5.1基因突变和基因重组教学设计-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

5.1《基因突变和基因重组》教学设计 一、教材分析 本课时选自高中生物必修 2《遗传与进化》（人教版 2019 版），是“生物的进化与多样性”单元的核心内容。前承“基因的表达”，解释了基因序列改变的具体方式；后启“染色体变异”与“生物进化的实质”，为理解生物变异的来源、进化的原材料提供关键理论支撑。教材以“变异的类型”为切入点，通过实例揭示基因突变的本质，结合减数分裂过程分析基因重组的机制，既注重微观分子层面的原理阐释，又强调宏观性状与进化的关联，是培养学生“分子与细胞”“进化与适应”核心素养的重要载体。 二、学情分析 1. 知识基础：学生已掌握 DNA 分子结构、基因表达、减数分裂的基本过程，能理解“基因控制蛋白质合成”的逻辑链，但对基因结构改变如何影响生物性状的内在逻辑，以及基因重组与减数分裂过程的具体关联，可能存在理解障碍。 2. 能力基础：具备初步的小组讨论、归纳总结能力，但构建“基因突变过程模型”“模拟基因重组”等动手实践活动，需教师明确指引步骤；对“密码子简并性”“非编码区突变”等抽象概念，易出现理解偏差。 3. 认知难点：学生对生活中的生物变异现象（如唇腭裂）有一定的感性认识，但难以将其与微观的基因变化联系起来，且容易混淆基因突变和基因重组的本质区别，需要通过具体实例和对比分析来澄清概念。 三、课时目标 1.学生已掌握 DNA 分子结构、基因表达、减数分裂的基本过程，能理解“基因控制蛋白质合成”的逻辑链，但对“基因序列改变如何影响性状”的微观机制仍缺乏具象认知。（生命观念） 2.具备初步的小组讨论、归纳总结能力，但构建“基因突变过程模型”“模拟基因重组”等动手实践活动，需教师明确指引步骤；对“密码子简并性”“非编码区突变”等抽象概念，易出现理解偏差。（科学思维，科学探究） 3.难以区分“基因突变是否一定改变性状”“基因重组与新基因、新性状的关系”，且易混淆“基因突变发生时期”与“减数分裂各时期的特征”。（社会责任） 教学重难点： 通过“基因typo”类比基因突变、“基因洗牌”类比基因重组，让学生对比学习二者概念与意义；借助资料分析总结基因突变的原因和结果，通过动手操作深化理解模拟基因重组过程。 四、评价任务 1.通过课堂提问，检查学生对基因突变概念、类型的理解，要求学生能准确举例说明碱基对的三种改变方式。 2.查看学生构建的基因突变过程模型，评估其对基因突变影响性状逻辑的掌握程度，模型需体现基因碱基序列改变→蛋白质结构改变→性状改变的过程。 3.观察学生小组模拟基因重组的操作过程，结合学生的展示情况，评价其对基因重组类型及与减数分裂关联的理解。 4.布置课后作业，评估学生运用知识解决实际问题的能力，如分析生活中基因突变或基因重组的实例，要求理由阐述合理、准确。 五、学习活动设计 学习任务 教师活动 学生活动 设计意图 一、导入新课，激发兴趣（2 分 钟） 1. 播放 AI 生成的 “解密 唇腭裂” 短片（聚焦乐乐的生活场景与就医过程），提问：“乐乐的唇腭裂可能由什么原因引起？小明查资料得知‘基因突变’是潜在原因之一，什么是基因突 变？它还会导致哪些现象？除此之外，基因层面还有没有其他导致变异的方式？” 2. 引出本节课主题 ——基因突变和基因重组，明确将从 “基因的错误”与“基因的重新组合” 两个角度探究生物变异。 1. 观看 AI 动画，结合生活经验思考教师问题，自由发言分享猜想（如遗传、环境、基因变化等）。 2. 明确本节课核心 探究方向，初步建立 “基因改变→性状变 异” 的认知雏形。 借助数字资源， 从真实生活案例切入，拉近抽象知识与实际的距离，激发学生探究兴趣，同时通过问题预设，为后续 “基因突变”与“基因重组”的分模块学习做好铺垫。 二、探究基因的 “typo”—— 基因突变（25 分 钟） （一）理解基因突变的概念（3 分钟） 1. 呈现三组典型实例资料：①我国东北地区唇腭裂患者 MTHFR 基因 CG 碱基对突变为 TA 碱基对；②豌豆皱缩因编码淀粉分支酶的基因插入外来 DNA 序列；③CFTR 基因缺失 3 个碱基导致囊性纤维化。 2. 组织学生讨论：“这三个实例中基因的改变有何共同点？又有哪些不同的改变形式？尝试类比‘打字错误’（多打、少打、打错字），总结基因突变的概念。” 3. 引导学生提炼定义：DNA分子中发生碱基的替换、增添或缺失，引起的基因碱基序列的改变，类比为基因的“typo”。 （二）分析基因突变的时期与原因（10 分钟） 1. 提问：“基因的‘typo’更容易发生在细胞的哪个时期？为什么？”展示DNA 复制过程图引导学生结合 DNA 复制特点（间期解旋，单链 DNA 稳定性降低，易出错）分析原因，明确主要发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。 2. 呈现四组资料： ①广岛、长崎原子弹辐射导致畸形胎儿（物理因素）；②苏丹红致癌（化学因素）；③乙肝病毒导致肝细胞变异（生物因素）；④无外来因素时DNA 复制偶尔出错（自发突变）。 3. 组织学生同桌合作，将上述因素分类归纳为“外因（物理、化学、生物）”和 “内因（DNA 复制出错、碱基组成改变）”，完成原因分类表格，教师巡视指导并纠错。 （三）探究基因突变的结果、特点及意义（12 分钟） 1. 抛出核心问题：“基因出现‘typo’，一定会导致生物性状改变吗？” 展示密码子简并性实例（如亮氨酸对应 UUA、UUG 等 6 种密码子），引导学生分析性状不改变的情况（非编码区突变、密码子简并性、隐性突变、环境影响）。 2. 呈现四组特征资料，引导学生归纳特点：①低等生物（细菌）到高等生物（人类）均有突变（普遍性）；②可发生在个体发育任何时期、不同 DNA 分子及同一 DNA 不同部位（随机性）；③一个基因可产生多个等位基因（如豌豆花色基因可突变为红花、白花基因）（不定向性）；④高等生物突变频率约为 10⁻⁵~10⁻⁸（低频性）。 基因突变的特点 【资料1]基因突变在生物界是普遍存在的。无论是低等生物还是高等动物以及人，都会由于基因突变而引起生物性状改;普遍性 【资料2]可以发生在生物个体发育的任何时期，也可以发生在细胞内不同的DNA分子上以及同一个DNA分子的不同部位;随机性 [资料3】表现为一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因;不定向性 [资料4]据估计在高等生物中I0~-10个生殖细胞中才会有一个生殖细胞发生基因突变。牙频性 3. 结合生物进化知识提问：基因突变在生物进化中扮演什么角色？” 引导学生总结意义：产生新基因的唯一途径、生物变异的根本来源、生物进化的原始材 料。 （一）理解基因突变 的概念 1. 阅读实例资料，讨论分析基因改变的具体形式（替换=打错字、增添=多打字、缺失=少打字），找出“碱基序列改变”这一共同点。 2. 小组代表发言分 享结论，在教师引导 下完善基因突变概 念，用 “基因的 typo” 强化记忆碱基对的三种改变类型 （二）分析基因突变 的时期与原因 1. 结合 DNA 复制知 识自主思考，举手发 言阐述基因突变易发 生在间期的原因，完 善对时期的理解。 2. 阅读资料，同桌合作分类归纳原因，填写表格后相互检查，纠正错误认知（如混淆 “生物因素” 与“化学因素”）。 （三）探究基因突变 的结果、特点及意义 1. 围绕 “性状是否 改变” 展开小组讨 论，结合密码子简并 性实例，列举性状不 改变的具体情况，明 确结果的不确定性。 2. 阅读特征资料，逐一对应分析体现的基因突变特点，在课本上标记关键词，通过“低等→高等”“任何时期” 等关键词强化记忆。 3. 结合 “生物进化 需要原材料” 的前序知识，思考基因突变的积极意义，总结并记录核心要点，构建“基因突变→新基因→变异→进化” 的逻辑链。 （一）理解基因 突变的概念 通过实例分析 和“typo”类 比，将抽象的基 因改变具象化， 帮助学生自主 归纳概念，避免 死记硬背，同时 培养分析归纳 能力。 （二）分析基 因突变的时期 与原因联系 DNA 复制的已有知识，体现知识的连贯性，通过资料分类和表格填写，培养学生信息处理与分类思 维，教师巡视指 导可及时纠正认知偏差。 （三）探究基 因突变的结果、 特点及意义以问题为驱动，结合实例突破“性状是否改变” 的认知难点；通过资料对应分析，让学生直观感受基因突变的特点；结合进化知识，深化对基因突变意义的理解，提升逻辑思维与知识迁移能力。 三、探究基因的 “洗牌”——基因重组（17 分钟） （一）感知基因重组的概念 （2 分钟） 1. 过渡：“除了基因的‘typo’，基因还能通过‘重新组合’产生变异。比如大部分唇腭裂是多基因遗传病，若舅舅舅妈均为 AaBb （携带两对风险基因），形成配子时基因会像‘洗牌’一样重新组合，能产生多少种精子和卵细胞？” 2. 引导学生计算配子种类（4 种），初步感知 “非等位基因重新组合”，引出基因重组的概念：在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新 组合，类比为基因的 “洗牌”。 （二）模拟基因重组的类 型（13 分钟） 1. 分发染色体模型（标注基因，如同源染色体分别标注 A/a、B/b，另一对同源染色体标注 D/d），指导学生分组完成两项模拟实验： ① 模拟自由组合型：模拟减数第一次分裂后期，非同源染色体自由组合（如含 A的染色体与含 B 或 b 的染色体组合），记录产生的配子类型（AB、Ab、aB、ab）， 理解 “非同源染色体上非等位基因的自由组合”。②模拟交叉互换型：模拟减数第一次分裂前期，同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换（如同源染色体上 A与 a、D 与 d 基因所在片段互换），观察配子类型变化（如原本 AD 变为 Ad，aD 变为 ad），明确 “同源染色体上非等位基因的 重组”。 2. 组织各小组展示实验结果，对比两种模拟实验的配子类型差异，总结基因重组的两种类型及发生时期。 （三）分析基因重组的意义（2 分钟） 1. 提问：“基因‘洗牌’会产生新基因吗？能出现新性状吗？” 引导学生明确：不产生新基因，但形成新基因型（如 AaBb 个体产生 AB、Ab 等基因型配子）， 进而出现新性状组合（如亲 本为黄圆和绿皱，后代出现 黄皱和绿圆）。 2. 结合生物进化知识，引 导学生总结意义：生物变异 的重要来源之一，为生物进 化提供丰富的基因型材料， 有利于生物适应多变环境。 （一）感知基因重组 的概念 1. 思考并计算 AaBb 个体产生的配子种 类，通过“洗牌” 类比，初步理解“基因重新组合”的含义。 2. 跟随教师引导，明确基因重组的核心是“有性生殖过程中控制不同性状的基因重新组合”。 （二）模拟基因重组 的类型 1. 分组进行染色体 模型实验：① 模拟自由组合型：按照减数第一次分裂后期特 点，将非同源染色体 自由组合，记录配子 类型，理解 “非同源染色体上非等位基因自由组合”的机制。 ② 模拟交叉互换型：在同源染色体上操作非姐妹染色单体交叉互换，观察并记录配子类型的变化，区分与自由组合型的差异。 2. 小组代表展示实 验结果，讲解配子类 型产生的原因，在教 师点评中完善对两种 类型及发生时期（自 由组合型：减 Ⅰ 后 期；交叉互换型：减 Ⅰ 前期）的理解。 （三）分析基因重组 的意义 1. 思考教师问题，结合实验中 “基因型变化但基因未改变” 的现象，明确基因重组不产生新基因、可形成新性状组合的特点。 2. 结合生物进化的 需求，总结基因重组 的意义，记录核心要 点，建立 “基因重组→基因型多样性→生物适应与进化” 的逻辑关系。 （一）感知基因 重组的概念 通过“配子种 类计算”和“洗牌” 类比，将抽象的基因重组具象化，降低理解难度，同时承接前文唇腭裂案例，保持知识的连贯性。 （二）模拟基因重组的类型通过动手操作模型，让学生直观观察基因重组的过程，突破“减数分裂与基因重组关联” 的难点，培养动手能力与合作探究能力；小组展示环节可检验学习效果，及时纠正操作与认知错误。 （三）分析基 因重组的意通过问题引导，澄清 “新基因”与 “新基因型”的区别，避免概 念混淆；结合进 化知识，深化对 基因重组生物学价值的理解，提升知识应用能力。 四、课堂总结与拓展（1 分钟） 1. 引导学生梳理本节课核心框架：基因的 “typo”（基因突变：概念、时期、原因、特点、意义）与基因的 “洗牌”（基因重组：概念、类型、意义），并快 速对比二者在 “是否产生新基因”“发生时期”“适用范围” 等方面的关键差异。 2. 提出拓展问题：“乐乐唇腭裂的原因除了基因的‘typo’和‘洗牌’，还有可能与染色体层面的变化有关吗？” 为下节课 “染色体变异” 埋下伏笔。 1. 跟随教师引导，在脑海中构建知识框 架，快速回忆并对比 基因突变与基因重组 的核心区别，强化记 忆。 2. 思考拓展问题，对“染色体变异” 产生探究兴趣，为后续学习做好准备。 帮助学生系统 梳理知识，形成 清晰的知识网 络，强化核心概 念记忆；通过拓 展问题激发持 续探究欲望，实 现课时间知识 的自然衔接。 六、作业设计 （一）基础题（巩固概念） 1. 简述基因突变的外因类型，并各举 1 例； 2. 写出基因重组两种类型的发生时期及结果。 （二）提升题（应用分析） 案例分析：某植物的高茎基因（D）突变为矮茎基因（d），请回答： 1. 若该突变发生在植物的根尖细胞中，能否遗传给后代？为什么？ 2. 若该突变是碱基替换导致的，该植物的表型一定会变为矮茎吗？请说明理由。 （三）实践题（拓展延伸） 查阅资料，了解“基因治疗在唇腭裂中的应用现状”，撰写 100 字左右的短文（侧重科 学原理与挑战）。 学科网（北京）股份有限公司 $