基于“科学探究”核心素养的教学设计《DNA是主要的遗传物质》

基于“科学探究”核心素养的教学设计

——《DNA是主要的遗传物质》

邵武一中 吴英华

一、教学设计理念

苏霍姆林斯基说过：“人的心灵深处有一种根深蒂固的需要，就是希望自己是一个发现者、研究者、探究者”。 本课内容引导学生体会科学家的工作方式和研究方式，深入理解生物学原理，感悟科学研究的基本过程与方法，促使学生领悟科学观念，培养科学探究精神。本课内容教学设计流程如下： DNA和蛋白质谁才是真正的遗传物质？ 创设问题情境，引出课题 DNA是遗传物质的证据：肺炎双球菌实验 探究过程→分析实验结果→得出结论→提出质疑→引入 下一个实验

DNA是遗传物质的直接证据：噬菌体侵染细菌实验 探究过程→分析结果→得出结论 提出质疑（DNA是一切生物的遗传物质吗）→引入下一个实验

烟草花叶病毒转化实验 分析实验结果→得出结论

DNA是主要的遗传物质

本课采用问题引导呈探究过程→分析实验结果→得出结论→提出质疑→引入下一个实验”的教学程序，使各个实验一环扣一环，认识到科学实验在一步一步地完善，最后才得出最具说服力的结论，并体会到科学研究的严谨性。 二、教材分析：

《DNA是主要的遗传物质》是人教版普通高中课程标准实验教科书生物必修二第三章第一节内容。是继前两章学习了“遗传因子的发现”和“基因和染色体的关系”后，对有关细胞学基础(有丝分裂、减数分裂和受精作用)、染色体在前后代遗传中所起的联系作用、染色体的主要成分是DNA和蛋白质等知识有了一定的理解后来学习的。《DNA是主要的遗传物质》主要讲述了DNA是遗传物质的直接证据“肺炎双球菌转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”，体现了科学家在进行科学探究的一般思维过程，从早期对于遗传物质的推测，到中期通过肺炎双球菌转化实验的探索，到后期噬菌体侵染细菌实验的验证，整个过程体现了科学探究的严谨的思维历程，与前面第一章和第二章所学的科学研究方法假说演绎法与类比推理法遥相呼应，是进行科学研究方法渗透的典型教学案例。本节课的教学内容涉及的实验，无法在现有的实验室条件完成，所以采用了引导探究式的教学方法，通过创设自主合作的学习情景、平

等融洽的人际环境，激发学生的学习积极性，学生积极主动地走进科学家的探究历程，在观察和思考中，愉快地学习，处于主体地位。本节内容既对前两章的基因的有关知识作本质性的阐述，也下启后三节关于DNA分子的结构、复制和遗传效应等，具有承上启下的作用。 三、教学目标 1．知识目标

（1）了解“DNA是遗传物质”的科学探索过程。 （2）分析证明DNA是遗传物质的实验设计思路。

（3）了解“同位素标记法”在噬菌体侵染细菌的实验中的运用。 （4) 了解DNA是主要的遗传物质的原因。 2．能力目标

（1）通过图文转换，提高信息处理能力。

（2）以噬菌体侵染细菌的实验为例说明DNA是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维的能力。

3．情感态度与价值观

（1）感悟科学研究实验不断完善、科学发现的曲折过程。

（2）认同科学与技术的关系，二者相互促进，相辅相成。遗传、变异是生命最重要的特征，且遗传的物质主要是DNA，也有RNA，这就从遗传和变异的角度，强调了生命的物质性，有利于辩证唯物主义世界观的树立。 四、教学重点、难点 重点：

1、肺炎双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。 教学难点：

1.如何理解DNA是主要的遗传物质，RNA也是遗传物质。

2.探究科学发现过程来学习科学研究方法。 五、教学策略 教师教法：

根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿，本节课采用“引导探究”教学模式，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程，进行分析、讨论、归纳和总结。 学生学法：

1、认真思考总结每个实验得出什么结论，从而确立科学严密性的观念。 2、通过分组讨论实验过程，用语言描述实验结果，结论。 六、教学过程

【创设情境，导入新课】课件演示遗传现象。设问:亲子代间相似的性状由什么传递？通过之前对孟德尔规律的学习以及细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，我们已经知道生物的遗传和变异与细胞中的染色体有关，这些使人们认识到染色体在生物的传种接代中具有重要作用。现在我们都知道染色体的主要成分是蛋白质和DNA。但是这两种物质中，究竟哪一种才是遗传物质呢？这个问题困扰着我们，也曾经困扰这众多的科学家很长时间。今天我们就来弄清楚究竟DNA是遗传物质还是蛋白质是遗传物质。 一、 对遗传物质的早期推测

请大家阅读课本42-43页，自主完成以下问题

1、20世纪20年代多数科学家认为 是生物体的遗传物质 2、20世纪30年代对DNA的认识

（1）生物大分子：由许多 聚合而成。 （2）基本组成单位-----脱氧核苷酸

a、化学组成 、 和 三部分

b、种类： 种，差别在于 的不同

讲述：限于当时的认识水平，认为蛋白质是遗传物质的观点处于主导地位。原因是人们对DNA的了解很少，而且构成DNA的脱氧核苷酸只有四种，把它和生物多样性很难联系在一起，反而构成蛋白质的氨基酸种类较多，和生物的多样性联系在一起看似容易理解。所以，大家以为蛋白质遗传物质也就不足为奇了。其实，从这个事实中我们也可以看出，科学的发展过程就是一个不断纠正错误的过程。

科学家是如何认识DNA是遗传物质的呢，让我们重温科学家对遗传物质的认识过程吧。1928年，格里菲斯肺炎双球菌的转化实验和艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验 二、肺炎双球菌转化实验

【自主学习，合作探究】细菌做实验寻找遗传物质，请大家阅读书本43页，看看格里菲思怎样做实验的。

请学生阅读关于肺炎双球菌的知识。认识R型细菌和S型细菌。 1.讲述两种菌落的比较；

类型 R型菌落 S型菌落 菌落 粗糙 光滑 荚膜 无荚膜 有荚膜 毒性 无毒 有毒 PPT演示格里菲思肺炎双球菌转化实验过程的四个阶段，同时完成四个阶段的文字总结。

师问：阅读课文第43页实验图，思考：

①哪些组可以作为对照实验？其单一变量是什么？ ②通过实验对比可以得出什么结论？ 教师引导学生共同得出结论：

①第一、二组起对照作用，证明R型细菌和S型细菌的作用，同时可排除使小鼠死亡的其他原因。

②第一、二组说明了R型细菌不具有致死性，S型细菌具有致死性；第二、三组说明了死亡的S型细菌不具有致死性；第三、四组说明了R型活细菌与S型死细菌混合培养后产生了S型活细菌，并且这种转化的性状可以遗传。

③该实验不能证明DNA是遗传物质。其结论是S型细菌中有一种转化因子能使R型活细菌转化为S型活细菌。

讲述：格里菲思的结论：已加热杀死的S型细菌中必然含有某种促成这一转化的活性物质。这种转化因子是什么？格里菲思没有找到。

提问：如果请你设计一个实验来确定转化因子是什么，你觉得关键的设计思路是什么？ （学生回答：设法将DNA与蛋自质分开，单独，直接地观察DNA的作用。从活的S型细菌中分离，提取出各种成分，分别与R型细菌混合培养，观察其后代是否有S型细菌出现） 课件展示： 1944年，美国科学家艾弗里和它的同事，把S型细菌的组成物质全部分离，并分别与R型细菌混合培养，得出如下结果：

S型细菌

多糖 脂类 蛋白质 RNA DNA DNA的水解产物 分别与R型细菌混合培养

R型 R型 R型 R型 R型

R型 S型

R型 S型 （1）第3步你得出什么结论？

只有完整的DNA才能进行转化。脱氧核苷酸没有转化作用。 (2)艾弗里及其同事的实验结论是什么？

转化因子是DNA。

讲述：通过艾弗里实验的思考，可准确地得出“转化因子”是S型细菌的DNA的结论。证明了DNA能自我复制，具有连续性；能指导蛋白质的合成。结论：DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。DNA是遗传物质，蛋白质不是。因为艾弗里的实验提取的DNA夹杂有少量蛋白质，所以有人对实验结论仍有怀疑，让我们看看DNA是遗传物质的另一个证明实验：噬菌体侵染细菌的实验。（44——45页） （引入噬菌体侵染细菌的实验 ） 三、噬菌体侵染细菌实验

1、实验材料的选择【自主学习】

阅读课本P44最后一段，根据图3-4，填空。

1.选择T2噬菌体的原因：结构简单，只

含 和 。

2.生活方式：T2噬菌体是一种专门 在大肠杆菌体内的病毒。 3.增殖特点：在 的作用下，利用大肠杆菌体内的原料来合成子代噬菌体。当噬菌体增殖到一定数量，大肠杆菌裂解释放出大量的噬菌体。 4.选择T2噬菌体的另一个原因：在侵染过程中，自然地就把DNA和 分开了。 （课件展示噬菌体侵染细菌的大体过程）

讲述：噬菌体是一种寄生在细菌体内的病毒，它的结构很简单，外壳是蛋白质，头部内是DNA。它侵染细菌后，就会在自身遗传物质的作用下，利用细菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量的增殖。简述噬菌体侵染细菌的过程 。 （吸附——注入——复制、合成——组装——释放）

那么，噬菌体的两种成分中哪一种是遗传物质呢？我们需要设计实验把DNA和蛋白质分开来，1952年赫尔希和蔡斯如何设计了一个巧妙实验将这二者分开。 2、噬菌体的放射性同位素标记 （合作探究，小组内讨论。 ） 【问题1】这个实验用了什么方法？在什么探究中还用过此方法？ 该实验用的是同位素标记法。

【问题2】用35S、32P标记物质的理论基础是什么？能否用14C和18O进行标记？

用35S、32P标记是因为DNA中P的含量多，蛋白质中P的含量少；蛋白质中有S而DNA中没有S。而DNA和蛋白质中均含有C和O两种元素。 【问题3】此实验的设计基本步骤是什么？ a一部分噬菌体只用35S标记蛋白质，另一部分噬菌体只用32P标记DNA。b用被标记的两种噬菌体分别去侵染细菌。c当噬菌体在细菌体内大量增殖时，对被标记物质进行放射性测试）

【问题4】阅读教材，思考如何得到35S和32P分别标记的噬菌体？（结合T2噬菌体的生活方式）

3.【合作探究实验过程：学生观察用语言描述实验过程，观察、分析、讨论问题】

让学生观察分析噬菌体侵染大肠杆菌实验图解，思考回答问题： 【问题1】实验中搅拌的目的是什么？ 使噬菌体蛋白质外壳与细菌分离

【问题2】离心后上清液、沉淀物分别是什么？

上清液是噬菌体蛋白质外壳，沉淀物是细菌及其细胞内的噬菌体。 【问题3】为什么含S噬菌体侵染细菌，沉淀物中还有很低放射性？

由于搅拌不充分，有少量含S的噬菌体吸附在细菌表面，随细菌离心到沉淀物中。

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