3.1 DNA是主要的遗传物质教学设计-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

该高中生物学教学设计聚焦“DNA是主要遗传物质”的探索过程，通过回顾孟德尔、萨顿、摩尔根等科学家的研究史，搭建知识支架，引导学生思考遗传物质是蛋白质还是DNA，梳理前后知识点脉络。 以科学史为主线，通过肺炎链球菌转化实验、噬菌体侵染实验的对照分析，运用“减法原理”等科学方法，培养科学思维与探究实践能力，课件动态演示噬菌体侵染过程，帮助学生理解实验设计，提升教师教学效率，落实生命观念与态度责任素养。

课题名称 3.2 DNA是主要遗传物质 课堂类型： R新课 □复习课 □习题课 □实验课 □试卷讲评课 □其他： 学习者 分析 学生在初中已经学习了DNA和基因这两个重要概念。另外，转基因生物、转基因食品、DNA亲子鉴定、基因检测等热点词汇早已渗入了我们的生活。因此，学生对这两个概念并不陌生，通过报刊、广播、电视、网络等多种媒体，学生可以了解许多有关内容。 学生在初中已经学习了生物的遗传与变异，初步了解了基因、DNA和染色体之间的关系，知道DNA是长链状的分子，呈螺旋形；学生在高中学习《分子与细胞》模块后，知道核酸、蛋白质等物质的组成，了解了氢键、碱基、核糖、磷酸等内容。此外，在科学方法和科学思维方面，教材前两章介绍了假说一演绎法。以上这些都为学生开展本章的学习打下了基础。 虽然学生对基因、DNA都有所认识，但这种认识比较粗浅，停留在感性认识的层面，可能仅仅知道DNA上有遗传信息、基因是DNA上的片段等；对DNA的结构、碱基互补配对原则、DNA具有与结构相适应的功能、基因怎样发挥作用等问题尚不清楚。而且，学生的头脑中可能还存在一些错误概念。例如，受广告或宣传的误导，认为核酸是营养品等。因此，学生对基因、DNA的认识是比较有限的。 教学目标 1.阐明DNA是主要的遗传物质的探索过程。 2.说明DNA是主要的遗传物质。 3.说明自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”。 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。 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。 落实教学重点的方法： 运用科学史，让学生从科学家角度去思考要解决的问题，再逐步弄清楚是如何解决的。 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。 突破教学难点的方法： 运用科学史，让学生从科学家角度去思考要解决的问题，再逐步弄清楚是如何解决的。 教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 技术手段的使用： 电子白板、板书、多媒体 课时： 2课时 核心问题 ●科学家是怎么证明DNA是遗传物质的？ ●为什么说DNA是主要的遗传物质？ ●通过对科学家揭示DNA是遗传物质过程的分析，你对科学发现的过程和方法有哪些领悟？ 教学过程设计 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 导入新课 通过前面两个章节的学习，我们已经知道遗传物质的多样性和特异性使生物体多样且唯一。那么在前面的内容中，我们学习了几位科学家的重要成就，孟德尔→性状由遗传因子决定；萨顿→提出遗传因子位于染色体上的假说；约翰逊→把遗传因子改为基因；摩尔根→证实基因位于染色体上。染色体由蛋白质和DNA构成，那么基因到底是蛋白质还是DNA呢？通过第三章——基因的本质的学习，就可以解决这个问题。 早期的时候，由于人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸链接而成的生物大分子，且知道蛋白质的结构也具有多样性，大多数科学家都推测蛋白质就是遗传物质。到了20世纪30年代，科学家已经认识到DNA是由四种脱氧核苷酸构成的生物大分子，但是对于DNA分子结构多样性还缺乏研究，因此大部分人仍然支持蛋白质是遗传物资。 但是真理往往掌握在少数人的手中，正是有这样几个人的实验才真正揭开了世纪遗传物质的面纱。 你认为遗传物质可能具有什么特点？P47问题探讨 ①储存大量的遗传信息; ②可以准确地复制，并传递给下一代; ③结构比较稳定； ④能够指导蛋白质的合成，从而控制性状。 通过回顾科学史的进程，引导学生思考早期科学家为什么对遗传物质有这样的推测，理解科学家的思维发展过程。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 肺炎链球菌的体内转化实验 通过确凿的实验证据向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的，首先是艾弗里，而艾弗里的实验又是在英国微生物学家格里菲思的试验基础上进行的。 1、实验材料：肺炎链球菌，小鼠。 （1）肺炎链球菌——会让人类引起肺炎，让小鼠患上坏血症。   菌落（光滑、粗糙） 有无荚膜 有无毒性 S型细菌（smooth） 光滑 有 有 R型细菌(rough） 粗糙 无 无 细菌一般培养在培养皿中，同种细菌繁殖后会聚集在一起形成菌落，比如橘子坏了的时候，外面有一些青点，这就是霉菌落。那么这里的两种肺炎链球菌，S型有毒性也有荚膜，并不是荚膜本身有毒，而是表面的荚膜能够起保护作用，它把肺炎链球菌保护起来了，机体的免疫系统看不到它，所以S型菌会让小鼠患上坏血症。 2、实验过程。 （1）无毒性的R型活细菌注射到鼠体内，现象是小鼠存活。——说明R型活细菌是不致死的。 （2）有毒性的S型活细菌注射到鼠体内，现象是小鼠死亡，分离出大量的活的S菌。 组1和组2可以形成对照吗？自变量是什么？ （3） 加热杀死的S型细菌注射到鼠体内，现象是小鼠存活。 组2和组3可以形成对照吗？自变量是什么？ Q：S型菌为什么加热就被杀死了？直接原因是什么？说到底死和活是什么决定的？细胞里哪种物质是生命活动的体现在？——蛋白质。 蛋白质高温会失活，DNA对高温的耐受能力高于蛋白质，DNA在80~100℃的条件下会解开双链，但是当温度降至到55℃的时候DNA双链能恢复，蛋白质活性却不能恢复。 （4）无毒性的R型活细菌与加热杀死的S细菌混合后注射到小鼠体内，现象是小鼠死亡，并从尸体中分离出S型活细菌。 那么这时候我们对小鼠进行尸检发现有S型活细菌，也就找出了该小鼠的死因：R型活菌+S型死菌——S型活菌。这个有点像灵魂附体，将R型转化成了S型活菌，也就是说这里面有一种转化因子使得R型转变为S型。 组1和组4、组3和组4可以形成对照吗？自变量是什么？ 3、实验结论：被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种“转化因子”，能将无毒性的R型活细菌转化成为有毒性的S型活细菌。 我们看格里菲思将这种转化物质称之为转化因子，和孟德尔中的遗传因子，这个什么什么因子听上去就更高大上一些，那我们现在已经知道S型菌体内有这种“转化因子”，但它到底是什么呢？我们要想知道它是什么，接下来可以怎么做？ 举个例子，我放疗一颗棒棒糖在教室里的书桌上，我去了一趟老师办公室回来后发现不见了，也就是说存在“消失因子”使得我的棒棒糖消失了，那么现在的做法就是让教室里的人都出去，一个一个进来看，看你是不是那个“消失因子”。同样这个实验我们就一个一个的去试试嘛，用S型 肺炎链球菌体内的成分一个个试，看谁是转化因子。那么整个实验的思路很简单设法将蛋白质、DNA等物质分开，单独、直接地观察它们的作用，但是很遗憾，格里菲思没能继续，他刚好遇上了二战的爆发，当时他的实验室在伦敦，一颗小炸弹落在了他的实验室里。 通过引导学生分析不同组实验之间的变量，加深学生对实验思路和实验结论的理解。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 肺炎链球菌的体外转化实验 在格里菲思的基础上，艾弗里进行了后续更为严谨的实验，还是一样的实验思路，实验也还是这个实验，不同在于体外转化，不用小白做实验了，现在这个实验不用伤害它们了。艾弗里及其同事本来是想通过化学提纯分析法将S型细菌中的DNA、蛋白质、多糖、RNA等物质提取出来，但是当时物质提取的技术有限，因此他们选择用酶解法。 引导学生分析实验操作具体过程，抽问学生后面几个组的预期结果： 1、第一组实验：本实验说明什么问题？本实验起什么作用？本实验能确定转化因子是哪种物质吗？ 2、第二组至第四组实验：加蛋白酶的作用是什么？加蛋白酶后R型菌还是被转化说明什么问题？同样加RNA酶、酯酶什么作用？这些组实验说明什么问题 3、第五组实验：加DNA酶的作用是什么？加DNA酶后只长R型菌说明什么问题？艾弗里等人进一步分析了细胞提取物的理化特性，发现这些特性都与DNA的极为相似，于是得出结论？ 第一组和其余组可以形成相互对照，第二组和第五组之间可以形成对比实验。 该实验中对自变量的处理方式我们总结为减法原理，减法原理和加法原理的区别可以结合教材46页科学方法了解： 加法原理：与常态比较，人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。如：“比较过氧化氢在不同条件下的分解” 减法原理：与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。如：“艾弗里的肺炎链球菌转化实验”每个实验组特异性去除了一种物质，从而鉴定出DNA是遗传物质。 艾弗里在做了实验之后发表了一篇论文，他在论文中这样写道：随着我提取的DNA的浓度越高，R型细菌转化成S型细菌的转化效率也就越高。实际上艾弗里在这个过程中，提取出的DNA浓度最高时也掺杂了0.02%的蛋白质，艾弗里很聪明他并没有说出来。但是这还是引起了其他科学家的质疑，质疑他的提取纯度不够。 教师引导学生分析实验操作，学生思考预期实验结果总结实验结论。 习题即时训练。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 噬菌体侵染细菌的实验 1、1952年，赫尔希和蔡斯。 2、 实验材料：T2噬菌体（病毒） 病毒根据宿主细胞不同可以分为三类植物病毒、动物病毒和细菌病毒，噬菌体即为细菌病毒。 T2噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外壳都是由蛋白质构成的，头部内含有DNA。T2噬菌体侵染大肠杆菌后，就会在自身的遗传物质的作用下，利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量的增殖，当噬菌体在大肠杆菌体内增殖到一定数量后，大肠杆菌会裂解，释放出大量的噬菌体。 （课件播放侵染过程）侵染细菌的过程：吸附→注入（遗传物质）→合成（宿主细胞提供原料和场所）→组装→释放 3、实验思路：将DNA与蛋白质单独分开去观察哪种物质可以遗传给子代。 4、实验方法：放射性同位素标记法 为了避免艾弗里提纯的工作，把DNA和蛋白质做了一下天然的分析，最基本的区别是两者的组成元素不同，DNA：C、H、O、N、P。蛋白质：C、H、O、N、S。两者之间含有不同的元素，利用放射性的同位素进行标记，将DNA中的P用32标记，即为32P，蛋白质中的S用35进行标记，即35S。这种放射性是能够看得到的。 5、 实验过程 现在大致的实验操作过程应该是比较明确的，应该分几个组？怎么做？学生回答，两个组，分别用32P标记的噬菌体和35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌，观察子代噬菌体中带有哪种放射性。 Q：如何培养含放射性35S和32P的T2噬菌体？能否直接用含35S、32P的普通培养基来培养？不能。因为T2噬菌体营寄生生活，无法独立生存。故应先培养细菌，再用细菌培养噬菌体。 所以这个实验应该分为三大步：先标记大肠杆菌，再用标记的大肠杆菌标记T2噬菌体，再用带有放射性标记的T2噬菌体标记未标记的大肠杆菌。 第一步：先标记大肠杆菌 含35S的培养基+大肠杆菌→ 含35S的大肠杆菌 含32P的培养基+大肠杆菌→ 含32P的大肠杆菌 第二步：再标记噬菌体 含35S的大肠杆菌 +T2噬菌体→ 含35S的T2噬菌体 含32P的大肠杆菌 +T2噬菌体→ 含32P的T2噬菌体 第三步：侵染未标记的大肠杆菌 ① 35S标记的噬菌体+大肠杆菌 短时间保温：使T2噬菌体侵染细菌。 搅拌：使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离。 离心：上清液中析出重量较轻的T2噬菌体颗粒，离心管的沉淀物中留下被感染的大肠杆菌。 Q：保温（侵染）时间不能过长，为什么？ 侵染时间为噬菌体刚好增殖一代。侵染时间太长大肠杆菌会被涨破。 结论1：噬菌体的蛋白质没有进入到子代中 ② 32P标记的噬菌体+大肠杆菌 结论2：噬菌体的DNA进入到了子代中 总结论：DNA才是噬菌体的遗传物质 思考：问题1.用14C和18O等同位素可行吗？为什么？ 不能，因为C和O这两种元素在DNA和蛋白质中都存在，不能把二者分开。 问题2.实验能否用32P和35S同时标记噬菌体？ 不能，因为放射性检测时只能检测到放射部位，不能确定是哪种元素的放射性；若用32P和35S同时标记噬菌体，则上清液和沉淀物中均会具有放射性，无法判断噬菌体遗传物质的成分。 Q1：用含35S噬菌体侵染细菌时，沉淀物含少量放射性，造成该结果的原因可能是什么？ 搅拌不充分，少量含35S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。 Q2：用含32P噬菌体侵染细菌，上清液含少量放射性，造成该结果的原因可能是什么？ 1.保温时间过短，有一部分噬菌体还没有侵染到大肠杆菌，经离心后分布于上清液中。 2.保温时间过长，噬菌体在大肠杆菌内增殖，大肠杆菌裂解后释放子代噬菌体，经离心后分布于上清液。 （1）模板：噬菌体DNA （2）合成DNA的原料：大肠杆菌提供的四种脱氧核苷酸 （3）合成蛋白质的原料：大肠杆菌的氨基酸 场所：大肠杆菌的核糖体 【思考·讨论】 1. 艾弗里与赫尔希等人的实验选用了细菌或病毒作为实验材料，以细菌或病毒作为实验材料具有哪些优点？ （1）个体很小，结构简单，细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。容易观察因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。 （2）繁殖快。细菌20～30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。 2. 从控制自变量的角度，艾弗里实验的基本思路是什么？在实际操作过程中最大的困难是什么？ 艾弗里在每个实验组中特异性地去除了一种物质，然后观察在没有这种物质的情况下，实验结果会有什么变化。 最大的困难是：如何彻底去除细胞中含有的某种物质（如糖类、脂质、蛋白质等）。 3.艾弗里和赫尔希等人都分别采用了哪些技术手段来实现他们的实验设计？这对于你认识科学与技术之间的相互关系有什么启示？ 艾弗里采用的主要技术手段：细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。 赫尔希采用的主要技术手段：噬菌体培养技术、同位素标记技术、物质的提纯和分离技术等。 启示：科学成果的取得必须有技术手段作保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。 该实验较为复杂，引导学生从实验思路到实验操作思考，结合思考得到的结论帮助学生梳理细节。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 DNA是主要的遗传物质 证明RNA是遗传物质的实验 1、材料：烟草花叶病毒 2.实验过程： 大多数生物以DNA为遗传物质，少部分病毒以RNA为遗传物质。因此说，DNA是主要遗传物质。 引导学生理解DNA是主要的遗传物质的含义，结合相关习题帮助学生进一步理解。 总结 学科网（北京）股份有限公司 $