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1、核酸是遗传物质的证据教学设计一、学习任务分析核酸是遗传物质的证据选自浙科版高中生物必修2 遗传与进化中第3章第1节。本节内容既是必修1中染色体是遗传物质的载体、前两章中孟德尔提出的遗传因子和遗传的染色体学说内容的延续和深入，也为后面学习DNA复制、转录等内容做了知识铺垫，因此本节内容在教材编排上起着承上启下的重要作用。本节首先是以“问题探讨”的形式呈现了曾经在科学界争议了很长的问题：“ DNA 和蛋白质究竟谁是遗传物质？” 目的在于引导学生思考如何对这一问题进行研究，激发学生的探索欲望，在此基础之上教材详细讲述了DNA是遗传物质的直接证据“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”,引导
2、学生重温科学家的探究历程，领悟科学的过程和方法，最终得出科学的结论。二、学习者分析本节课内容面对的是高二的学生，他们通过初中科学和前面两章的学习，已经具备了染色体的化学组成、蛋白质与核酸的元素组成、同位素标记技术在生物科学研究中的应用等相关知识，这为本节内容的学习奠定了认知基础。但是学生对科学家是如何证明DNA是遗传物质的探究过程并不清楚。另外，高中的学生通过必修1的学习，对探究性学习有了一定的熟悉，相关能力得到了一定的培养，观察、实验能力已初步形成，这为本节课进行探究性学习建立了有效的能力保证。但是遗传物质的本质属于微观分子世界，学生缺少直观的体验。而且，本节课的教学内容涉及的实验，在现有的
3、实验室条件下是不可能完成的，这需要学生具备较强的的逻辑思维能力和归纳分析能力。因此，教学中要循序渐进，尽量联系学生已有的基础知识，一步步引领学生认识为什么DNA是遗传物质，为什么DNA是主要的遗传物质。三、教学目标（一）知识目标通过肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验的一系列探究，理解DNA是主要的遗传物质。（二）能力目标 1. 通过肺炎双球菌的转化实验，能够证明DNA是遗传物质的最关键的实验设计思路，训练科学的逻辑思维的能力，体验科学探究的基本方法。2. 用“同位素标记法”来研究噬菌体浸染细菌的实验，说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练由特殊到一般的科学归纳的思维能力。（三）
4、情感态度与价值观目标通过模拟科学发现的过程，培养实事求是的科学态度和不断探究的精神，进一步激发学生唯物辩证观的树立。四、教学重难点（一）教学重点1. 噬菌体侵染细菌的实验分析。2. 肺炎双球菌转化实验的原理和过程的分析。3. DNA是主要的遗传物质。（二）教学难点1. 活动：资料分析噬菌体侵染细菌的实验。2. 肺炎双球菌转化实验原理和过程的分析。五、教学方法 讨论、探究。六、教学准备 多媒体课件。七、教学过程 （一）创设情境，设疑导入幻灯片展示林志颖、张亮、田亮以及他们孩子的照片，并向学生说明“遗传现象”指生物亲代与子代之间的相似现象。然后提出问题：那么，生物体为什么会表现出遗传现象？教师引导
5、：哲学上有这样一个论断，认为世界是物质的，任何事情的发生，都有其物质基础，同样，生物体之所以会表现出遗传现象，是因为生物体内存在遗传物质。那么，生物体内的遗传物质是什么呢？（19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由遗传因子控制，20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明了：基因位于染色体上，20世纪中叶，科学家发现：染色体主要有蛋白质和DNA组成，那么遗传物质是蛋白质还是DNA呢？）（二）逐步引导，深入探究现在大家都认为遗传物质是DNA，但这一结论是由科学家们经过长期的质疑与探索才得到的。1. 对遗传物质的早期推测20世纪20年代，人们已经认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的生物大分子。
6、各种氨基酸可以按照不同的方式排列，形成不同的蛋白质。这就使人们很自然地想到，氨基酸多种多样的排列顺序，可能蕴含着遗传信息。因此，当时大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质。那么，科学家是如何认识DNA是遗传物质的呢，让我们一起重温科学家对遗传物质的认识过程吧。2. 肺炎双球菌的转化实验（1）格里菲思的实验讲述并投影两种菌落的比较；菌落荚膜毒性R型菌落粗糙无荚膜无毒S型菌落光滑有荚膜有毒多媒体课件展示格里菲思的肺炎双球菌转化实验（4组，见教材43页）。提问：分析第一、二组说明什么？第二、三组说明什么？（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
7、具有致死性。）第四组实验中，从死亡小鼠体内分离出的S型活细菌从何而来？（R型活菌 + S型死菌 转化 S型活菌）为什么无毒的R型活菌可以转化成有毒的S型活菌呢？（R型活细菌 S型活细菌）杀死的S型细菌中的“转化因子” 转化而来的S型活菌的后代也是有毒性的S型细菌又说明了什么？（转化而来的性状可以遗传）过渡并设疑：格里菲思当时通过这个实验，他就得出“已经被加热杀死的S型细菌中，必然含有某种促成这一转化的活性物质（转化因子）结论”。那么这种转化因子究竟是什么物质呢？S菌的化学成分很多，要找到转化因子，最关键的思路是什么？如果让你来设计实验来进一步探究“转化因子”是什么物质，你将如何设计实验？ （提
8、示：设计思路，设法把DNA与蛋白质等其他物质分开，单独研究他们各自的作用。）（2）艾弗里及其同事的实验实验材料：选用肺炎双球菌。假设：DNA是遗传物质。实验操作：将S型细菌中的多糖、 蛋白质、脂类和DNA等提取出来，分别与R 型细菌进行混合。（多媒体课件演示实验过程）预期结果：只有DNA与R型细菌进行混合，才能使R型细菌转化成S型细菌。实验结果：与预期结果吻合。分析结论：DNA是遗传物质。艾弗里和他的同事的结论：DNA是转化因子，是使R型细菌产生稳定遗传变化的物质。即DNA是遗传物质；蛋白质等物质不是遗传物质。3. 噬菌体侵染细菌的实验艾弗里的实验证明了DNA才是使R型细菌产生稳定遗传变化的物
9、质，说明DNA才是遗传物质。但是艾弗里转化实验所提取的DNA纯度最高时，还含有少量的蛋白质（至少含0.02%）。那么，有没有更好的材料，可以不用经过人工提纯DNA，就能单独地去观察DNA或蛋白质的作用呢？（1）介绍T2噬菌体的结构和成分。（强调其成分简单）噬菌体是一种寄生在细菌体内的病毒，它的外壳是蛋白质，头部内含有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。（2）寻找实验的方法同位素标记法。提出问题：实验中为什么用35S和32P作标记？讲述获取35S 或 32P 标记的噬菌体的方法：先用含35SO42-的培养基培养大肠杆菌，再用噬
10、菌体去感染这种大肠杆菌，从而获得蛋白质被35S标记的噬菌体；先用含32PO43-的培养基培养大肠杆菌，再用噬菌体去感染这种大肠杆菌，从而获得DNA被32P标记。（3）实验过程组织学生阅读教材49页上的相关信息先让学生阅读教材23分钟，掌握实验基本步骤，阅读结束后，教师多媒体课件显示和实验有关的一些问题，了解学生对实验原理和相关步骤的掌握程度，同时强调实验的一些细节，比如保温时间很短，这有助于学生对后面实验现象的分析。具体过程如下：用放射性同位素35S和32P分别标记一部分噬菌体；被标记的噬菌体分别侵染细菌；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。思考与讨论：噬菌体有DNA和蛋
11、白质两种组分，用35S和32P分别标记噬菌体的哪一种组分？用14C和18O等同位素可行吗，为什么？_。实验过程中搅拌的目的是什么？离心的目的是什么？_。离心后沉淀物与上清液各有什么成分？_。结果亲代噬菌体寄主细胞内子代噬菌体实验结论35S标记蛋白质32P标记DNA由实验结果可知，噬菌体在细菌内的增殖是在 的作用下完成的。多媒体课件显示用35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌的过程，引导学生分析： 上清液放射性很高，说明上清液主要成分是什么？ 沉淀物放射性很低，说明在大肠杆菌体内有没有被标记的35S？大肠杆菌裂解释放子代噬菌体进行检测，与我们刚才预测的结果一样吗？说明噬菌体在繁殖的时候有没有用到蛋白质呢
12、？亲代噬菌体的蛋白质还是DNA进入了子代？多媒体课件显示用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌的过程，引导学生分析： 上清液放射性很低，说明上清液有没有32P呢？ 沉淀物放射性很高，说明在大肠杆菌体内有没有被标记的32P？大肠杆菌裂解释放子代噬菌体进行检测，与我们刚才预测的结果一样吗？ 说明噬菌体在繁殖的时候用到了哪种物质？最后引导学生把这两个同位素标记实验综合起来分析，由学生归纳出结论：噬菌体繁殖时用的是DNA而不是蛋白质,说明它是在DNA的指导下完成繁殖的，进一步说明DNA才是它的遗传物质。Flash动画显示噬菌体在大肠杆菌体内繁殖的过程4. 烟草花叶病毒的重建实验进一步探究问题：遗传物质都是D
13、NA吗？科学家发现有些病毒不含DNA，只含蛋白质和RNA，比如烟草花叶病毒。它能感染烟草，出现相应的病症。烟草花叶病毒的遗传物质是什么呢？课件展示烟草花叶病毒重建实验过程。总结：细胞生物遗传物质是DNA非细胞生物的遗传物质是DNA或RNA,所以说DNA是主要的遗传物质。教师引导学生回顾科学家对遗传物质的探索过程，启发学生从中得到那些启示？科学探索是艰辛曲折的；科学研究是一个不断纠正错误，发现整理的过程；要科学的选择实验材料；科学发展需要技术支持。（三）课堂小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RNA，即DNA是主要的遗传物质。
14、（四）习题巩固1. 格里菲思的肺炎双球菌转化实验证明了（ ）ADNA是遗传物质BRNA是遗传物质C蛋白质不是遗传物质D加热杀死的S型菌中含有“转化因子”2. 在证明DNA是遗传物质的几个著名经典实验中，在实验设计思路中最关键的是A. 要用同位素标记DNA和蛋白质B. 要分离DNA和蛋白质C. 要得到噬菌体和肺炎双球菌D. 要区分DNA和蛋白质，单独观察它们作用3. 噬菌体侵染细菌的实验证明（ ）ARNA是遗传物质BDNA是遗传物质C蛋白质是遗传物质D多糖是遗传物质4. 用甲种病毒的RNA与乙种病毒的蛋白质外壳组装成一种病毒丙，以病毒丙侵染宿主细胞，在宿主细胞中产生大量子代病毒，子代病毒具有的特征是（ ）A甲种病毒的特征B乙种病毒的特征C丙种病毒的特征D都不是八、板书设计核酸是遗传物质的证据（一）对遗传物质的早期预测（二）肺炎双球菌的转化实验1. 格里菲思的体内转化实验2. 艾弗里的体外转化实验（三）噬菌体侵染细菌实验1. 实验过程：2. 实验方法：3. 实验结论：（四）烟草花叶病毒的重建实验九、教学反思本节课围绕三大经典实验而展开，每个实验当时都设计了学生活动，但在实际教学过程中发现噬菌体侵染细菌的这个实验中，学生活动还是不太明显，下次教学中可以试着让学生通过小组讨论后，派小组代表来回答，使学生的主体地位得到更好地体现，最后教师对学生的回答加以适当地完善和补充。