1.2遗传信息通过复制和表达进行传递（第一课时）教学设计2025-2026学年高一下学期生物沪科版必修2

该高中生物学教学设计聚焦遗传信息传递核心知识，通过回顾DNA双螺旋结构旧知，结合粗糙链孢霉实验数据表提问，搭建“基因-酶-代谢-性状”逻辑支架，衔接遗传物质基础与复制表达内容。 特色在于采用实验逻辑分析法拆解梅塞尔森同位素实验，结合定量公式推导DNA复制标记链数量，培养科学思维与探究能力。配套动态微视频和小组绘图活动，助力学生理解微观过程，教师可直接使用结构化流程提升教学效率。

教学设计 课程名称 遗传信息通过复制和表达进行传递（第一课时） 选用教材 高中生物沪科版必修二 教学章节 第一章第二节 授课对象 高一学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节承接第一节 DNA 是主要遗传物质、DNA 双螺旋分子结构相关知识，完整拆解遗传信息完整传递链条，分为四大核心知识模块，第一模块以粗糙链孢霉实验建立 “基因控制酶的合成进而控制性状” 的认知，讲解 DNA 半保留复制的过程、所需酶与原料，搭配梅塞尔森 - 斯塔尔同位素标记实验实证半保留复制方式；第二模块讲解转录过程，阐明 DNA 上基因的遗传信息转移至 RNA 的完整阶段、碱基配对规则与三类功能 RNA；第三模块围绕翻译展开，介绍密码子、反密码子、tRNA、核糖体功能，梳理翻译完整流程，对比原核、真核转录翻译时空差异，补充尼伦伯格破译首个密码子的探究实验；第四模块拓展克里克中心法则，区分正常细胞、逆转录病毒、RNA 复制病毒、新型冠状病毒的遗传信息传递路径，结合端粒酶逆转录关联细胞寿命拓展生命拓展素材，最后配套自我评价习题实现知识综合运用。本节串联起 DNA、RNA、蛋白质三类生物大分子的逻辑关联，打通遗传物质储存、传递、表达全流程，是遗传分子基础单元的核心重难点内容，既训练学生多步骤生理过程的逻辑梳理能力，也为基因突变、基因工程、遗传病防控等后续内容铺垫底层理论，兼具微观分子过程解析、经典科学实验探究、现实病毒防疫科普三重教学价值。 二、学情分析 1. 知识基础 学生通过第一节学习，已经掌握 DNA 的化学组成、反向平行双螺旋结构、碱基互补配对基础规则，知晓绝大多数生物遗传物质为 DNA，少数 RNA 病毒遗传物质为 RNA；在必修一学习过蛋白质由氨基酸脱水缩合形成、酶的化学本质多为蛋白质，具备核酸、蛋白质两类大分子基础认知，但完全不了解基因与 DNA 片段的对应关系，不清楚 DNA 复制、转录、翻译三类过程的模板、原料、场所、酶的区别，未接触密码子、反密码子、半保留复制、逆转录等全新专业概念，对原核细胞与真核细胞转录翻译时空差异、各类 RNA 病毒增殖路径存在大面积知识空白。 2. 能力基础 高一学生具备基础对照实验分析能力，能够简单识别自变量、因变量，但面对梅塞尔森同位素梯度离心、尼伦伯格体外破译密码子这类定量分子实验，难以自主梳理实验逻辑、推导实验现象对应的分子复制规律；对于 DNA 复制、转录、翻译连续多步骤微观过程，文字梳理、流程图归纳能力薄弱，无法自主区分三类过程的核心差异；定量推导碱基数量、密码子与氨基酸对应关系的数学运算能力不足，自主构建中心法则完整传递链条的归纳总结能力欠缺。 3. 认知基础 学生仅能宏观感知基因控制生物性状，无法建立 “基因→RNA→蛋白质→生物性状” 的微观逻辑链条；抽象思维发展不均衡，难以想象 DNA 解旋、RNA 合成、核糖体翻译多肽链这类肉眼不可见的动态分子过程，容易混淆 DNA 复制、转录、翻译的模板、碱基配对方式；容易形成单一固化认知，误以为所有生物遗传信息都遵循 DNA→RNA→蛋白质的传递路径，无法理解逆转录、RNA 复制这类特殊传递方式，难以结合新冠、流感、艾滋病等现实病毒实例理解中心法则拓展内容，对端粒酶、细胞衰老的关联逻辑缺少生活认知支撑。 三、教学目标 1. 生命观念 通过粗糙链孢霉实验建立基因控制性状的物质观，理解 DNA 半保留复制、转录、翻译的分子结构与遗传信息传递功能相适配的结构与功能统一观；区分真核、原核生物，DNA 病毒、不同类型 RNA 病毒遗传信息传递路径，建立遗传信息传递的稳态与平衡观念；结合端粒酶与细胞衰老、肿瘤细胞增殖的关联，形成细胞生命历程相关稳态认知。 2. 科学思维 分析粗糙链孢霉营养缺陷菌株实验、梅塞尔森半保留复制验证实验、尼伦伯格密码子破译实验，运用归纳、演绎、批判性思维推导实验结论；对比 DNA 复制、转录、翻译、RNA 复制、逆转录五大过程的模板、原料、碱基配对规则，构建中心法则完整逻辑链条；依托碱基互补配对规则完成碱基数量定量推导，梳理密码子简并性规律，形成严谨的定量与定性推理思维。 3. 科学探究 梳理梅塞尔森稳定同位素标记、密度梯度离心的完整实验设计思路，自主分析实验操作步骤与结果的对应关系；梳理尼伦伯格体外合成 RNA 破译密码子的探究流程，掌握体外模拟分子合成的实验探究方法；小组合作梳理原核、真核转录翻译差异，绘制中心法则流程图，提升图表归纳、实验逻辑梳理的探究能力。 4. 社会责任 结合艾滋病、流感、新冠等 RNA 病毒的遗传信息传递特点，梳理病毒传播、致病原理与防控手段，能够自主制作科普小报向身边人普及防疫知识；了解端粒酶研究在衰老、肿瘤医学领域的应用，客观看待分子生物学技术在医疗健康领域的价值；感悟一代代科学家接力破译遗传信息传递规律的钻研精神，树立尊重科研、理性看待生物病毒相关谣言的科学素养。 四、教学重难点 教学重点 1. 粗糙链孢霉实验结论，基因通过控制酶的合成控制生物性状。 2. DNA 半保留复制的完整过程、原料、酶、复制特点，梅塞尔森实验证明半保留复制。 3. 转录、翻译完整过程，三类 RNA 功能、密码子与反密码子配对规则。 4. 中心法则基础内容，不同 RNA 病毒特殊遗传信息传递路径。 教学难点 1. 梅塞尔森同位素标记梯度离心实验结果逻辑推导，半保留复制碱基数量定量计算。 2. 转录、翻译微观动态过程区分，原核与真核转录翻译时空差异。 3. 密码子简并性、中心法则拓展内容，不同 RNA 病毒增殖路径区分。 五、教学方法  递进式问题链驱动法：围绕 “基因如何控制性状”“遗传信息如何传递给子代”“DNA 信息如何转化为蛋白质”“病毒如何传递遗传物质” 四大主线设计分层问题，串联全节课知识点，逐层拆解微观分子过程。  图示分层拆解教学法：依托教材全套分子过程示意图，分步拆解 DNA 复制、转录、翻译、病毒增殖、端粒酶逆转录等动态微观过程，将不可见的分子变化转化为直观图像，降低抽象知识理解门槛。  对比归纳教学法：横向对比 DNA 复制、转录、翻译五大过程的场所、模板、原料、碱基配对；对比三类 RNA 病毒遗传信息传递路径；对比原核、真核转录翻译差异，构建清晰知识边界。  实验逻辑分析法：针对粗糙链孢霉营养缺陷实验、梅塞尔森同位素实验、尼伦伯格密码子破译实验，分步拆解实验处理、变量、现象、结论，训练学生实验推理思维。  小组合作绘图研讨法：组织小组合作绘制 DNA 复制流程图、转录翻译流程图、中心法则完整流程图，交流讨论实验思考题、自我评价习题，互相补充完善逻辑。  定量公式精讲推导法：针对 DNA 半保留复制子代 DNA 含标记链数量、碱基配对数量规律进行完整公式推导，夯实定量计算基础。 六、教学资源 教材粗糙链孢霉生长状况数据表、DNA 复制过程示意图、梅塞尔森同位素实验全过程示意图、转录三阶段示意图、通用遗传密码表、翻译分步示意图、原核转录翻译电镜照片、密码子破译实验示意图、三类 RNA 病毒增殖示意图、中心法则示意图、端粒酶逆转录示意图；多媒体课件；DNA 复制、转录、翻译动态微视频；空白对比表格；碱基计算随堂练习单；教材思考讨论题、自我评价综合习题。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节 1 情境导入，建立基因与性状关联（6 分钟）  回顾旧知提问：上一节我们学习 DNA 是主要遗传物质，DNA 上储存海量遗传信息，科学家将控制生物性状的遗传单位命名为基因，大家思考：基因内部的遗传信息如何决定生物的性状？细胞分裂时，亲代细胞的遗传信息怎样完整传递给子细胞？抛出本节课两大探究主线。  出示粗糙链孢霉代谢途径文字流程图与粗糙链孢霉不同培养条件生长状况数据表 介绍背景知识：粗糙链孢霉自身可以合成精氨酸，合成过程分为三步，每一步都对应一种特异性酶，科学家使用 X 射线照射野生型菌株，获得三种无法自主合成精氨酸的缺陷菌株。  分步解读表格内四组培养条件与三种突变菌株、野生菌株生长情况，同步抛出教材思考讨论三道问题，引导学生初步观察表格数据规律。  跟随教师回顾 DNA 相关旧知识，记录本节课两大核心探究方向，主动思考基因与性状的内在联系。  观察表 1-2 各组培养条件与菌株生长结果，用笔标注不同菌株能正常生长的培养基，对比野生型与缺陷菌株的生长差异，初步思考酶缺失与菌株无法合成精氨酸的关联。  默读教材三道思考讨论问题，结合表格数据形成初步猜想。 环节 2 新知探究一：粗糙链孢霉实验，基因控制酶的合成（12 分钟）  分步拆解精氨酸合成代谢路径：前体物质在酶 A 催化生成鸟氨酸，鸟氨酸在酶 B 催化生成瓜氨酸，瓜氨酸在酶 C 催化生成精氨酸，每一种酶的合成都由对应的基因片段控制。  分层引导学生结合表 1-2 数据推理： 第一，仅添加必需无机盐时，三株突变菌株均无法生长，说明自身合成精氨酸的通路中断； 第二，添加鸟氨酸后，菌株 A 恢复生长，菌株 B、C 依旧无法生长，证明菌株 A 缺少催化前体物质生成鸟氨酸的酶 A； 第三，添加瓜氨酸后，菌株 A、B 均可生长，菌株 C 无法生长，证明菌株 B 缺少酶 B； 第四，直接添加精氨酸，三株突变菌株全部正常生长，证明菌株 C 缺少酶 C。  组织学生分组交流教材思考讨论问题 2、3，随后统一梳理答案：X 射线造成 DNA 片段突变，不同突变菌株改变的 DNA 片段对应控制酶 A、酶 B、酶 C 的基因；细胞有丝分裂时，DNA 通过复制完整复制基因，随染色体平均分配至子细胞，将控制酶合成的遗传信息传递给子代细胞。  总结实验核心结论：基因通过控制酶的合成，控制细胞内代谢过程，进而控制生物的性状，建立 “基因→酶→代谢→性状” 基础逻辑。  跟随教师梳理三步精氨酸合成路径，结合表格数据对应推导三株缺陷菌株缺失的酶，完整记录实验推理过程。  小组内交流两道拓展讨论问题，梳理 DNA 突变与酶合成缺失的关联、遗传信息随细胞分裂传递的方式，推选代表发言分享小组观点。  完整记录基因控制性状的逻辑链条，区分基因、酶、代谢、性状四者的层级关系。 环节 3 新知探究二：DNA 半保留复制过程（14 分钟）  过渡衔接：细胞分裂时需要完整复制 DNA，保证子细胞获得和亲代一致的遗传信息，沃森与克里克提出 DNA 双螺旋结构时，推测 DNA 复制为半保留复制，接下来分步拆解完整复制过程。出示 DNA 复制过程示意图 标注图中 DNA 聚合酶、单链 DNA 结合蛋白、新生链延伸箭头方向。  分三步讲解复制完整流程： 第一步解旋：DNA 解旋酶从复制起点打开双链氢键，双链解开形成两条单链母链，单链 DNA 结合蛋白附着单链防止重新配对； 第二步延伸：DNA 聚合酶以解开的单链为模板，四种脱氧核苷三磷酸作为原料，遵循碱基互补配对规则，沿着 5' 到 3' 方向持续合成新生子链； 第三步复制完成：双链完全解旋、子链全部合成，最终形成两个子代 DNA 分子。  讲解半保留复制定义：子代 DNA 分子中，一条单链来自原始亲代 DNA，另一条是全新合成的子链，因此命名为半保留复制。  完整推导 DNA 复制子代标记链数量公式： 设亲代 DNA 两条链均被同位素标记，复制 n 次后，总 DNA 分子数量 =(2^n)，其中含原始标记母链的 DNA 分子数量恒等于 2，不含标记链的 DNA 分子数量 =(2^n - 2)，完整书写公式： (总 DNA 数 = 2^n，含标记链 DNA 分子数 = 2，无标记链 DNA 分子数 = 2^n - 2) 讲解公式含义：无论 DNA 复制多少次，原始两条母链只会分别进入两个子代 DNA 分子，不会消失，后续计算复制标记分子数量仅文字描述该规律，不再重复书写字母等式。  补充学习提示知识点：DNA 复制具备高度保真性，复制出错概率极低，保障物种遗传稳定，提问学生思考保真性对生物生存繁衍的意义。  观察图片 1-10DNA 复制示意图，识别解旋后的母链、新生子链、DNA 聚合酶、单链结合蛋白，记录新生链 5' 到 3' 延伸方向。  跟随教师分步记忆解旋、延伸、复制完成三阶段操作，完整记录半保留复制概念。  参与 DNA 复制次数与标记链数量公式推导，完成随堂练习单上简单复制数量计算题，理解无论复制多少次，仅两个 DNA 分子携带原始亲代链。  主动思考 DNA 复制高保真性对物种稳定遗传的作用，举手分享自己的理解。 环节 4 新知探究三：梅塞尔森 - 斯塔尔半保留复制验证实验（10 分钟）  过渡导入：半保留复制仅为理论推测，梅塞尔森与斯塔尔利用稳定同位素标记、密度梯度离心技术，直观证明 DNA 复制方式，出示梅塞尔森实验过程及结果示意图 完整讲解四步实验操作流程。  分步拆解实验操作： 第一步：大肠杆菌长期放置在只含 ¹⁵N 氮源培养基繁殖多代，全部 DNA 两条链均携带重氮标记； 第二步：转移至仅含 ¹⁴N 轻氮培养基，分别培养 20 分钟、40 分钟、60 分钟，对应分裂一代、二代、三代； 第三步：提取各代细菌 DNA 进行密度梯度离心，DNA 条带位置由所含氮元素种类决定； 第四步：拍照记录亲代、一代、二代、三代 DNA 条带分布位置。  分层抛出教材三道思考讨论问题，引导学生结合图示条带分布推理： 问题 1：第一步长期使用 ¹⁵N 培养基培养多代的目的是什么？ 问题 2：培养时间控制不精准会造成什么实验误差？ 问题 3：结合四代条带分布，为什么该实验能够证明半保留复制？  结合图示条带总结实验现象：亲代全为重链条带；第一代仅一条中带（一条 ¹⁵N 链、一条 ¹⁴N 链）；第二代出现中带与轻带两种条带；第三代中带占比减少、轻带占比增多，完全符合半保留复制理论推导结果，证实 DNA 复制为半保留方式。  观察图片 1-11 完整实验流程与四代离心条带位置，区分重链、中链、轻链对应的 DNA 同位素组成。  独立思考三道讨论问题，小组内交流实验操作目的、时间控制的重要性、条带分布对应的复制规律，梳理实验如何排除全保留、分散复制两种猜想。  完整记录实验操作流程、实验现象与最终实验结论，完善课堂笔记。 环节 5 课堂总结 + 课后作业（5 分钟）  梳理本节课三大核心内容：粗糙链孢霉实验证明基因控制酶合成进而控制性状；DNA 半保留复制的完整过程、原料、酶；梅塞尔森同位素离心实验实证半保留复制。  出示当堂练习题：  菌株 B 缺失哪种酶？对应控制该酶的 DNA 片段发生突变；  DNA 复制新生链的延伸方向是？  DNA 复制 3 次，总共有多少个 DNA 分子，其中含有原始亲代标记链的分子有几个？  布置预习任务：预习转录、翻译相关内容，思考 DNA 上的遗传信息如何转移到蛋白质。  跟随教师梳理本节课知识框架，查漏补缺，补充课堂笔记遗漏知识点。  独立完成三道课堂习题，举手核对答案，订正计算、概念类错题。  记录预习任务，课后自主阅读教材转录、翻译板块内容。 八、板书设计 九、课程思政 本节课通过比德尔粗糙链孢霉诱变实验、梅塞尔森同位素标记验证复制两大经典科学实验，展现科学家为证实遗传信息传递规律，创新实验材料、开发同位素标记与离心技术、反复调控培养时间开展定量探究的严谨科研历程，引导学生体会科学猜想必须依靠严谨定量实验验证，培养求真务实、敢于创新、耐心钻研的科学探究精神，理解分子生物学重大突破离不开实验技术的持续创新。 十、教学反思与修改措施 教学反思 本节课同时包含性状调控实验、DNA 复制微观过程、同位素定量验证实验三大模块，课堂时间较为紧张；DNA 复制次数与标记链数量定量推导环节，部分数学基础薄弱学生跟不上计算逻辑；梅塞尔森离心条带分层抽象，仅依靠静态示意图，学生难以区分不同条带对应的 DNA 同位素组成，小组讨论思考问题的时间分配不足。 修改措施 后续授课提前印制 DNA 复制数量计算预习单，课前下发简化计算难度；补充 DNA 半保留复制动态动画配合静态示意图讲解，分层拆解每一代 DNA 两条链的同位素组成；压缩教师讲解时长，延长小组讨论三道实验思考题的交流时间；增加板书分步手绘四代 DNA 链标记示意图，直观展示条带形成原因，课后配套实验逻辑填空学案巩固实验推理过程。 学科网（北京）股份有限公司 $