?“基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”教學(xué)設(shè)計

一、教材分析
“基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”是人教版高中生物必修2《遺傳與進化》第3章第4節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容起著承上啟下的作用，它既是對本章內(nèi)容“基因的本質(zhì)”的概況和總結(jié)，也是下一章“基因的表達”的基礎(chǔ)和鋪墊?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準（2020年修訂版）》對應(yīng)的內(nèi)容要求是：
大概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳
重要概念3.1：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上。
次位概念3.1.1：概述多數(shù)生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA分子上。
次位概念3.1.2：概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基的排列順序編碼了遺傳信息。
二、學(xué)情分析
在本節(jié)之前學(xué)生學(xué)習(xí)了DNA是主要的遺傳物質(zhì)的科學(xué)史，DNA的結(jié)構(gòu)，DNA的復(fù)制的內(nèi)容，認識了一些與遺傳相關(guān)的名詞，如遺傳因子、遺傳物質(zhì)、染色體、核酸、DNA、基因、核苷酸等。雖然他們對轉(zhuǎn)基因生物、DNA親子鑒定、基因檢測等熱點詞匯并不陌生，但是，基因到底是什么？如何理解基因和DNA的關(guān)系，DNA是如何儲存遺傳信息的？對這些問題尚不清楚。
三、教學(xué)策略
本節(jié)內(nèi)容相對抽象和微觀，學(xué)生難以獲得直觀的感受，且容易混淆概念之間的關(guān)系。針對以上學(xué)情，本節(jié)課擬采用“抽象概念具體化”、“微觀物質(zhì)可視化”、“課堂資源情景化”的策略，如通過NCBI網(wǎng)站檢索人類的染色體信息、人的生長激素基因等。
四、教學(xué)目標(biāo)
1結(jié)合實例，闡明基因和DNA的關(guān)系，舉例說明基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段（生命觀念、科學(xué)思維）。
2運用數(shù)學(xué)方法，闡明DNA能夠儲存足夠量的遺傳信息（生命觀念、科學(xué)思維）。
3通過了解DNA指紋技術(shù)，解釋DNA多樣性和特異性在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用（生命觀念、社會責(zé)任）。
4 理解生命的物質(zhì)性和信息性，認同遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、多樣性與特異性相統(tǒng)一的觀點。（生命觀念、社會責(zé)任）。
五、教學(xué)重難點
1教學(xué)重點
基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段；
DNA的多樣性和特異性；
2教學(xué)難點
脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關(guān)系
六、 教學(xué)過程
學(xué)習(xí)階段
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
導(dǎo)入
在本節(jié)課的開始，我們一起回顧一下我們已經(jīng)學(xué)過的有關(guān)基因的知識。
1.在第一章，孟德爾根據(jù)豌豆雜交實驗結(jié)果，提出了“遺傳因子”的概念，這是基因最早的名字，他認為生物的性狀是由遺傳因子決定的。
2.1909年，丹麥生物學(xué)家約翰遜提出“基因”這個名詞，用來代替孟德爾提出的“遺傳因子”。
3.在第二章，摩爾根等人利用果蠅作為實驗材料，首次將白眼基因定位在染色體上，這就確定了基因的物質(zhì)基礎(chǔ)。
4.第三章，我們學(xué)過染色體是由DNA和蛋白質(zhì)組成。
5.1944年，艾弗里等人；1952年，赫爾希、蔡斯等人證明DNA是遺傳物質(zhì)。
許多科學(xué)家用實驗證明了只有染色體種的DNA是遺傳物質(zhì)。
6.1953年：沃森、克里克提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
這里有基因與染色體的關(guān)系，也有DNA與染色體的關(guān)系。我們來一起看一看。
展示染色體圖片，引導(dǎo)學(xué)生回答DNA與染色體的關(guān)系。



展示果蠅某一條染色體上的幾個基因，引導(dǎo)學(xué)生回答基因與染色體的關(guān)系。

但是同學(xué)們有沒有想過基因和染色體的關(guān)系呢？這是我們要學(xué)習(xí)的第一個問題。

在教師的引導(dǎo)下，回顧和整理與基因相關(guān)的重要科學(xué)史及相應(yīng)的結(jié)論。
























回答DNA和染色的關(guān)系：DNA是染色體的組成成分,染色體是DNA的主要載體，一條染色體上含有1或2個DNA。
回答基因與染色體的關(guān)系：基因在染色體上，呈線性排列；一條染色體上有多個基因。
帶著“基因與DNA之間是什么關(guān)系呢？”的問題進入新課。
導(dǎo)入新課，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，從學(xué)生了解的重要實驗出發(fā)，梳理前面已學(xué)章節(jié)的知識，為本節(jié)內(nèi)容的展開做鋪墊。
用實例說明基因與DNA的關(guān)系
帶著這個問題，同學(xué)們請先閱讀課本57頁問題探討。
1.展示我國科學(xué)家培育的轉(zhuǎn)基因鯉魚的圖片，科學(xué)家將外源生長激素基因?qū)氲锦庺~的受精卵中，與對照相比，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率明顯加快。
引導(dǎo)同學(xué)們思考：
1.為什么轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率更快？





2.導(dǎo)入的外源生長激素基因是一個DNA分子，還是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列？
導(dǎo)入的這一段脫氧核苷酸序列其實就是基因。那么，基因與DNA究竟有什么關(guān)系呢？帶著這個問題，同學(xué)們結(jié)合ppt上的這四個問題，閱讀教材第57-58頁的資料一、二、三。
2.資料一顯示，大腸桿菌的擬核有1個DNA分子，長度約為4.7×106個堿基對，在這個DNA分子上分布了4.4×103個基因，每個基因的平均長度約為1×103個堿基對。提出問題：
（1）DNA分子數(shù)目等于基因數(shù)目嗎？
（2）所有基因的堿基總數(shù)等于DNA分子的堿基總數(shù)嗎？
（3） 說明了什么問題？

多細胞生物如人類是否也符合上述數(shù)量關(guān)系，也能得出相同的結(jié)論嗎？
3.帶領(lǐng)學(xué)生一起分析資料三。資料顯示人類基因組計劃測定的是24條染色體（22條常染色體+X+Y）上DNA的堿基序列。每條染色體上有一個DNA分子。這24個DNA分子大約有31.6億個堿基對，其中，構(gòu)成基因的堿基數(shù)占堿基總數(shù)的比例不超過2%。提出問題：為什么人類基因組計劃是測24條染色體？
闡明人類的性染色體是異形同源染色體，形態(tài)大小都有所不同，攜帶的基因也有差別。
介紹：研究表明基因片段與非基因片段的排列方式是不連續(xù)的。
展示合作探究二：（1）對果蠅（2n=8）進行“基因組測序”需要測定幾條染色體？
（2）對豌豆（2n=14）進行“基因組測序”需要測定幾條染色體？
4.資料二顯示，生長在太平洋西北部的一種水母能發(fā)出綠色熒光。水母的DNA上有一段綠色熒光蛋白基因的片段，長度為5.17×103個堿基對。將綠色熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入小鼠體內(nèi)，小鼠發(fā)熒光，使小鼠有了發(fā)熒光的性狀。這則材料說明了什么？
5.帶領(lǐng)學(xué)生歸納總結(jié)資料1和3與資料2得出的結(jié)論。進而得出基因的概念：通?；蚴怯羞z傳效應(yīng)的DNA片段。然后提出問題那么為什么說是“通?！蹦?

6.補充有些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，如艾滋病病毒、流感病毒、煙草花葉病毒等。對這類病毒而言，基因就是有遺傳效應(yīng)的RNA片段。所以對基因的定義進行進一步的完善，表述為：基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。
基因作為DNA片段，遺傳信息儲存在哪里呢？DNA只含有4種脫氧核苷酸（4種堿基），其實核苷酸的排列順序中就蘊藏著遺傳信息。為什么DNA能夠儲存大量的遺傳信息？
7.演示利用NCBI網(wǎng)站檢索人類的染色體信息、人的生長激素基因的操作。
觀察圖片，尋找轉(zhuǎn)基因鯉魚和對照鯉魚的區(qū)別，思考導(dǎo)致這一區(qū)別的原因。



回答討論中的兩個問題。
1.因為外源生長激素基因整合到轉(zhuǎn)基因鯉魚的DNA上，并發(fā)揮了促進生長激素合成的功能，而生長激素可使鯉魚的生長速率加快。
2.導(dǎo)入的是DNA分子的一段脫氧核苷酸序列。







閱讀教材，分析資料一，回答提出的3個問題。
（1）不等于，大腸桿菌的DNA分子數(shù)目遠少于基因數(shù)目。
（2）所有基因的堿基總數(shù)為4.4×106個堿基對，少于DNA分子的堿基總數(shù)4.7×106個堿基對。
（3）推論：DNA上分布著許多個基因，基因是DNA片段。



閱讀教材，分析資料三，根據(jù)資料三提供的信息，也能得到相同的結(jié)論，進一步說明了DNA上分布著許多個基因，基因是DNA片段。
回答問題：因為人類有22對常染色體和一對性染色體，常染色體只需要測每對中的一條，性染色體兩條都要測。




回答：
（1）5條，三條常染色體和一對性染色體。
（2）14條。

回答：基因具有遺傳效應(yīng)；基因是特定的DNA片段?；蚴沁z傳結(jié)構(gòu)和功能的單位，可以剪切，可以拼接。



回答：（1）資料1和3：基因是一段DNA，基因不是連續(xù)分布在DNA上的。（2）資料2：基因具有遺傳效應(yīng),基因能控制生物性狀。
對基因的概念進行進一步的完善。







直觀的感受蘊藏在“天書”中的信息，體驗“后基因組時代”的數(shù)據(jù)信息。
通過轉(zhuǎn)基因鯉魚的實例，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考基因與DNA的關(guān)系。


通過豐富的資料，引導(dǎo)學(xué)生進行邏輯推理，逐步理解基因與DNA的關(guān)系，得出基因是DNA片段。




理解基因與DNA的關(guān)系，對基因的本質(zhì)形成初步的認識。


























































激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
理解DNA如何儲存大量的遺傳信息
1、展示DNA的結(jié)構(gòu)模式圖，提出問題：DNA只有4中脫氧核苷酸，為什么能夠儲存大量的遺傳信息呢？
引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注堿基的排列順序?qū)蚍N類數(shù)的影響，用數(shù)學(xué)方法進行推演。
堿基對數(shù)目 基因種類
1個堿基對 41
2個堿基對 42
3個堿基對 43
……
n個堿基對 4n
對DNA如何儲存大量的遺傳信息這一問題進行小結(jié)。

2.DNA分子特異性的介紹：資料1的推算是建立在所有堿基對的隨機排列都能構(gòu)成基因這一假設(shè)上的。事實上，大部分隨機排列的脫氧核苷酸序列從來不曾出現(xiàn)在生物體內(nèi)，而有些序列卻會在生物體內(nèi)重復(fù)多次。
設(shè)問：基因是堿基對隨機排列得DNA片段嗎？
闡明：每個基因都是特定的DNA片段；具有特定的堿基排列順序；具有特定的遺傳效應(yīng)。這就是DNA分子的特異性。
3.介紹教材第52頁在刑偵、親子鑒定領(lǐng)域，DNA能像指紋一樣用來鑒定個人身份。結(jié)合脫氧核苷酸序列的多樣性和特異性，你能分析這一方法的科學(xué)依據(jù)嗎？
4.展示DNA指紋技術(shù)運用于刑偵中的實例。

學(xué)生分析DNA的結(jié)構(gòu)，DNA的基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成，從頭至尾沒有變化。但是骨架內(nèi)側(cè)的4種堿基的排列順序是可變的。
數(shù)學(xué)方法計算，并得出結(jié)論：遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中；堿基排列順序的千變?nèi)f化構(gòu)成了DNA分子的多樣性。




學(xué)生推理得出DNA分子具有特異性，堿基特定的排列順序構(gòu)成了DNA分子的特異性。



學(xué)生回答堿基特定的排列順序構(gòu)成了DNA分子的特異性。



觀察DNA指紋圖，提出自己的觀點。



思考并回答：1號為罪犯。
采用不同的視角和思維模式來分析和解決問題。激發(fā)思維、培養(yǎng)探究能力。
闡明DNA的多樣性和特異性。認同遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、多樣性與特異性相統(tǒng)一的觀點。












結(jié)合得到廣泛應(yīng)用的DNA指紋技術(shù)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
課堂總結(jié)
帶來學(xué)生回顧本堂課學(xué)習(xí)的內(nèi)容：（1）遺傳信息的概念：遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中。
（2）基因的概念：通?；蚴怯羞z傳效應(yīng)的DNA片段。
（3）DNA分子的特性：堿基排列順序千變?nèi)f化——DNA的多樣性；堿基特定的排列順序——DNA的特異性。DNA的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。
引導(dǎo)學(xué)生歸納說明染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關(guān)系，包括數(shù)量關(guān)系。

與老師一起歸納總結(jié)本節(jié)課學(xué)習(xí)的知識。










歸納出：染色體是DNA的主要載體；基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片；基因中的脫氧核苷酸排列順序代表遺傳信息。

總結(jié)、提升，對基因的本質(zhì)形成完整的認識。




通過填補概念圖理解各個概念之間的關(guān)系，進一步加深對基因本質(zhì)的理解。
鞏固練習(xí)
1.設(shè)置題目：
（1）整理總結(jié)出染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系，并以你認為最簡明的形式表示出來的題目。

（2）科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)人工轉(zhuǎn)基因操作的番薯都含有農(nóng)桿菌的部分基因，而這些基因的遺傳效應(yīng)促使番薯根部發(fā)生膨大產(chǎn)生了可食用的部分，因此番薯被人類選育并種植。下列相關(guān)敘述錯誤的是（）
A.農(nóng)桿菌這些特定的基因可以在番薯細胞內(nèi)復(fù)制
B.農(nóng)桿菌和番薯的基因都是4種堿基對的隨機排列
C.農(nóng)桿菌和番薯的基因都是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
D.農(nóng)桿菌這些特定的基因可能在自然條件下轉(zhuǎn)入了番薯細胞
2.布置學(xué)生完成本章節(jié)題目。


在草稿本上繪制染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系圖。一位學(xué)生上黑板畫出。



完成練習(xí)題















完成章節(jié)末練習(xí)題
檢測學(xué)生學(xué)習(xí)情況，訓(xùn)練邏輯思維及表達能力。








七、板書設(shè)計
第四節(jié) 基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段
1. 一個DNA上有多個基因；基因是DNA的片段，DNA中存在非基因片段。
2. 基因不是連續(xù)分布在DNA上的，而是由堿基序列將其分隔開的。
3. 基因具有遺傳效應(yīng)；基因能控制生物的性狀。
4. 基因的概念：基因通常是有遺傳效應(yīng)的NDA片段。
5. 遺傳信息：DNA分子中堿基（或堿基對、脫氧核苷酸）的排列順序。
6. DNA分子的特性：多樣性、特異性

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第4節(jié) 基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA片段

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修2《遺傳與進化》

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