而导致毛色的差异。 老师提问：组蛋白修饰是如何影响基因表达的？ 学生：通过改变DNA的缠绕方式，进而影响基因的可接近性。 （五）基因选择性表达 结合细胞分化的知识，介绍细胞内基因的选择性表达以及这如何影响细胞功能和性状表现。（老师强调虽然同一个生物体内所有细胞都含有相同的基因组，但不同类型的细胞仅会选择表达特定的一系列基因） 学生思考并回答老师的提问：细胞分化过程中，哪些因素影响了基因的选择性表达？ 老师总结：细胞内外的各种信号以及表观遗传修饰等均可能调控基因表达模式，使细胞展现出不同的特性和功能。 三、巩固应用 随堂检测 囊性纤维病问题 老师提出问题，逐一分析选项正确与否。 A． 从个体水平看，病人的性状已经发生改变。（正确） B． 从细胞水平看，病人肺组织细胞膜的功能已发生改变。（正确） C． 从分子水平看，病人的基因的结构没有发生改变。（错误，基因发生了突变） D． 此病可以说明基因通过控制蛋白质的结构来直接控制生物体的性状。（正确） 学生回答：选项C是错误的，因为题干已经明确指出基因发生了突变。 线粒体因子MTERF3问题 老师逐项分析每个选项含义，并引导学生做出正确选择。 A． 线粒体DNA也含有可以转录、翻译的功能基因。（正确） B． 线粒体基因控制性状的遗传不符合孟德尔遗传定律。（正确） C． 线粒体因子MTERF3直接抑制细胞呼吸中酶的活性。（错误，它主要是抑制线粒体DNA的表达） D． 糖尿病、心脏病和帕金森氏症等疾病可能与线粒体功能受损有关。（正确） 学生讨论后得出结论：选项C是不准确的，MTERF3的主要作用是抑制线粒体DNA的表达，而不是直接作用于酶。 四、课堂小结 今天我们一起学习了基因表达与性状的关系，包括基因通过控制蛋白质间接或直接影响性状、细胞内基因选择性表达及表观遗传等内容。通过具体实例的学习，我们了解到生物学研究是一个不断深入探索的过程，需要我们在科学认知和发展观上保持开放态度。 学生再次回顾本节课所学知识点，并记录下重点内容。 课后作业布置 （1）分析两种不同生物的同一性状，探讨其基因表达与性状之间的关系，并撰写分析报告。 （2）结合表观遗传的概念，设计一个实验方案，验证环境因素对生物体性状的影响。 学科网（北京）股份有限公司 $$