高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 基因指导蛋白质的合成教学设计及反思

课程名称

基因指导蛋白质的合成

课时安排

第一课时

授课类型

新授课

课时时间

45分钟

教师活动

预设学生行为

设计意图

【导入】

１、提供资料：20世纪90年代，我国内地主产棉区棉铃虫连年大爆发，造成重大经济损失。我国“863”计划成果研究出转基因抗虫棉，1999年我国成为继美国之后，独立研制成功抗虫棉并拥有自主知识产权的第二个国家。

抗虫原理：科学家将苏云金杆菌抗虫蛋白基因（Bt抗虫蛋白基因）转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白，这个蛋白进入到棉铃虫幼虫食道中破坏，从而杀死棉铃虫的幼虫。

２、提问：转入的是基因，得到的却是蛋白质。说明基因和蛋白质之间是怎样的关系呢？

学生了解抗虫棉的原理和研究成果，思考基因与蛋白质之间的关系。

激发学生兴趣，引发学生思考。部分学生可能会认为基因（DNA）直接指导蛋白质的合成。教师此时不用纠正，留下悬念。待课程学习结束后再进行错误概念的修订。

同时，抗虫棉的科研成果激发学生的文化自信，爱国之情。

【小组讨论：蛋白质与DNA的联系，做出假设】

阐述：DNA上有遗传效应片段的基因，存在于细胞核内。在细胞核外有内质网，其上有核糖体，核糖体是蛋白质合成的主场所。

提问：DNA和蛋白质不在一个场所，基因如何与核糖体进行联系？

做出假设：

１、基因通过核孔出去与核糖体进行联系

２、核糖体可能会进入细胞核中，进而去指导蛋白质合成。

３、DNA分子有可能会存在某种媒介，从DNA提取到遗传信息，再通过核孔进入细胞质，进而指导蛋白质的合成。

回顾蛋白质和基因的合成场所，巩固旧知识，为进一步完善认知结构打下基础。同时，通过学生的假设激发学生对问题的思考并尝试做出假设，促进学生科学思维和科学探究的能力。

【资料分析，排除假设】

（1）染色质分子直径约15nm

（2）核糖体大体是圆形颗粒，直径约为23nm，细胞核内无核糖体

（3）细胞核的核孔内径约为10nm。

提问：通过资料，得出什么样的猜测？并作出你的假设。

通过数据分析，排除了前2种假设。

猜测是RNA作为中间的媒介。

阅读科学资料，提炼关键信息并尝试进行分析、概括、推理，最终得出自己的猜想。

【小组合作：RNA作为信使的证据分析】

１、通过课本自学，利用表格进行DNA和RNA比较

２、考虑RNA具备哪些特点可以充当起这个重任？

提问学生，并根据回答做出适当的补充。

总结归纳后进一步设疑：这只是一些满足的条件，但是RNA是否是信使呢？还需要一些具体的证据。

小组讨论，得出结论：

（1）可以携带遗传信息

（2）遵循碱基互补配对

（3）一般为单链，且比DNA短，容易通过核孔

设置小组活动，通过资料分析尝试总结RNA作为信使的证据。在资料分析、合作探究中锻炼学生的团队协作、语言表达能力。通过结构和功能的认识，深入结构与功能相适应的生命观念。

【科学史：证明RNA是信使】

1、实验1:1955年，比利时细胞生物学家Brachet用洋葱根尖和变形虫进行实验。发现如果用RNA酶将细胞内的RNA分解，蛋白质合成就停止。从酵母菌中提取RNA加入到细胞中，细胞可重新合成蛋白质。

2、实验２：1955年拉斯特(Laster)等人用变形虫进行了同位素标记相关实验。 用标记的尿嘧啶核苷酸培养液培养A组变形虫，用未标记的尿嘧啶核苷酸培养液培养B组变形虫。发现只有A组中被标记的RNA首先出现在细胞核中，其次出现在细胞质中；而B组没有现象。

3、实验3:1961年，马默(Marmur)和杜提(Paul Doty)用噬菌体SP8侵染枯草芽孢杆菌，研究噬菌体侵染后产生的RNA，与噬菌体DNA、芽孢杆菌DNA的关系。他们在SP8侵染细菌后，裂解大肠杆菌，分别提取大肠杆菌的DNA、SP8噬菌体的DNA和噬菌体侵染后产生的RNA。把RNA分别与加热分开的大肠杆菌DNA单链或噬菌体DNA单链混合在一起缓慢冷却，发现新产生的RNA只与噬菌体的DNA中固定的一条单链形成DNA-RNA杂交分子，而不与大肠杆菌的DNA相杂交。

教师总结： DNA可以通过自身的模板合成RNA，且RNA通过核孔从细胞核进入细胞质当中，RNA还与蛋白质的合成有关。并说明mRNA在转录过程中发挥信使功能，rRNA和tRNA将在后续学习翻译的时候进行深入学习。

学生回答

蛋白质合成与RNA有关

RNA的合成场所是在细胞核中，合成后会移动到细胞质中

噬菌体的RNA是以噬菌体DNA的一条链为模板合成的。不是别人的，而是它自身。

认真听讲，记录笔记。认识到RNA是蛋白质合成的媒介。

根据学生的认知能力，选择适宜、科学的史实资料。在小组合作中进一步锻炼学生的资料分析、逻辑推理、提取关键信息的能力。通过科学史，也能激发学生的阅读兴趣，在兴趣中找到正确概念，逐步修正错误概念。

【小组合作：模拟RNA形成的过程】

引导学生参考DNA复制的过程，尝试用乐高积木模拟RNA形成过程。

用具：8种颜色的方形乐高分别代表种碱基，3种颜色的圆形乐高分别代表解旋酶、DNA连接酶、RNA聚合酶。

教师根据学生情况，基于指导。

小组合作尝试模拟RNA形成的过程。

通过小组探究合作，尝试构建物理模型。锻炼学生动手实践能力，并培养学生模型构建的科学思维和科学探究能力。

【视频学习：转录过程】

1、 观看视频“DNA的转录”

过程：RNA聚合酶解开DNA的双链，游离的核糖核苷酸结合到DNA的一条链（模板链）上，且核苷酸结合后在酶的作用下通过磷酸二酯键连接在一起（聚合过程），这个过程就叫做转录。转录后RNA要从DNA链上解脱下来，需要断开氢键。而且RNA并不会直接出细胞，在出去之前会被剪切拼接（RNA加工：真核生物在细胞核中进行）

（边看视频边介绍）

2、引导学生总结转录的具体过程和要点。

3、教师引导学生总结转录的定义：RNA是在细胞核中，通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成的，这一过程叫做转录。（真核生物）。

1、通过视频了解DNA转录的具体内容

2、学生总结

模板：DNA的一条链

原料：四种游离的核糖核苷酸

酶：RNA聚合酶：打开氢键（解旋）、四种游离核糖核苷酸拼接在模板链（聚合）

主要场所：细胞核

能量：ATP

原则：碱基互补配对

特点：边解旋边转录

方向：模板3-5

通过视频，结合数字多媒体，将抽象微观的转录过程转化为具象的视频资源，帮助学生更加形象地了解DNA转录的细节过程，更好的掌握知识要点。

同时，通过自己的语言组织，总结归纳出转录的具体过程和要点，培养语言表达能力，帮助学生自主构建知识学习网络，锻炼科学思维。并了解到结构与功能相适应的生命观念。

【思考与总结】

教师引导学生总结：转录与复制的异同

１、都有能量消耗、遵循碱基互补配对、酶参与、DNA为模板、场所相同

２、原料、酶

引导学生进行总结与比较，培养学生科学思维。