1、1“核酸是遗传物质的证据”教学设计柴君波（岱山中学 316200）一、设计思路“核酸是遗传物质的证据”是浙科版生物必修 2遗传与进化第三章“遗传的分子基础”第一节的内容。 普通高中生物课程标准对该部分的要求是“总结人类对遗传物质的探索过程” ，按“应用水平”进行教学。着力培养学生理性思维和科学探究能力的教学方式是现阶段生物学科核心素养培育的积极举措。因此，本节课以“自主探究科学发现的过程来学习科学研究的方法”作为主体思路，通过对科学史与课堂探究学习的有效整合，引导学生循着科学家的足迹，亲身体验科学家是如何发现问题、设计实验、合理推理、探求真理的理性思维和科学方法，同时学习科学家的严谨态度和合作
2、精神。二、教学分析1内容分析：“核酸是遗传物质的证据”这节内容是从分子层面上认识遗传物质的本质，将为学习 DNA 的复制、遗传信息的表达和基因突变等知识打下基础。本节主要讲述了证明核酸是生物遗传物质的三个经典实验以及具体的研究思路和过程，同时教材中又隐性地蕴含着丰富的生物科学史资料，是用以开展课堂探究学习和培养生物科学素养的极好素材。2学情分析：学生已经具备了细胞增殖和受精作用等细胞学基础，掌握了染色体、蛋白质与 DNA 的化学组成等相关知识，这为新知识的学习奠定了认知基础。高中生的思维目的性、连续性和逻辑性，已初步建立但仍有待完善，尤其在独立自主探究能力上存在显著的个体差异。因此，教师课前要
3、做好小组的分配，促进组内合作交流；教学中要创设有效的问题情境，引导激活学生的思维。三、教学目标及重、难点1知识目标：（1）总结“核酸是遗传物质”的探索过程；（2）分析肺炎双球菌转化实验和噬菌体侵染细菌实验的原理、过程和结论；（3）理解 DNA 是主要的遗传物质。2能力目标：（1）通过分析图文资料、汇报学习成果等，培养学生识图、信息处理和语言表达能力；（2）领悟科学研究的过程和方法，培养学生自主探究能力，提升科学素养。3情感态度及价值观：（1）感悟实验的严密和优美，体会科学家解决问题的思维方式；（2）学习科学家的严谨态度和合作精神；（3）认同获得科学结论的基本方法是实验验证。4教学重点：（1）肺
4、炎双球菌转化实验的原理、过程和结论；（2）噬菌体侵染细菌实验的原理、过程和结论；（3）证明核酸是遗传物质的实验的关键设计思路。5教学难点：（1）如何有效整合科学史与课堂探究学习，将实验的原理和过程纳入有效探究的轨道；（2）如何激活学生思维，生成精彩观点，推动课堂教学。2四、教学策略本节课采用“设疑导入引导探究归纳总结拓展延伸”的教学程序，融合讲述法、讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，辅以 CAI 课件，引导角色分工的学生，模拟科学探索过程，进行观察、分析、讨论、归纳和总结。五、课前准备1搜集相关史料，提炼科学史与课堂探究学习的整合点；2制作 CAI 课件，编印史料文字。六、教学过程教学内容
5、 教师组织和引导 学生活动 设计意图课前【课件呈现】请同学们按组分为 4 个学习小组：格里菲思小组、艾弗里小组、赫尔希和蔡斯小组、诺贝尔奖评委会小组。学生自行分组，明确角色。营造分工合作氛围，体现主体地位。创设情境导入课题【课件呈现】在瑞典王室乐曲国王之歌中，展示遗传学领域诺贝尔奖的获得者的图片和研究成果，适时呈现艾弗里照片和文字：诺贝尔奖评选委员会惋惜地承认“艾弗里于 1944 年关于DNA 携带遗传信息的发现代表了遗传学领域中一个最重要的成就，他没能得到诺贝尔奖是很 遗憾的” 。【课件呈现】史料一：在 20 世纪 20 年代发现，与遗传密切相关的染色体主要有蛋白质和 DNA 组成。但是，当
6、时大部分科学家认为蛋白质是生物的遗传物质。因为蛋白质具有多种多样的结构，在氨基酸多种多样的排列顺序中，可能蕴含着遗传信息。到 50年代中后期，当遗传界普遍认可 DNA 携带遗传信息这个观点时，年迈的艾弗里溘然长逝。【设问引入】究竟艾弗里是如何得出“DNA 是遗传物质”的结论的呢？当时为什么没授予他诺贝尔奖？ 关注，充满好奇和疑惑疑惑、思考 有效引起学生的知觉注意，诱发好奇心。引出教学主题，激发学生求知欲望，驱动学习内在动机。过渡接下来，就让我们循着他的足迹，共同去发现、探索和研究艾弗里实验的前前后后发生的大事件。一、肺炎双球菌转化实验（活体细菌转化实验）【指导阅读】指导学生阅读教材 P50 和
7、补充资料中关于肺炎双球菌两种类型的比较及格里菲思实验的基本过程。【任务驱动一】认真阅读教材和相关资料，思考归纳【任务驱动一】的相关要求。通过分析图文资料，培养学生的识图和语言表达能力。3（1）由格里菲思小组的学生从肺炎双球菌的菌体、菌落和毒性三个方面比较 R 型和 S 型细菌。（2）汇报格里菲思的四组实验。格里菲思小组思考，讨论，组织语言，汇报交流讨论成果。教学内容 教师组织和引导 学生活动 设计意图一、肺炎双球菌转化实验（活体细菌转化实验）【层层设问】（1）第四组小鼠死亡是因为 R 型活细菌的作用吗？为什么？（2）第四组小鼠死亡是因为死的 S 型细菌的作用吗？为什么？（3）那么，第四组小鼠死
8、亡是什么的作用结果呢？为什么？【过渡设问】不错，格里菲思确实在第四组死亡的小鼠体内分离出了 S 型活细菌。可是第四组实验是将 R型活细菌和死的 S 型细菌混合后注射，并没有 S型活细菌，S 型活细菌从何而来？【评价提示】引领学生归纳出预设答案。【课件呈现】史料二：格里菲思把这种物质称之为“转化因子” 。转化因子具有遗传物质的许多特点，如加热后还是稳定的、可以控制毒性性状、可以遗传等。确定转化因子的化学本质对确定什么是遗传物质具有重要的意义。【过渡设问】（1）格里菲思能确定转化因子的化学本质吗？为什么？（2）艾弗里也想到了同样的问题，那么该如何设思考后回答：（1）不是，因为第二组小鼠注射了 R
9、型活细菌，未死亡。（2）不是，因为第三组小鼠注射了死的 S型细菌，未死亡。（3）根据第一组对照，可能是 S 型活细菌使小鼠死亡。在教师引导下，交流讨论得出结论：生 1：可能是死的 S型细菌活过来了。生 2：可能是 R 型活细菌转化为 S 型活细菌。提示后，思考得出预设答案：生 3：被加热杀死的的S 型细菌中，可能含有某种物质，可将无毒性的 R 型活细菌转化为有毒性的 S 型活细菌。思考后回答：不能。因为死的 S 型细菌中含有多种物质，无法确定哪种物质是转化因子。培养学生观察分析和信息处理归纳能力。打破传统教学中教师对知识的单向传递，发挥学生的主观能动性，实现师生生生互动交流评价，从而完成知识建
10、构。明确格里菲思实验的结论是存在转化因子，但是什么未确定。第一次引导得出核酸4计实验才能确定转化因子是什么呢？思考、分析后回答：将各种物质分离开，单独观察它们的作用。是遗传物质实验的关键设计思路。评价过渡 这个设计思路非常好。那么，艾弗里采用的是不是这个思路呢？教学内容 教师组织和引导 学生活动 设计意图一、肺炎双球菌转化实验（离体细菌转化实验）【课件呈现】艾弗里的实验方案和实验结果：（1）加入 S 型菌的蛋白质， R 型菌不能转化；（2）加入 S 型菌的荚膜多糖， R 型菌也不能转化；（3）加入 S 型菌的 DNA，R 型菌转化为 S型细菌，且 DNA 的纯度越高，转化越有效。【任务驱动二】
11、（1）由艾弗里小组的学生说明一下，该实验的巧妙之处，蕴含了哪些实验设计原则？（2）可以得出什么结论。【课件呈现】史料三：1944 年，艾弗里提出了不同于当时大多数科学家观点的结论：DNA 是使 R 型细菌产生稳定变化的物质，即 DNA 是转化因子，它是肺炎双球菌的遗传物质。艾弗里也因此获得了 1946 年诺贝尔奖的提名。【过渡设问】在科学研究中，严谨是至关重要的。假如你是诺贝尔奖评委会成员，你认为艾弗里的实验有什么不够严谨的地方？分析讨论后展示学习成果：（1）将 S 型菌的物质分开，逐一观察各自的作用；控制变量原则、对照原则。（2）结论：DNA 是转化因子，即遗传物质。讨论汇报：艾弗里的实验中
12、提到DNA 的纯度越高，转化越有效。可知，当年他提取到的并不是 100%的 DNA，自然让人认为亲身体验科学研究的思路和方法。回顾实验设计相关旧知。明确艾弗里实验的结论是转化因子是 DNA。发挥学生的主观能动性，5【任务驱动三】由诺贝尔奖评委会小组讨论评价。【提示】从呈现的实验内容入手【课件呈现】史料四：1946 年，诺贝尔奖初审评委哈马斯登作出简短的评价，提纯的 DNA 是被蛋白质污染的，蛋白质才是转化因子。【过渡】面对这一质疑，艾弗里对自己的实验方案进行了认真分析，有 DNA 时转化发生了，但 DNA 中毕竟含有杂质蛋白。因此，必须还要设计实验证明无 DNA 时转化一定不会发生。【课件呈现
13、】1946 年，艾弗里又设计了一个对照组：加入 S 型菌的 DNA 和 DNA 酶， R 型菌不能转化。【设问】（1）在这组实验中，还有 DNA 存在吗？（2）杂质蛋白是否仍然存在？为什么？（3）得出什么结论？可能是其他物质使转化发生。思考后回答：（1）不存在，被 DNA酶水解。（2）酶具有专一性，杂质蛋白依然存在。（3）DNA 确实是真正的转化因子。引导学生主动地去寻找认知冲突，生成新问题。学习科学家严谨的态度，体验科学探索的艰辛，养成科学态度。教学内容 教师组织和引导 学生活动 设计意图一、肺炎双球菌转化实验（离体细菌转化实验）【归纳】艾弗里向世人展示了一个科学家面对质疑的勇气和严谨的科学
14、态度。1954 年，哈马斯登承认 DNA 就是转化因子。然而，艾弗里无缘诺贝尔奖，成为 20 世纪科学史上的一大憾事。情绪感染，惋惜过渡当时还有一种声音：肺炎双球菌结构较复杂，DNA 可能只是荚膜形成过程中的必需物质，而非遗传物质。因此亟需一种结构更简单的生物材料来研究遗传物质，噬菌体就这样进入了科学家的视野。二、噬菌体侵染细菌实验【课件呈现】T2 噬菌体的结构模式图介绍噬菌体结构、元素组成和生活特性。【层层设问】（1）如何设计实验来确定噬菌体的遗传物质是 DNA 还是蛋白质呢？（2）可用什么方法区分 DNA 和蛋白质？【提示】观察 DNA 和蛋白质的元素组成（3）如何用放射性的 35S 和
15、32P 分别标记噬关注、学习思考讨论后回答：（1）将 DNA 和蛋白质分离，单独观察它们的作用。（2）放射性同位素标记法。（3）不能。噬菌体营寄生生活。可以先用分别含有放射让学生认识到一个正确的结论可以通过不同的途径获得。再次强调核酸是遗传物质实验的关键设计思路。认同科学的发展离不开技术的支持。6菌体的蛋白质和 DNA？是否可以在分别含有放射性同位素 35S 和 32P 的培养基中培养噬菌体？【过渡】赫尔希和蔡斯就是通过这样的方法获得了 35S 标记蛋白质的噬菌体和 32P 标记 DNA的噬菌体，并进行了实验。【课件呈现】赫尔希和蔡斯的实验过程和实验结果。（1） 35S 标记的一组，放射性主要
16、分布在上清液中；（2） 32P 标记的一组，放射性主要分布在沉淀中。（3）细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到 32P 标记的 DNA，但不能检测到 35S 标记的蛋白质。这些结果说明了什么？【演示噬菌体侵染细菌的动态变化】性同位素 35S 和 32P 的培养基中培养大肠杆菌，再用标记后的大肠杆菌培养噬菌体。思考分析后得出结论：（1）噬菌体的 DNA 进入了大肠杆菌，而蛋白质没有进入；（2）DNA 是遗传物质。观察课件的演示过程，进一步明确在噬菌体侵染细菌的过程中，DNA 进入了细菌细胞内，而蛋白质外壳停留在细胞外。培养学生分析推理能力。明确实验结论是DNA 是遗传物质。验证学生的推理，让学生
17、掌握噬菌体侵染细菌的步骤。教学内容 教师组织和引导 学生活动 设计意图二、噬菌体侵染细菌实验【过渡】在科学研究中，严谨是至关重要的。假如你是诺贝尔奖评委会成员，你对该实验是否有质疑？【任务驱动四】由诺贝尔奖评委会小组与赫尔希和蔡斯小组双方控辩。【提示】诺贝尔奖评委会小组可从放射性的分布出发；赫尔希和蔡斯小组围绕 P49 中实验的细节（如搅拌）以及动态变化过程中吸附等方面入手反驳。【小结】赫尔希因为噬菌体的实验研究获得了1969 年的诺贝尔奖。双方在老师的提示引导下，你来我往展开激烈讨论，最终得出放射性如此分布的正确原因。培养学生质疑精神。引导学生主动去发现问题和解决问题，发挥主观能动性，实现师
18、生和生生间的多边互动。小结并过渡就这样，从 19 世纪中期，孟德尔提出遗传因子，到 1952 年，赫尔希和蔡斯证明 DNA 是遗传物质，整整经历了一个世纪。正是因为科学家对真理的不懈追求，人们才认识到 DNA 是遗传物质。然而，探索之路并无止境，所有生物的遗传物质都是 DNA 吗？ 7三、烟草花叶病毒的感染和重建实验【课件呈现】烟草花叶病毒的相关知识。【设问】（1）人们发现烟草花叶病毒等没有 DNA，只有 RNA 和蛋白质，那它以什么作为遗传物质的呢？（2）如何设计实验探究烟草花叶病毒的遗传物质？【小结】结合 P51 的图 33 的烟草花叶病毒的感染和重建实验，师生得出结论：RNA 病毒的遗传
19、物质是 RNA。【拓展延伸】史料五：1997 年美国科学家 Prusiner 发现了一种新型生物朊病毒，是一组至今没有查到任何核酸的蛋白质颗粒，它是导致疯牛病和人的克-雅氏病的病原体。你能推测该病毒的遗传物质是什么吗？学生参照上述实验进行讨论，设计实验方案，后汇报交流。学生思考讨论：认识到对遗传物质的探究是不断深化和发展的。灵活运用上述实验的关键设计思路，培养学生的探究能力、设计实验能力和创新意识。进一步明确某些病毒的遗传物质是RNA。形成新的认知冲突，激发学生新的探究欲望。课堂总结核酸是一切生物的遗传物质；具有细胞结构的生物和大多数病毒的遗传物质是 DNA，少数 RNA病毒的遗传物质是 RN
20、A，所以说，DNA 是主要的遗传物质。知识运用（1）请学生思考并回答教材(P53)中课后习题；（2）结合上述实验，分析作为遗传物质应具备哪些特点；（3）阅读教材(P48)小资料。七、板书设计核酸是遗传物质的证据科学实验 科学家 设计思路 科学方法 实验结论活体肺炎双球菌转化实验 格里菲思S 型菌中有转化因子，将 R 型细菌转化为 S 型细菌。离体肺炎双球菌转化实验 艾弗里 分组对照 转化因子是 DNA，DNA 是遗传物质噬菌体侵染细菌试验赫尔希蔡 斯将 DNA 和蛋白质分开，单独观察各自作用 放射性同位 素标记法 DNA 是遗传物质，蛋白质不是遗传物质烟草花叶病毒的感染和重建实验将 RNA 和蛋白质分开，单独观察各自的作用RNA 是某些病毒的遗传物质总结论：核酸是一切生物的遗传物质；DNA 是主要的遗传物质。八、教后反思 以往教学中，教师常采用先介绍相关实验过程，再设置相应问题串来加深学生对实验的理解，虽能突破教学重难点，但课堂气氛沉闷，学生主体地位难以体现。本节课，教师将科学史和课堂探究有机地融合在一起，通过创设出自主合作的学习情景和平等融洽的人际环境，引导学生从科学史中发现问题、提出问题，学生不再是被动地接受知识，而是沿着科学家的探索历程，在观察、质疑和思考中愉悦地学习。
