《基因是有遗传效应的DNA片段》教学设计

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《基因是有遗传效应的DNA片段》教学设计
海口实验中学     陈娟
一、教材分析
本课题是人教版高中生物必修2《遗传与进化》第3章第4节《基因是有遗传效应的DNA片段》中的内容。总课时为1课时。本节内容既是对本章内容的概括和提升，也为第四章“基因的表达”做铺垫。因此，基因的概念和基因、DNA和染色体之间的关系是本节的重点，DNA（或基因）遗传信息的多样性和特异性用数学方法来呈现。教材通过四节资料分析，让学生认识基因的概念，同时通过一个探究活动，让学生了解了DNA（或基因）遗传信息的多样性和特异性，从分子水平上揭示生物体的多样性和特异性的物质基础。
二、教学目标
1、知识：
⑴举例说明基因是有遗传效应的DNA片段。
⑵说明基因和遗传信息的关系。
⑶运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性。
2、能力：
    ⑴通过对实验结果的深层分析，学会对资料中的数据进行收集、记录、分析、概括和推理，培养逻辑思维能力，掌握分析、归纳材料的科学研究方法。
⑵在教师的引导下进行实验方案的科学设计并有效实施，体验科学探究的过程。
⑶通过构建模型等活动，观察、分析、思考、动手操作和总结，并得出结论，培养科学探究能力。
⑷能运用数学方法说明DNA分子的多样性和特异性，掌握数学知识在生物研究中的应用。
3、情感态度和价值观：通过小组合作，密切配合，养成团结协作的习惯，提高合作能力；通过了解DNA指纹技术，科学价值观的教育。
    三、教学重点和难点
教学重点
基因是有遗传效应的DNA片段
DNA分子具有多样性和特异性
教学难点
脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体四者的关系
2. 脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性
四、学情分析
学生在前两章时已认识了基因与染色体的关系，在本章前三节中又了解了DNA是主要的遗传物质，DNA的分子结构和复制，但是对基因的作用和本质没有确切的了解，还无法建立起脱氧核苷酸、基因与DNA、染色体的关系；对DNA为什么能够储存大量的遗传信息并不清晰。
五、教学策略、实验材料改进及流程设计说明
（一）教学策略
新课程标准十分强调培养学生的各种能力，其中包含有分析解决问题的能力、逻辑推理能力、终身学习的能力和适应社会生活的能力。这要求生物教学需要从注重学生科学知识的传授转向全面提高学生的科学素养，提倡以探究、理解、分享与合作等为主要特征的新型学习方式。
1、在本节中，教材提供了实证、探究和联系社会实际三个层面的活动内容，因此本节课充分利用这些教材资源，组织教学。
（1）充分利用“资料分析”。首先利用联系社会实际“DNA指纹技术”，创设情境，引出DNA是否等同于基因这个核心问题。然后充分利用“资料分析”，让学生在课前自主学习完成导学案的基础上进行合作交流，分析和讨论基因与DNA的关系。在这个过程中，借助资料分析，根据学生特点，设计一些问题串，引导学生确立事实、推理、结论之间的正确关系，以及知识之间的逻辑关系，引导学生循序渐进，步步深入，顺理成章地得出结论：基因是有遗传效应的DNA片段。最后通过建立概念模型，将脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体四者的关系理清。在概念模型中设置下一步探究问题：DNA为什么能蕴含大量遗传信息？

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（2）合理组织探究活动，帮助学生用数学方法解决生物问题。
本节的探究活动有别于实验探究。这一探究活动主要借助于数学方法，所以要侧重数学技能的训练，利用数学思维解决生物学问题。为了有利于帮助学生的理解，本节课用自制的数量充足的4种脱氧核苷酸模型，让学生亲自动手尝试模拟排列，通过直观的物理模型的构建，归纳总结出“脱氧核苷酸序列多样性”的数学模型，并且通过物理模型加深学生对“DNA（基因）的基本组成单位是脱氧核苷酸而非碱基”这一知识的理解。
同时，在探究的过程中引导学生：注意科学探究的具体环节；在将数学模型迁移到生物学问题时，应注意生物学现象的特殊性和数学模型的应用范围，即所有的碱基排列的概率计算是建立在一个假设基础上的（所有碱基对的随机排列都能构成基因）。
（3）通过介绍DNA指纹的应用，体现STS教育。
教学过程中，让学生明确DNA指纹不等于基因。
2、利用导学案，指导学生的自主学习，为课堂合作探究奠定基础，提高课堂教学实效。
（二）实验材料的改进
为了帮助学生理解4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列是足以表达生物体必需的各种遗传信息，所以需要学生动手参与模型构建，从而加深印象。但是，考虑到若用现成的实验室配备的可制作DNA双螺旋结构的模具让学生动手操作，一来比较花费时间，因为模具中代表脱氧核苷酸的小球上要分别连接磷酸和碱基的插口较小，不容易插入，那么学生的注意力就会在一定程度上有所分散；另外一点做这种类型的模型也没有必要，因为这种模型的制作是在学习DNA分子结构时运用更为合适，而本节的教学，模型只需要帮助学生体验出4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列具有多样性即可。所以综合考虑到这两点因素，我决定使用自制的简单模型，使学生在操作上简单化，从而更加突出主题。

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（三）流程设计

创设情境 引入新课

联系社会实际“DNA指纹技术”，了解技术的应用，引出DNA片段是否是基因这个核心问题。

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提出课题	有待探究课题：基因=DNA？

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合作探究：分析资料得出结论	分析资料1、3，得出结论	一个DNA分子上有许多个基因、基因是DNA的片段，但DNA 的片段不一定是基因。
	进一步提出问题	什么样的DNA片段是基因？
	分析资料2、4，得出结论	基因是有遗传效应的DNA片段。

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构建概念模型

构建脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体四者之间关系的概念模型。

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设置探究问题

DNA为什么能蕴含大量遗传信息？

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合作探究活动

小组合作探究1：采用建模的方法，体会DNA分子为什么能储存大量遗传信息。 小组合作探究2：解决是否足以储存大量遗传信息。要求学生在特定的情境下，利用自制的4种脱氧核苷酸模型构建DNA片段中“脱氧核苷酸（碱基）序列的多样性”物理模型，在物理建模的基础上，发现和总结规律，构建数学模型。 师生合作探究：分析情境2，得出DNA分子中遗传信息的多样性、特异性的结论。

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总结	学生通过回答“DNA指纹技术”中最初所提出的问题，即DNA片段是否是基因，进行课堂小结：基因是有遗传效应的DNA片段。DNA分子的碱基排列顺序中蕴含着大量的遗传信息，DNA分子多种多样，每一个DNA分子又具有特异性。

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练习巩固

相关练习题

六、教学过程

教学程序及内容		教师活动	学生活动	设计意图
前置学习布置		利用导学案指导学生进行前置学习	课前自主学习的基础上，提前进行部分合作学习，完成导学案	导学案起着一定的导学作用，帮助学生更好进行资料分析，有利于提高学生获取有效信息，解决问题的能力。前置学习让学生能充分自主思考，有利于提高课堂合作探究效率。
创设 情境，提出 本课 探究 主题		展示“DNA指纹检测图”，提出问题：DNA指纹图片上的片段代表什么？是否就是基因？ 引导学生进行复习回顾，明确探究课题：基因=DNA？	观察DNA指纹检测图，做出判断，并说明依据。 在老师的引导下：思考： DNA指纹图片上的片段代表什么？是否就是基因？ 复习回顾，进一步明确探究课题：基因=DNA？	通过创设情境，使学生了解DNA指纹技术的应用，激发其探究的欲望，从而产生出学习的原动力。 通过温故而知新，让学生明确本课探究主题
探究一:基因与DNA的关系	小组 合作 探究	依据课本P55“资料分析”，在自主学习和课前部分合作的基础上进行充分的小组合作交流，完善导学案（一）的相关问题。	明确任务后，依据教师在课前提供的导学案，通过小组合作交流，高效有序讨论相应的思考题。	布置任务具体明确，并要求在规定时间完成任务，这样可使小组合作学习有序而高效，避免课堂流入热热闹闹的表面形式。
	师生、生生合作 探究 师生 合作 探究 构建概念模型	控制好时间，准时让学生进入小组展示环节。 要求分析资料1和3的相应内容。 随机请某小组的代表展示小组合作学习的成果。要求展示的小组要说明得到相应推论的依据。 引导各小组间进行礼貌质疑、合作交流、共同讨论完善相关问题。	小组代表向全班汇报讨论结果，并说明得到相应推论的依据。 各小组间进行礼貌质疑、合作交流、准确评价，共同讨论完善实验方案。 全班进行交流完善：根据资料1和3，分析出数值之间的关系： DNA分子数目<基因数目 DNA分子的碱基对数>全部基因的碱基对数 在老师的引导下得出推论：一个DNA分子上有许多个基因；基因是DNA的片段	学生学会在规定的时间内完成任务。 合作型的学习模式，能够锻炼学生的协作能力，在协作中学会分享，这是团队精神的良好表现。 在这个过程中，学生学会交流、合作、准确表达、礼貌质疑、学会评价。
		引导学生进一步解析资料3：人体中构成基因的碱基对组成比较少，只占全部碱基总数不超过2%。这段话说明什么？ 展示碱基序列中的基因片段和非基因片段。	在老师引导下明确： 一个DNA片段不一定是基因 DNA中存在着大量的非基因区段	充分挖掘教材资料，在教师的指导下，循序渐进，步步深入。
		思维拓展：继续分析以下结果，你还能得出什么结论？ 比例（基因的碱基对/总碱基对） 大肠 杆菌 44/47（94%） 人基 因组 不超过2% 引导学生得出结论，并提示需要进一步了解原因的学生，可以课后查阅资料。	在老师引导下，分析得出结论：生物越高等，DNA中存在的非基因片段的比例越高	使学生明确教材在编排时给出资料1和3的更深层次的内涵。 可使学生将学习延续到课后，从而获取更多的信息。
		提出：什么样的DNA片段是基因？ 要求从基因的作用进行分析资料2和4 随机抽查某小组的学习情况。	小组代表展示导学案中有关资料2和4的讨论结果，得出：基因具有控制生物性状的作用，具有独立性。	指导学生根据不同实例分步得出结论，培养分析问题的能力。
		要求学生在DNA水平上给基因下一个完整的定义。	概念形成：基因是有遗传效应的DNA片段。
		要求学生尝试用概念模型来表示脱氧核苷酸、基因、DNA、染色体四者之间关系。	完成导学案内容，并展示交流，构建“、基因、DNA、染色体四者之间关系”的概念模型。	使学生学会用概念模型构建知识点之间的联系。
探究二： D N A片段中遗传信息的多样性	活动一 构建遗传信息多样性的物理模型	根据基因与DNA关系的概念模型，提出问题：DNA分子为什么能储存大量的遗传信息？ 展示DNA分子的平面结构模式图，复习DNA分子结构特点，引导学生作出假设：4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列是可变的。	在老师引导下，根据DNA分子结构的特点，尝试作出假设。	培养学生的“根据所提出问题作出假设”的科学探究能力。
		提出活动要求，指导学生进行实验验证：构建“脱氧核苷酸（碱基）序列多样性”的物理模型。	在老师指导下，尝试用所提供的“4种脱氧核苷酸”模型构建DNA分子平面结构模型，体验“4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列是可变的”，完成“脱氧核苷酸（碱基）序列多样性”物理模型的构建。 小组内合作完成后，由个别小组代表进行展示，完成全班合作探究。
	活动二 构建 遗传信息多样性 数学 模型	提出问题：4种碱基排列而成的脱氧核苷酸序列，是否足以表达生物体必需的各种遗传信息？ 说明DNA分子的两条链之间的碱基遵循互补配对的原则。所以在排列碱基序列时，只需要排列其中一条链上的脱氧核苷酸（碱基）序列即可。 在物理模型的基础上，引导学生用数学思维方法发现和总结规律，构建“脱氧核苷酸（碱基）序列的多样性”数学模型，并利用数学模型解决问题。	回忆DNA分子是由四种脱氧核苷酸组成。 学会将问题简化，只排列一条链上的脱氧核苷酸（碱基）序列。 利用所提供的四种脱氧核苷酸模型，依据导学案的提示，构建DNA一条链上的脱氧核苷酸序列多样性的物理模型。 小组合作、小组代表上台展示模型。 在老师引导下，尝试发现规律，用数学思维方法构建数学模型：如果组成基因的一条链上有n个脱氧核苷酸（碱基），此链的脱氧核苷酸（碱基）序列可能有4n种，则n个脱氧核苷酸（碱基）对可以排列出4n种基因。 利用所构建的数学模型解决：如果一个DNA片段有120个碱基，则此DNA的碱基对序列可能有460种。	教材中排列的是两条链上的脱氧核苷酸（碱基）对。根据学生特点，我们还可以再将问题简单化，让学生只排列其中一条链上的脱氧核苷酸（碱基）即可。这样更便于学生的理解。通过学生动手构建模型的活动，非常直观的让学生从DNA分子结构的特点中，构建“脱氧核苷酸（碱基）序列的多样性”的物理和数学模型，明确“DNA分子中遗传信息具有多样性”的特点，同时培养学生利用数学思维方法解决生物学问题的能力，并且通过物理模型加深学生对“DNA（基因）的基本组成单位是脱氧核苷酸而非碱基”这一知识的理解。
	遗传信息特异性分析	1.创设情境2：全球人口总数约为65亿。假设人类基因组中第1号染色体的第1个基因是由17个碱基对随机排列构成的，那么，17个碱基对的所有排列是否都有机会出现？ 2.即使人口数足够多让每种序列都有机会出现，那这些序列是否就会出现？ 引导学生了解基因不是碱基对随机排列成的DNA 片段。许多基因在某些结构上是一样的，因为所有生物都源自共同的祖先。 3.提出两个人的这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性有多大？	比较人口数量与基因中脱氧核苷酸（碱基）排列的多样性。 在老师引导下了解基因不是碱基对随机排列成的DNA 片段。 计算基因相同的概率，认同DNA的特异性。	通过数值对比，使生认同脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序千变万化，满足遗传信息的多样性。 提示学生注意：生物学现象的特殊性和数学模型的应用范围。 通过计算基因相同的可能性，得知其概率微乎其微，又获得DNA分子具有特异性的认识。
总结		回到DNA指纹技术，回答：DNA指纹图片上的片段代表什么？是否就是基因？	图片上的片段代表DNA片段，不一定是基因，基因是有遗传效应的DNA片段。	通过应用DNA指纹图鉴定罪犯，让学生感受到科学技术在人类生活中的应用价值。 通过回应课前提出的问题，对本节课进行小结。
练习		完成课后练习题

七、板书设计

基因是有遗传效应的DNA片段

一、基因与DNA的关系

基因的完整定义：基因是有遗传效应的DNA片段

二、DNA片段中遗传信息的多样性和特异性