高中生物必修二第四章

______________________________________________________________________________________________________________第4章基因的表达第1节基因指导蛋白质的合成一、说教材1、本节内容在教材中的地位和作用本节内容是本章的开篇，是本章学习的基础，也是教学的难点所在，要用2课时。基因是如何表达为性状的？这是本章学习要解决的中心问。蛋白质是生命活动的体现者，也可以说是执行者，基因对性状的控制，是通过控制蛋白质（包括结构蛋白和功能蛋白）的合成来实现的。本节集中讲述的基因指导蛋白质合成的内容，可以说是本章的重点。课程标准中与本节教学相对应的要求是：概述遗传信息的转录和翻译。“概述”是理解水平的要求，即要求学生能够把握知识的内在逻辑联系，能够与已有的知识建立联系，进行解释、推断、区分和扩展等。因此，本节教学不应局限于对转录和翻译过程的单纯描述，而应当让学生理解转录和翻译的物质结构基础以及二者之间的内在逻辑联系。要达到理解层次的目标，需要引导学生运用已有知识和观点思考和讨论相关的问题，比如“为什么RNA适于作DNA的信使呢？”需要运用有关DNA和RNA结构的知识，以及结构与功能相适应的观点进行分析；“为什么是三个碱基编码一个氨基酸呢？”需要学生运用数学知识和方法进行分析。本节教材的特点之一是插图多而且复杂。插图包括结构示意图、化学组成区别图、转录过程流程图、翻译过程流程图和一个mRNA分子上的多个核糖体同时合成多条肽链示意图等。能否处理好教材中的插图，是本节教学成败的关键因素之一。2、教学重点与难点(1)重点与难点的确定:课程标准中与本节教学相对应的要求是：概述遗传信息的转录和翻译。“概述”是理解水平的要求，即要求学生能够把握知识的内在逻辑联系，能够与已有的知识建立联系，进行解释、推断、区分和扩展等。因此，本节教学不应局限于对转录和翻译过程的单纯描述，而应当让学生理解转录和翻译的物质结构基础以及二者之间的内在逻辑联系,能掌握基本的概念和过程,能应用基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系。因此,确定以下重点与难点:（2）重点：①了解基因控制蛋白质合成的中间物质──RNA的基本单位、化学组成和种类，以及它与DNA在组成、结构、功能和分布等方面的异同；②理解基因表达的转录和翻译的概念及过程；③比较转录和翻译的异同；④认知和区分相关概念：遗传信息、遗传密码、密码子与反密码子；⑤计算问题：基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系。(3)难点：①理解基因表达的转录和翻译的概念和过程②认知和区分相关概念：遗传信息、遗传密码、密码子与反密码子；③计算问题：基因(DNA)碱基、RNA碱基和氨基酸的对应关系，以图解方法解决。3、教学目标(1)知识目标：①说明基因与遗传信息的关系。②概述遗传信息的转录和翻译的过程。(2)能力目标：①通过DNA和RNA的对照掌握类比方法及读图能力。②通过RNA的碱基决定氨基酸的学习，掌握先逻辑推理再经验验证的方法。③通过遗传信息的传递与表达的学习，建立信息意识，学会从信息角度认识事物。④利用课本插图和课件，培养学生的读图能力，提高分析、类比归纳的学习方法。(3)情感目标：①体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。②认同人类探索基因表达的奥秘的过程仍未终结，激发学生探知未知世界的欲望。③通过介绍科学史实，开阔学生视野，对学生进行热爱科学、探求真理的教育。④感悟科学破解遗传密码的过程。二、说学生学生学习了第3章《基因的本质》后，已经对基因产生了浓厚的兴趣，想进一步探知有关基因的各种问题，但由于受年龄限制，理解能力有限,而学生在这个年龄段，有较强的求知欲、好奇心、积极性高，对新鲜事物有强烈的兴趣,所以要充分调动学生的学习主动性，切实可行的培养学生的能力，增强学生对教学内容理解的深度。三、说教法本节内容抽象、难懂，教师要灵活运用教学方法，仔细设计教学过程，以保证新课标的落实。基于教材的难度和学生的能力，在教学过程中应加强培养学生的读图能力、析图能力、想象能力。1、创设问题情境，层层设问。结合教材有关转录和翻译的图解、自制各种对比及flash动画演示，化抽象为具体，直观教学。用图解法、表解法把知识建构在图表中2、应用多媒体演示有关内容结合教师讲解利用多媒体把抽象事物具体化。以演示解释为主，多媒体电教、模拟、练法为辅。此法分二步完成，即先演后释，相互渗透，扬长避短，相得益彰。运用多媒体手段可以吸引学生，培养学生的兴趣，这一点对于高中学生来说尤为重要。3、在运用多媒体教学时，应注意选择时机，以达到帮助学生化解难点，化抽象为形象的目的。不能整节课由多媒体取代，完全弃图不用，从而忽视了学生识图、辨图和分析释图的技能培养。教师应穿针引线，构筑多媒体与图形之间的有机组合。在学生分析图形之后，再配合多媒体整合各个图形，展示完整的基因表达过程。4、由于本节内容不仅抽象复杂，而且涉及的物质种类也比较多，因此学生往往会陷入“学习时都懂，学完了都不懂”的困惑之中。因此，教师要注意将知识及时进行归纳、比较和总结。四、说学法教学的实质在于教师“教”学生“学”，学生要达到“乐学—学会—会学”，“授之以渔”。本课着重从以下几方面指导学生：（1）学生要明确教学目标，扣紧主题，准确地从教材中提取有效信息。（2）学会正确地阅读和分析图表，达到提高分析并解决问题的能力。（3）以科学理论为指导，准确认识事物的相互规律。（4)指导学生通过多媒体课件认真观察、分析事物。（5）发挥教师指导作用，利用多媒体教学手段，多发问、引导、启发，促进学生的理解。五、说教学过程引子 问题探讨 通过电影片段《侏罗纪公园》中，利用恐龙的DNA，使恐龙复活。激发学生兴趣。如果能利用恐龙的DNA使恐龙复活，你认为主要要解决什么问题？学生可能会想到，需要使恐龙DNA上的基因表达出来，表现恐龙的特性。看来要解决这个问题，我们还需要研究“基因的表达”。引导学生阅读章图中的文字和图解，询问学生看懂了什么，又产生了哪些问题。↓提出问题：基因是如何指导蛋白质合成的？↓ 问题情境 DNA在细胞核中，而蛋白质合成是在细胞质中进行的，两者如何联系起来呢？推测有一种物质能够作为传达DNA信息的信使，科学家发现此物质就是RNA。↓ 问题情境 RNA如何解读DNA的遗传信息？解决问题的途径：1.比较RNA与DNA结构的不同；2.比较三种RNA的功能；3.动画及图解DNA遗传信息的转录过程（即从DNA到mRNA的过程）。小结：RNA在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成mRNA的过程，称为遗传信息的转录。↓ 问题情境 mRNA的信息如何用于合成蛋白质？解决问题的途径：1.碱基与氨基酸的对应关系；2.密码子；3.翻译蛋白质的过程。小结：游离在细胞质中的各种氨基酸，以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程，称为遗传信息的翻译。↓总结：基因的表达是在细胞中完成的。DNA分子、RNA分子、氨基酸分子、核糖体和线粒体等众多的细胞器一道，合作完成遗传信息的转录和翻译。在组成蛋白质的肽链合成后，肽链就从核糖体与mRNA的复合物上脱离，经过一系列步骤，被运送到各自的岗位，盘曲折叠成具有特定空间结构和功能的蛋白质分子，开始承担细胞生命活动的各项职责。↓问题探讨：大家现在再来探讨恐龙能否复活的问题。首先，恐龙的基因是如何表达的？基因表达需要什么条件？通过探讨，引导学生认识保护生物多样性的重要意义。六、说教学反思由于本节内容抽象复杂,插图多,涉及的物质种类也比较多，应要求学生做好课前预习。教学中，在处理主干知识和侧枝内容的关系时，要做到合理分配时间，明确不同内容的教学要求。教师要注意将知识及时进行归纳、比较和总结。要让学生了解各个知识点间的内在关系，又要能简洁、清晰地概述转录和翻译的过程。教师在备课时，一定要仔细分辨并揣摩插图所表达的意思，并能将不同的插图内容与教学流程有机地结合起来。在对插图的处理上，还应分清主次和轻重。教材在呈现教学内容时，采用图文并茂的方式来揭示转录与翻译的动态过程。因此，教师不仅要利用插图达到形象和直观的教学效果，还应配合教材中的文字描述作深入浅出的讲解，使文字信息与图形信息结合起来，让学生感知到基因的表达是一个多层次的、动态的、相互协调和配合的过程。尽可能利用多媒体课件进行教学。多媒体课件可以形象、生动地反映基因表达的过程，这是纸质教材难以做到的。在运用多媒体教学时，教师应注意选择时机，以达到帮助学生化解难点，化抽象为形象的目的。不能整节课由多媒体取代，完全弃图不用，从而忽视了学生识图、辨图和分析释图的技能培养。本节教学需要师生之间有良好的互动基础，教师应设计运用好教材中的问题串，以利于将问题步步深入，营造出探求、推理和发现的科学研究氛围，诱导学生积极应答，参与讨论，使教学活动能够顺利推进。教师要注意教材结尾的一段文字，以此引导学生从不同层次上认识基因表达的意义。第2节基因对性状的控制一．教材分析：1．教材的地位和作用《基因对性状的控制》这一节,讲到遗传和变异的理论知识,不但对于认识生物本身的生命活动规律非常重要。而且对于人类的优生工作和农业生产的发展都有重要意义。是整本书的重点难点。因此课本里用了较多的篇幅来阐述这方面的内容,在遗传知识方面,先弄清楚遗传的物质基础,会有助于更深入地理解遗传的基本规律。2．教学目标：（1）知识目标A使学生理解基因的概念B掌握基因，DNA,染色体三者之间的关系C基因控制蛋白质合成过程D了解中心法则概念和意义（2）能力目标培养学生的思维能力（3）情感目标帮助学生树立辨证唯物主义观点和防止封建迷信思想,热爱生命,珍惜生命（设置依据：根据大纲要求,培养学生各种能力,推行素质教育）3．教学重点：基因的概念,生物性状遗传的实质（依据：基因是控制生物性状的遗传物质的结构单位和功能单位,是具有遗传效应的DNA片段）4．教学难点：基因控制蛋白质合成过程（依据：基因控制蛋白质合成过程.转录,翻译是一个复杂,抽象的问题,学生较难理解）二．教材处理：根据教学目标及学生的认识规律,由浅入深组织教材,所以第一个内容安排是基因的概念,紧接着是基因控制合成蛋白质的两个过程,最后是中心法则。三个内容都结合多媒体课件辅助教学，以便突破难点，使学生理解教学重点。三．教学方法及手段：多媒体教学方法,讲述法,启发式教学法,引导发现法相结合。（依据：根据学生基础,能力的差异,以教学大纲为指导思想，充分体现以学生为主体,教师为主导的教学模式.通过在教学中提出问题,造成悬念,充分调动各层次学生的积极性,引导学生愉快地,自觉地进行思考,探索,学习。从而使学生学会学习,热爱学习并把所学的知识应用于实践、分析,了解遗传现象和一些遗传病例的情况。利用多媒体的课堂容量大,可以把抽象的结构,过程形象化,具体化,更好地吸引学生的注意力,激发他们的学习热情,达到教学的最佳效果。四．学法指导：预习,复习,讲述新课,练习（依据：四轮学习方法）五．教学程序：教学程序设计意图(复习旧课)3分钟[提问]1．DNA的化学组成?2．DNA的双螺旋结构是怎么样的？3．DNA是怎样进行复制的？（DNA是通过半保留复制）引导学生回答:使学生进一步掌握DNA的结构，明确DNA的复制过程,为本节课的学习作好铺垫。采用提问方法导入，引导学生层层分析、归纳、诱导思维，唤起求知的欲望，使学生尽快进入探索学习角色。(引入新课)在上一节中，我们讲到子代与亲代在性状上相似，是由于子代获得了亲代复制的一份DNA的缘故，这就涉及一个问题，DNA分子是怎样控制遗传性状的？现代遗传学的研究认为，生物的性状是由基因控制的。那么，基因与DNA有什么关系呢？现在就让我们来解开这个谜。提出问题要解决的关键[新课讲解]一．基因的概念：13分钟先打出基因的概念,再打出基因的模式图，让学生在文字的基础上,有一个直观的认识,更好理解DNA片段是呈线性排列。通过文字和图象相结合,增强学生的感性认识,为上升成理性认识作好准备。与染色体的关系再接着打出基因DNA的关系与性状的关系让学生对基因有一个更深的认识注意：要学生理清基因,染色体,DNA性状的关系.染色体是遗传物质的主要载体.每个染色体一般含有一个DNA分子，每个DNA分子中含有若干个基因,每个基因是由成百上千个脱氧核苷酸构成。不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序不同,这种序列代表生物性状的遗传信息。分析概念的内涵和外延,逐步深入,学生能在理解基因这个概念上，理清它和其它的关系使思维更清晰、更明确。二．基因控制蛋白质的合成：14分钟1．提问：在同一草原上为什么：牛吃了草长成牛,羊吃了草长成羊？让学生思考,从而引出DNA怎样去控制生物性状。提出问题,造成悬念,激发学生的兴趣,使学生主动探索学习。2．过渡：如果我们把生物的具体性状用“信息”来表示，那么，基因的脱氧核苷酸排列顺序就代表遗传信息。牛和羊同吃草原的草,但牛还是牛,羊还是羊的原因,就是牛和羊身上的遗传信息不同,从而所控制的生物性状也不同。总结回答问题,既给学生的悬念,又为下文作承上启下的铺垫。3．提问：遗传信息DNA主要在细胞核而蛋白质的合成则在细胞质的核糖体中进行,遗传信息是怎样传递？去指导蛋白质合成,提问问题让学生思考。提出思考，让学生从学习中找到问题，思考问题，并进一步解决问题。4．接着让学生找出前面所学过的RNA分子（核糖核酸）和DNA分子进行比较。5．打出DNA分子与RNA分子的比较表。6．小结DNA和RNA的不同,指出DNA所携带的遗传信息,就是通过另一种核酸—核糖核酸（RNA）帮忙传递。让学生通过初探,比较,从而搞清楚两者的区别和联系。使抽象的思维具体化,遵循学习的认识规律。从简单到复杂，再从复杂到简单的重复过程。从而让学生掌握重点,并突破难点。7．让学生阅读基因控制蛋白质合成的过程（转录,翻译）13分钟动画演示“转录,翻译”过程两次,让学生有个整体印象。培养学生自学习惯，突出教学过程中的学生为主体的教学思想。8．配合动画引导学生根据预习逐段讲解。注意问题（1）转录,翻译的地点,模板,生成物不同。因为这是一个极其复杂的过程,避免学生在学习过程中相混肴.（2）这个问题的阐明能为后面“密码子”的概念做好铺垫,避免学生搞不清“遗传密码”和“遗传信息”两个概念。9．打出板书。通过动画演示,加深学生的理解和掌握,提高学习效率。10．重播全过程动画,引导学生讲述。7分钟加深认识,完成从量变到质变的飞跃。11．过渡：就这样，以DNA为模板合成信使RNA，再以信使RNA为模板,以转运RNA为运载工具,使氨基酸在核糖体中按照一定的顺序排列起来,合成了与亲代一样的蛋白质,从而显现出与亲代同样的性状。从而引出“中心法则”。第3节遗传密码的破译（选学）1、教材分析遗传密码的破译，就等于编著了一本生命科学的辞典，而这本辞典适应于从细菌到人类的一切生物。这些生物都是按照这本辞典查阅和翻译着自己的蛋白质，又按照这本辞典营造和传递着生命。这一发现是分子生物学和分子遗传学发展中的一个重大里程碑，是20世纪生命科学中最令人激动的巨大成就之一，也是后来蓬勃兴起的基因工程和人类基因组得以实现的基础。遗传密码的破译是高中生物必修2第4章“基因的表达”的一节内容，在教材中本来属于选学内容，但考虑到该内容蕴涵有丰富的科学史探究素材，非常适合学生进行探究性学习活动。通过探究性学习活动，能使学生经历和体验科学探究的过程，体味科学的本质，激发其学习生物学的兴趣，培养学生的生物科学素养，达到知识、能力、情感三者合一的教学目标。2、教学目标1、知识目标：a、遗传密码是如何破译的b、遗传密码有哪些特点2、能力目标：a.从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系训练学生科学推理能力b.通过再现科学史培养学生实验设计与科学探究能力c.通过总结遗传密码的特点训练学生对比分析、归纳总结能力3、情感目标：a.通过再现科学史让学生体验科学方法与科学态度b.通过再现科学史让学生感受科学知识发现过程的艰辛和漫长3、教学重点遗传密码的破译过程4、教学难点运用数学方法及实验方法探究“碱基与氨基酸的对应关系”5、教法学法探究式教学引导学生通过数学方法推理和猜想“碱基与氨基酸的对应关系”；根据科学资料，运用英语词句类比推理“碱基与氨基酸的对应关系”；借鉴科学家的实验方法，小组合作设计实验，探究与体验破译遗传密码的方法和过程。6、教学流程SHAPE\*MERGEFORMAT1、导入新课（问题导入）mRNA是怎样把其中的碱基序列转化为蛋白质中相应氨基酸排列次序的？mRNA的碱基与氨基酸之间是如何对应的？下面将通过同学们的探究性学习活动，研究碱基与氨基酸之间的对应关系。2、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系资料1：mRNA只有4种碱基，而组成蛋白质的氨基酸有20种，这四种碱基是怎么决定蛋白质的20种氨基酸的呢？如果1个碱基决定一个氨基酸，那么4种碱基只能决定4种氨基酸，显然这种组合是不够的。想一想，①如果2个相邻碱基决定一种氨基酸呢？②如果3个相邻碱基决定一种氨基酸呢？③由此分析你认为应该由多少个碱基编码一个氨基酸，4种碱基才足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸？学生通过数学运算、小组讨论、推理猜想，即可确定“理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸”上述结论仅为数学推理，如何证明呢？引入科学资料23、科学实验3.1克里克T4噬菌体实验资料2：上世纪50～60年代，DNA分子结构的发现者克里克研究表明：在T4噬菌体的相关碱基序列中增加或者删除一个碱基，无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也不能产生正常功能的蛋白质；但是，当增加或者删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。为什么会产生这样的现象呢？请分析找出原因提示：把THEFATCATATETHEBIGRAT中的单词看作决定一个氨基酸的密码子THEFATCATATETHEBIGRAT试着插入或删去其中的一个、两个、三个字母，看后面的语意会有什么变化？通过小组推演讨论，会发现只有插入或删去其中的三个字母，后面的语意才不变。究其原因为三个字母组成一个单词。类比推理即可得知：“出现上述现象的原因是，信使RNA上的每三个碱基决定一个氨基酸”。如何破译遗传密码呢？引入资料33.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验资料3：1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。如果是你，如何设计实验破译遗传密码？提示：实验提供有多个试管和20种氨基酸溶液。学生根据资料内容，分组讨论，大胆探究，设计方案。实验方案设计过程面临3个问题：合成怎样的RNA作为模板？需要一组还是多组实验？氨基酸怎样加入？教师引导鼓励，学生思考探究、讨论争辩，达成共识：用单核苷酸人工合成RNA，分多个实验组，分别加入不同的氨基酸，即可破译UUU-苯丙氨酸。上述方法只能破译AAA是赖氨酸的密码子，CCC是脯氨酸的密码子，GGG是甘氨酸的密码子，UUU是苯丙氨酸的密码子。只能确定4种氨基酸的遗传密码，所以密码子中肯定还有2种或3种碱基组合的情况怎样破译其他的遗传密码呢？引入科学资料43.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验4：1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是ACA。如何证明组氨酸和苏氨酸的密码子是ACA还是CAC呢？请设计实验证明。提示：参考霍拉纳的设计方法。学生小组讨论、大胆设想、制定方案、对比分析。设想：再用类似的方法合成含有苏氨酸或组氨酸的多聚体，如果其模板RNA上有ACA或CAC，即可确定。方案：如合成（CAA）n长链，重复上述实验，合成产物为谷氨酰胺、天冬酰胺和苏氨酸的多聚体。将科学家和自己的实验结果对比分析，即可确定ACA是苏氨酸的密码子，CAC是组氨酸的密码子。运用此类方法就可以破译其他氨基酸的遗传密码。所有遗传密码破译之后就等到了课本第65页的密码子表。4、遗传密码的特点请认真阅读密码子表，分析回答下列问题，总结遗传密码的特点。1）、在mRNA上两个密码子之间有无核苷酸隔开？2）、一个氨基酸具有1个、2个还是2个以上的密码子？3）、密码子都决定氨基酸吗？4）、将人的胰岛素基因导入大肠杆菌，控制合成了人的胰岛素，说明什么？分析归纳，表达交流。密码子具有连续性、简并性、通用性小结今天，我们沿着科学家的足迹，运用数学方法和科学实验探究了“氨基酸和碱基之间的数量关系”，获取了破译氨基酸密码子的科学实验方法，在今后的学习中我们要借鉴、创新及运用这些方法来解决生物学问题。板书设计第3节遗传密码的破译1、从数学角度认识碱基与氨基酸的对应关系理论上应该是三个碱基决定一个氨基酸2、科学家破译遗传密码的过程2.1克里克T4噬菌体实验信使RNA上的每3个碱基决定一个氨基酸2.2尼伦伯格和马太的大肠杆菌实验破译了遗传密码AAA、GGG、CCC、UUU3.3霍拉纳的RNA重复序列翻译实验破译了其他遗传密码3、遗传密码的特点连续性、简并性、通用性5、课堂练习6、作业布置假如，我们利用(ACU)n核苷酸长链合成了含有苏氨酸的多肽，那么苏氨酸可能的密码子有哪些？如何运用实验方法确证苏氨酸的密码子究竟是什么？7、教学反思1、教材中丰富的科学史料，是我们在课堂上进行探究性学习活动的良好素材，教师要整理和运用好。千万不要低估学生的思维能力，当学生的思维能力被你想方设法激发出来的时候，你会发现他们的创造力是无穷的。2、探究性学习的目的并不仅仅是问题的解决，更重要的是在探究过程中体验和获取科学研究方法，培养合作与分享的精神以及实事求是的科学态度，锻炼思维能力，提高科学素养。3、学生是学习的主体，教师是引导者。我们要采取措施让学生积极主动地参与到学习活动中来，通过他们的思考、讨论、争辩、合作等活动来获取方法，建构知识。WelcomeToDownload!!!欢迎您的下载，资料仅供参考！5、课堂练习6、布置作业4、遗传密码的特点3、科学家破译遗传密码的过程1、导入新课2、从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系精品资料