2.1DNA是主要的遗传物质（第一课时）教学设计2026-2027学年高一下学期生物苏教版必修二

该高中生物学教学设计聚焦“DNA是主要的遗传物质”，通过肺炎链球菌转化实验展开。以20世纪遗传物质争议情境导入，关联染色体组成、孟德尔遗传因子等旧知，搭建“体内实验现象→体外成分拆解→实验局限探究”的逻辑支架。 此设计以核心素养为核心，生命观念上建立DNA转化变异观，科学思维通过格里菲斯四组对照、艾弗里DNA酶反向对照等培养辩证分析，探究实践采用阶梯问题链驱动小组讨论。图示分层讲授结合实验示意图，帮助学生突破难点，提升科学探究能力，为教师提供清晰教学路径。

教学设计 课程名称 DNA是主要的遗传物质（第一课时） 选用教材 高中生物苏教版必修二 教学章节 第二章第一节 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 本节课以肺炎链球菌为实验材料引入，先介绍细菌作为遗传学材料的优势，区分 S 型、R 型肺炎链球菌形态与致病性；完整梳理格里菲斯四组小鼠体内转化实验，得出存在 “转化因子” 的推论；再开展艾弗里体外分成分离转化实验，将 S 型细菌 DNA、蛋白质、RNA 单独与 R 型菌混合培养，搭配水解酶对照，证明只有 DNA 可完成转化；同时说明艾弗里实验的历史局限性，提取 DNA 混有微量蛋白质，无法彻底排除质疑，为第二课时噬菌体侵染细菌实验铺垫探究需求；整条实验线索遵循 “体内现象发现→体外成分拆解→实验局限遗留疑问” 的逻辑，逐步推进遗传物质的探究。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握染色体由 DNA 和蛋白质两种物质组成，了解孟德尔遗传因子、摩尔根基因位于染色体上的结论；知道细菌是原核生物，结构简单、繁殖速度快；但完全不理解转化现象的本质，不清楚如何通过对照实验区分 DNA、蛋白质的遗传功能，无法设计单一变量实验分离不同生物大分子，对水解酶控制单一变量的实验思路缺乏认知。 2. 能力基础 高一学生具备基础对照实验分析能力，能识别自变量、因变量，但面对多组分层对照实验时，无法逐层拆解每组实验的验证作用；不能自主分析格里菲斯体内实验仅能推出存在转化因子、无法确定转化因子化学本质的局限；难以理解艾弗里加入水解酶的补充对照设计意图，逆向推理实验结论的逻辑薄弱，需要教师分步展示细菌模式图、两组实验示意图，设置阶梯式问题分层引导梳理。 3. 认知基础 学生存在多处典型认知误区：第一，默认蛋白质是遗传物质，认为氨基酸多样排列顺序更适合储存遗传信息；第二，混淆 S 型细菌荚膜和转化因子的作用，误以为荚膜多糖直接使 R 型菌转化；第三，认为格里菲斯实验可以直接证明 DNA 是遗传物质；第四，看不懂艾弗里四组对照实验，分不清 DNA、蛋白质、RNA 三组实验组与 DNA 酶水解对照组的差异；第五，忽略艾弗里提纯样品含有微量蛋白质的实验漏洞，认为该实验完美证明 DNA 是遗传物质。 三、教学目标 1. 生命观念（遗传物质化学本质观、转化变异观） 生物遗传信息储存在 DNA 分子中，DNA 可在细胞间转移，使受体细胞获得全新遗传性状；S 型细菌 DNA 进入 R 型菌实现性状转化，体现遗传物质可跨细胞传递、改变生物表现型，建立 DNA 作为遗传物质、携带完整遗传信息、可实现细胞性状转化的统一生命观念。 2. 科学思维 依托肺炎链球菌模式图、格里菲斯小鼠转化实验示意图、艾弗里体外培养四组实验示意图，对比 S 型、R 型细菌菌落、致病性差异；逐层分析格里菲斯四组小鼠实验的现象差异，推理存在转化因子；拆解艾弗里四组单一变量对照，分析 DNA、蛋白质、RNA 各自转化能力，结合水解酶实验组反向锁定 DNA 为转化因子；客观辩证分析艾弗里实验的缺陷，形成 “观察实验现象提出推论→拆分生物大分子设置对照→补充酶解实验完善证据→辩证看待实验局限” 完整推理链条。 3. 科学探究 能够依据肺炎链球菌模式图，归纳细菌适合遗传实验的全部优势；完整复述格里菲斯四组小鼠体内实验操作、现象与推论；独立分析艾弗里甲、乙、丙、丁四组体外培养实验，分别概括每组实验结论；自主说明 DNA 酶水解组的对照作用，辩证指出艾弗里实验存在的微量蛋白质污染缺陷；总结探究遗传物质实验的通用单一变量设计思路。 4. 社会责任 依托格里菲斯、艾弗里两代科学家接续钻研、层层完善实验证据的科研历程，培养学生求真务实、严谨设计多组对照、客观看待实验不足、持续完善探究的科研品格；肺炎链球菌转化研究开启核酸遗传研究时代，为现代基因工程、基因靶向药物、细菌疫苗研发奠定基础，建立基础微生物遗传实验支撑生物医药研发、守护公共卫生健康的社会责任意识。 四、教学重难点 重点 1. 肺炎链球菌 S 型、R 型形态、菌落、致病性差异，细菌作为实验材料的优势； 2. 格里菲斯四组小鼠转化实验操作、实验现象，得出存在 “转化因子” 的推论； 3. 艾弗里体外四组对照实验：DNA、蛋白质、RNA 单独转化，搭配 DNA 酶水解对照； 4. 艾弗里实验结论：只有 DNA 能够使 R 型细菌转化为 S 型细菌； 5. 艾弗里实验历史局限：提纯 DNA 含有微量蛋白质，无法完全排除蛋白质作用。 难点 1. 区分荚膜多糖（致病结构）与转化因子（遗传物质 DNA）的不同功能，理解荚膜不参与遗传转化； 2. 逐层拆解格里菲斯四组实验的对照逻辑，推理加热杀死 S 型菌仍保留有活性转化因子； 3. 理解艾弗里丁组 DNA 酶水解实验的反向对照作用，证明完整 DNA 是转化必需物质； 4. 辩证区分格里菲斯、艾弗里两代实验的递进关系，客观分析艾弗里实验无法彻底证实 DNA 为遗传物质的缺陷。 五、教学方法  认知冲突情境导入法：早期科学界普遍认为蛋白质是遗传物质，创设认知矛盾导入探究；  图示分层讲授法：细菌模式图、小鼠转化实验图、体外培养四组实验图分步拆解实验流程；  对照实验分析法：每组实验设置单一变量，横向对比不同大分子转化能力；  辩证归纳教学法：客观梳理实验优势与历史局限，体会科学探究循序渐进；  阶梯问题链驱动法：细菌实验材料优势→S/R 型细菌差异→格里菲斯小鼠实验推论→艾弗里体外对照实验→实验局限层层递进设问。 六、教学资源 教材配套图文素材：肺炎链球菌模式图及透射电镜照片、格里菲斯肺炎链球菌实验示意图、格里菲斯转化实验示意图、艾弗里肺炎链球菌转化实验四组示意图；配套文本：三节积极思维思考题、格里菲斯四组实验文字记录、艾弗里体外分离实验完整文字说明、问题与讨论质疑文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 遗传物质身份争议情境导入，梳理课时主线（5 分钟）  情境导入：在 20 世纪初期，科学家统计蛋白质拥有 20 种氨基酸，排列组合数量极其庞大，而 DNA 仅有四种脱氧核苷酸，因此绝大多数科学家推断蛋白质是生物的遗传物质。但染色体同时含有 DNA 与蛋白质，究竟谁真正携带遗传信息？英国科学家格里菲斯利用肺炎链球菌开展小鼠实验，意外发现细菌转化现象，证明存在某种可转移的转化因子；后续艾弗里分离 S 型细菌各类生物大分子，体外培养对照，锁定转化因子为 DNA，但实验仍存在漏洞。本节课我们先认识肺炎链球菌实验材料，区分 S、R 型细菌；完整分析格里菲斯四组小鼠体内转化实验，推导转化因子存在；再分析艾弗里四组体外分层对照实验，证明 DNA 具备转化能力，同时客观分析该实验无法彻底说服学界的局限，为下一节噬菌体实验铺垫。  出示肺炎链球菌模式图及透射电镜照片 出示教材积极思维两道思考题：  分析 科学家为什么常用细菌作为实验材料？  推理 为什么有的肺炎链球菌可以使人患病，而多数肺炎链球菌并不具有致病性？  在黑板清晰板书本课时四大学习板块：肺炎链球菌实验材料与 S/R 型细菌区分、格里菲斯四组小鼠体内转化实验、艾弗里体外大分子分离对照实验、艾弗里实验优势与历史局限。  回顾染色体组成、蛋白质与 DNA 结构基础旧知识，带着 “细菌为什么适合遗传实验、S 型细菌致病的原因、加热杀死的 S 菌为什么还能转化 R 菌、艾弗里水解酶对照组起到什么作用” 四类疑问进入新课学习。  四人小组观看肺炎链球菌模式图，互相交流导入两道思考题的初步想法，完整记录课时板块框架，预留充足时间用于小鼠实验四组现象对比、艾弗里四组培养实验分组分析、实验局限辩证讨论。 环节二 模块 1 肺炎链球菌实验材料，S 型、R 型细菌对比（10 分钟）  结合肺炎链球菌模式图，逐条讲解细菌适合遗传实验的优势：细菌为单细胞原核生物，细胞结构简单，无复杂细胞器；繁殖速度极快，短时间获得海量子代个体；培养条件简单，液体培养基即可大规模培育；性状变异直观，菌落形态、致病性易于观测。 分层提问：结合 S、R 型细菌结构差异思考，荚膜多糖和细菌致病性存在什么关系？荚膜多糖是否可以改变 R 型细菌的遗传性状？  对比讲解两类肺炎链球菌核心差异： R 型细菌：细胞外无荚膜，培养基菌落表面粗糙，无致病性，注射小鼠小鼠存活； S 型细菌：细胞外包裹多糖荚膜，菌落光滑，荚膜可抵御小鼠免疫细胞清除，具备强致病性，注射小鼠患败血症死亡。 明确区分：荚膜仅为致病保护结构，不属于遗传物质，无法传递给后代细菌。  观看肺炎链球菌模式图，小组逐条复述细菌作为遗传学材料的四大优势，表格整理 S 型、R 型细菌在荚膜、菌落、致病性三方面的差异。  小组讨论分层提问，得出荚膜仅提升细菌致病能力，不能改变细菌遗传特性，排除荚膜是转化因子的猜想。  同桌互相抽查 S/R 型细菌特征，完整记录对比要点，区分致病结构与遗传物质。 环节三 模块 2 格里菲斯四组小鼠体内转化实验，转化因子推论（15 分钟）  出示格里菲斯肺炎链球菌实验示意图 分四组完整讲解实验操作与观测结果： 第一组：注射活 S 型细菌，小鼠患败血症死亡； 第二组：注射活 R 型细菌，小鼠正常存活； 第三组：注射高温加热杀死的 S 型细菌，小鼠正常存活，证明死 S 菌无致病能力； 第四组：混合高温灭活 S 型菌与活 R 型菌，共同注射小鼠，小鼠患病死亡；从小鼠体内分离得到活 S 型细菌，且该 S 菌后代同样具备致病性。 出示本节积极思维思考题：分析 格里菲斯的肺炎链球菌实验能说明什么问题？ 分层思辨提问：第三组单独死 S 菌不致病，第四组混合后出现活 S 菌，说明加热杀死的 S 型细菌中存在什么物质，使 R 型菌发生稳定可遗传的改变？  出示格里菲斯肺炎链球菌转化实验示意图 归纳实验推论：高温仅破坏 S 型细菌细胞结构，没有破坏其中具备遗传活性的 “转化因子”；转化因子进入 R 型活细菌，使 R 型菌获得合成荚膜、致病的全套遗传信息，转化为稳定遗传的 S 型细菌；格里菲斯仅证明转化因子存在，无法确定转化因子是 DNA、蛋白质或是其他物质。  观看两组格里菲斯小鼠实验示意图，小组分四组梳理每组操作、小鼠存活状态、细菌分离结果，重点标记第四组混合后出现活 S 菌的反常现象。  小组回答积极思维思考题，完整概括格里菲斯实验推论：S 型细菌内含有可遗传的转化因子，能使 R 型细菌转化为 S 型细菌，该转化性状可稳定传递给子代细菌。  小组讨论分层思辨提问，排除荚膜、完整活菌细胞两种猜想，确定死 S 菌内存在某种化学分子作为转化因子，为艾弗里体外分离实验铺垫探究方向。 环节四 模块 3 艾弗里体外四组对照实验、课堂小结、分层课后任务（15 分钟）  出示艾弗里肺炎链球菌转化实验四组示意图 分甲乙丙丁四组拆解单一变量对照实验，同步讲解每组处理与培养结果： 甲组：R 型培养基 + S 型细菌提纯 DNA，培养后菌落既有 R 型、也出现 S 型，DNA 可完成转化； 乙组：R 型培养基 + S 型细菌提纯蛋白质，培养后仅存在 R 型菌落，蛋白质无转化作用； 丙组：R 型培养基 + S 型细菌提纯 RNA，培养后仅存在 R 型菌落，RNA 无转化作用； 丁组：R 型培养基 + S 型 DNA+DNA 水解酶，DNA 被分解，培养后只有 R 型菌落，完整 DNA 是转化必需条件。 出示本节两道积极思维思考题：  概括 分别概括上述四组实验的结论。  分析 上述四组实验结果能说明 DNA 是转化因子吗？  总结艾弗里实验核心结论：在 S 型细菌的 DNA、蛋白质、RNA 三类物质中，只有 DNA 能够诱导 R 型细菌转化为 S 型细菌；但丁组 DNA 酶水解实验反向证明，DNA 结构完整才能发挥转化功能。同时客观说明实验局限：当时提纯的 DNA 样品中混有微量蛋白质杂质，无法彻底排除极少量蛋白质发挥转化作用的可能性，学界仍存在质疑，需要全新实验完全分开 DNA 与蛋白质。  课堂分层小结梳理：第一层，细菌实验材料优势，S 型、R 型肺炎链球菌形态与致病差异；第二层，格里菲斯四组小鼠体内实验，推论存在可遗传转化因子；第三层，艾弗里体外四组对照，证明 DNA 是唯一具备转化能力的大分子；第四层，艾弗里实验存在微量蛋白质污染，无法完全证实 DNA 为遗传物质，遗留探究疑问。  分层布置课后巩固任务：基础任务默写格里菲斯四组小鼠实验现象与推论，梳理艾弗里甲乙丙丁四组实验结果；提升任务预习下一节 T2 噬菌体结构、侵染细菌全过程，思考如何完全分开 DNA 与蛋白质；探究任务梳理对照实验单一变量设计思路，举例说明水解酶在实验中的对照作用。  观看艾弗里四组体外培养示意图，小组分组概括甲乙丙丁每组实验独立结论，重点分析丁组 DNA 酶的反向对照意义。  小组合作回答两道积极思维思考题，综合四组实验可初步说明 DNA 是转化因子，但受样品纯度限制，实验证据存在漏洞。  跟随教师四层小结，互相抽查格里菲斯、艾弗里两组实验核心结论、实验局限等知识点，记录课后分层巩固任务。  完整记录三层分层课后巩固任务，小组线上分配预习噬菌体结构分工，整理本节课全套笔记。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托格里菲斯偶然发现细菌转化、艾弗里接续拆分生物大分子、两代科学家数十年接续完善实验证据的科研历程，展现科学探究循序渐进、永无止境的特点；艾弗里主动设计水解酶补充对照，严谨控制单一变量，同时客观直面自身实验的纯度缺陷，不回避实验漏洞，培养学生严谨实证、实事求是、辩证看待实验证据的科学品格；肺炎链球菌转化实验开创核酸遗传研究方向，为现代基因工程、重组疫苗、靶向抗菌药物研发奠定理论根基，体现基础生物实验长期服务生物医药、公共卫生防疫的社会价值。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托肺炎链球菌模式图、格里菲斯小鼠实验图、艾弗里体外培养四组示意图开展授课，大部分学生能记住 S/R 型细菌差异、格里菲斯提出转化因子、艾弗里证明 DNA 具备转化能力，但存在明显短板：学生容易混淆荚膜多糖与转化因子 DNA 的功能，误认为荚膜参与遗传转化；无法逐层拆解格里菲斯四组实验的对照逻辑，说不清第四组混合实验的核心对照意义；分析艾弗里丁组 DNA 酶对照组时，难以理解反向对照的实验设计思路；实验多、图解多，小鼠实验、体外培养实验分析占用较多课堂时长，留给小组实验局限辩证讨论、对照实验思路梳理的交流时间不足，学生自主辩证分析实验证据完整性的科学思维训练不够充分。 2 修改措施 课前发放肺炎链球菌基础预习单，提前铺垫原核生物、荚膜多糖基础概念；课堂压缩两组实验图解理论讲授时长，增加 7 分钟小组四组实验互判、对照实验变量梳理讨论环节；配套 S/R 型细菌区分、转化实验现象判断题当堂巩固；分步动态动画展示 R 型菌摄取 S 型 DNA 完成转化的微观过程，直观呈现 DNA 作为转化因子的底层机制；课前推送格里菲斯、艾弗里实验科普短视频，降低多组对照图解理解难度；预留充足小组思辨交流时间，强化学生依托各类示意图、分层实验数据辩证分析科学实验证据完整度的科学思维训练。 学科网（北京）股份有限公司 $