2.3遗传信息控制生物的性状（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遗传密码三联体规则、转录过程及密码子表解读，以电报密码类比导入，通过克里克碱基数量推理与突变实验引出三联体，对比核苷酸差异系统讲解转录，结合尼伦伯格体外实验破译密码，为翻译过程搭建学习支架。 特色在于融合科学思维与探究实践，通过数学推理推导三联体编码必要性，分层分析体外多肽合成实验归纳密码子对应关系，依托克里克和尼伦伯格科研史实培养态度责任。采用图文分层讲授与阶梯问题链驱动，帮助学生建立核酸信息流统一生命观念，教师使用可高效突破重难点，提升学生逻辑推理与实证能力。

教学设计 课程名称 遗传信息控制生物的性状（第一课时） 选用教材 高中生物苏教版必修二 教学章节 第二章第三节 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 本节课以电报密码类比导入，依托克里克的碱基数量逻辑推理、插入缺失突变实验引出遗传密码三联体规则；对比脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸结构差异，系统讲解转录全过程，明确 RNA 聚合酶、模板链、碱基配对 U-A 的核心特点；梳理三类 RNA（mRNA、tRNA、rRNA）功能；介绍尼伦伯格体外多肽合成实验完整破译全部遗传密码，展示密码子表，区分起始密码、终止密码、简并性；整条内容遵循 “密码类比猜想→转录过程解析→遗传密码实验破译→密码子表解读” 逻辑，为下一节课翻译过程搭建基础。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已掌握 DNA 双螺旋结构、碱基互补配对原则、DNA 复制过程；知晓 DNA 分布于细胞核，蛋白质合成在细胞质；能区分四种 DNA 碱基，但不清楚 RNA 特有碱基 U，不理解 RNA 单链结构；完全不知道转录的模板、原料、酶，对三联体遗传密码、体外人工合成多肽实验无认知。 2. 能力基础 高一学生具备基础对照实验分析能力，但体外密码破译多组试管实验分层推理能力薄弱；无法自主通过碱基种类数量数学推理得出三联体密码；识图时难以区分转录示意图中 DNA 模板链、新生 mRNA、RNA 聚合酶；归纳密码子简并性、起始终止密码分类的逻辑能力不足，需要教师分步展示克里克人像、核苷酸对比图、转录示意图、密码破译实验流程图，阶梯问题分层引导。 3. 认知基础 学生存在典型认知误区：第一，误以为转录时 DNA 两条链同时作为模板；第二，混淆 DNA-T、RNA-U 配对规则，转录时错写 A-T 配对；第三，认为一个碱基对应一种氨基酸，无法理解三联体必要性；第四，分不清起始密码编码氨基酸、终止密码不编码氨基酸；第五，不理解密码子简并性的生物学意义。 三、教学目标 1. 生命观念（核酸信息流统一观） 细胞核内 DNA 储存的遗传信息通过转录流向 mRNA，mRNA 携带三联体遗传密码进入细胞质指导蛋白质合成，核酸碱基序列是储存、传递遗传信息的载体；转录精准的碱基互补配对保障遗传信息稳定传递，建立DNA-RNA - 蛋白质信息流的统一生命观念。 2. 科学思维 依托克里克人物图、两种核苷酸对比图、转录示意图、尼伦伯格密码破译实验示意图，通过碱基数量数学推理得出三联体密码；分层分析多组体外试管实验现象，归纳密码子与氨基酸对应关系；解读完整密码子表，分类梳理起始、终止、普通密码子，归纳密码子简并性；形成 “类比猜想→数学逻辑推导→分层对照实验验证→图表归纳规律” 完整推理链条。 3. 科学探究 能够依据转录示意图完整描述转录场所、模板、原料、酶、碱基配对、产物；结合尼伦伯格实验流程图，概括体外破译遗传密码的实验操作与结论；独立查阅密码子表，根据 mRNA 碱基序列推导对应氨基酸序列；小组讨论克里克突变实验解决的科学问题，梳理密码破译完整科研脉络。 4. 社会责任 依托克里克、尼伦伯格两代科学家接续攻坚、跨学科推理与体外实验结合破译遗传密码的科研史实，培养学生逻辑推演与实证检验结合的科研思维；遗传密码的破译奠定基因工程、基因诊断、靶向药物研发基础，引导学生认识基础分子遗传实验支撑生物医药产业、遗传病精准诊疗。 四、教学重难点 重点 1. 转录的全过程：场所、模板、原料、RNA 聚合酶、U-A 碱基配对、产物 mRNA； 2. 三种 RNA 的功能，脱氧核苷酸与核糖核苷酸结构差异； 3. 克里克实验证明遗传密码为三联体、无间隔； 4. 尼伦伯格体外多肽合成实验破译遗传密码； 5. 密码子表解读：起始密码 AUG、终止密码 UAA/UAG/UGA，密码子简并性。 难点 1. 数学推理：4 种碱基如何通过三联体编码 20 种氨基酸； 2. 转录示意图识别，区分 DNA 模板链、游离核糖核苷酸、RNA 聚合酶； 3. 解读密码子表，结合 mRNA 序列推导氨基酸，理解简并性意义； 4. 辩证梳理克里克、尼伦伯格两类实验的递进关系，区分两类实验解决的不同科学问题。 五、教学方法 1. 电报密码类比情境导入法； 2. 图文分层讲授法：核苷酸对比图、转录示意图、密码实验流程图分步拆解； 3. 数学逻辑推理法：碱基排列组合推导三联体密码； 4. 对照实验分析法：多组试管体外合成实验横向对比； 5. 阶梯问题链驱动法：密码猜想→转录过程→克里克突变实验→尼伦伯格体外实验→密码子表解读层层设问。 五、教学方法  电报密码类比情境导入法；  图文分层讲授法：核苷酸对比图、转录示意图、密码实验流程图分步拆解；  数学逻辑推理法：碱基排列组合推导三联体密码；  对照实验分析法：多组试管体外合成实验横向对比；  阶梯问题链驱动法：密码猜想→转录过程→克里克突变实验→尼伦伯格体外实验→密码子表解读层层设问。 六、教学资源 教材配套图文素材：克里克人物照片、脱氧核糖核苷酸与尿嘧啶核糖核苷酸对比图、转录示意图、尼伦伯格破译遗传密码实验示意图、尼伦伯格人像、密码子表；配套文本：两节积极思维思考题、密码子基础解读文本。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 电报密码类比导入，梳理课时主线（5 分钟） · 情境导入：谍战电报依靠长短信号组合传递文字，生物体内 DNA 携带的遗传信息也存在一套编码规则，科学家借鉴编码思路破译遗传密码。本节课先分析克里克的突变实验，证明密码由三个相邻碱基组成；对比 DNA 与 RNA 基本单位，完整讲解转录过程；再分析尼伦伯格体外多肽合成实验，完整破译遗传密码，最后学习密码子表，区分起始、终止密码。 · 出示克里克人物照片 · 出示教材积极思维思考题：分析 克里克研究团队引领了遗传密码的破译工作。他们解决了哪些问题，还有哪些问题没有解决？ · 板书本课时四大板块：克里克三联体密码推理与突变实验、RNA 与 DNA 核苷酸差异、转录完整过程、尼伦伯格体外实验与密码子表。  回顾 DNA 结构、碱基配对旧知，带着 “为什么密码必须三个碱基、转录时 DNA 哪条链做模板、RNA 和 DNA 碱基有什么区别、尼伦伯格如何用试管合成多肽” 四类疑问学习。  四人小组观看克里克人像，交流思考题初步想法，记录课时板块，预留充足时间用于转录图解分析、密码实验分组讨论、密码子表实操练习。 环节二 模块 1 克里克实验，三联体遗传密码猜想（10 分钟）  分步讲解克里克两层推理与突变实验： ① 数学推理：4 种碱基，1 个碱基仅 4 种组合、2 个仅 16 种，不足以编码 20 种氨基酸，至少 3 个碱基； ② 插入 / 缺失单、双、三个核苷酸突变实验：仅增减三个相邻碱基时，后续基因阅读框不受破坏，证明密码无间隔、三联体编码。 分层提问：如果在 DNA 中插入两个核苷酸，为什么整条基因后续氨基酸序列全部错乱？  总结克里克解决的问题：确定遗传密码由三个相邻碱基构成、密码之间无间隔；未解决：三联体碱基与 20 种氨基酸的一一对应关系。  小组计算碱基组合数量，自主推导三联体密码必要性；结合突变逻辑，分析增减 1/2 个碱基破坏阅读框的原理。  小组回答积极思维思考题，区分克里克实验的成果与遗留待解问题。 环节三 模块 2 RNA 结构差异、转录全过程（15 分钟） · 出示脱氧核糖核苷酸与尿嘧啶核糖核苷酸分子结构模式图 · 对比讲解：DNA 五碳糖为脱氧核糖、碱基 T；RNA 五碳糖为核糖、碱基 U；RNA 为单链分子。细胞三类 RNA：mRNA 携带遗传密码、tRNA 转运氨基酸、rRNA 构成核糖体。 · 出示转录示意图 · 完整拆解转录： 1. 场所：细胞核；模板：DNA 一条单链（模板链）；原料：四种游离核糖核苷酸；酶：RNA 聚合酶；配对规则：DNA-A 配 RNA-U，DNA-T 配 RNA-A；产物：mRNA，通过核孔进入细胞质。 2. 分层思辨提问：转录只以 DNA 一条链为模板，若两条链同时转录会造成什么后果？  观看两种核苷酸对比图，表格整理 DNA 与核糖核苷酸的五碳糖、碱基差异；手绘转录示意图，标注模板链、RNA 聚合酶、新生 mRNA、碱基配对。  小组讨论思辨提问，得出双链同时转录会生成两条互补 RNA，相互干扰，无法稳定翻译。 环节四 模块 3 尼伦伯格体外实验、密码子表、课堂小结、分层任务（15 分钟）  出示破译遗传密码的实验示意图 讲解尼伦伯格实验流程： 试管内置 ATP、氨基酸、酶、核糖体，加入人工多聚 U（UUUU…），仅苯丙氨酸试管生成多肽，证明 UUU 编码苯丙氨酸；后续更换多聚 RNA 序列，逐一破译全部 64 种密码子。 出示本节积极思维两道思考题：  概括 根据上述实验过程，概括实验结论。  推理 用 AUCAUCAUCAUC 代替多聚 U，会产生什么样的多肽？  出示尼伦伯格人像、密码子表 解读密码子：64 个密码子，61 个编码氨基酸；AUG 唯一起始密码，编码甲硫氨酸；UAA/UAG/UGA 终止密码，不编码氨基酸；一种氨基酸对应多种密码子为简并性。  四层小结：克里克证明三联体无间隔密码；RNA 含 U、单链，分 mRNA/tRNA/rRNA；转录细胞核内以 DNA 单链为模板合成 mRNA；尼伦伯格体外试管实验破译全部密码，密码子区分起始、终止。  分层课后任务：基础任务默写转录场所、模板、配对规则；提升任务根据给定 mRNA 序列查表写出氨基酸；探究任务整理克里克与尼伦伯格实验的递进关系。  观看体外合成实验流程图，小组梳理试管分层对照逻辑，回答两道思考题，推导重复 AUC 序列交替异亮氨酸、丝氨酸多肽。  实操练习密码子表，分组完成碱基 - 氨基酸换算，总结简并性特点。  跟随教师四层小结，互相抽查转录、遗传密码核心知识点，记录分层任务。 八、板书设计 九、课程思政 克里克依托数学逻辑推理先锁定密码基本形式，尼伦伯格创新体外无细胞试管体系完成实证，两代科学家理论推演与实验创新结合完成重大突破，培养学生逻辑推导、大胆创新、严谨实证的科学品格；遗传密码统一适用于全部生物，体现生物界同源性，引导学生认同生物进化统一观；密码破译支撑基因检测、遗传病精准治疗，体现基础科研服务民生健康的价值。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托克里克人像、核苷酸对比图、转录示意图、体外密码实验图开展授课，多数学生掌握转录基本过程、三联体密码，但短板突出：学生难以自主完成碱基组合数学推理；识图时分不清转录模板链与编码链；查表练习不熟练，容易混淆起始、终止密码；克里克理论推理、尼伦伯格多组试管实验内容量大，留给小组密码序列推理、查表实操的时间不足，科学推理训练不充分。 2 修改措施 课前发放 DNA/RNA 对比预习单，铺垫五碳糖、碱基基础；课堂压缩理论文字讲授，增加 7 分钟小组碱基排列计算、密码查表实操；配套转录配对、密码换算当堂练习题；分步动画演示转录全过程、体外多肽合成分层现象；课前推送遗传密码破译科普短视频，降低多组实验图解理解难度；预留充足小组思辨时间，强化学生依托图示、定量实验推导遗传编码规律的思维训练。 学科网（北京）股份有限公司 $