发现式教学教学设计《遗传密码的破译》人教.docx

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发现式教学教学设计《遗传密码的破译》人教

《遗传密码的破译》

教学模式介绍：

发现式学习认为，科学家用来解决问题、探究未知的理性策略可以传授给学生。

其模式是在学生积极参与科学探索过程，教师试图模拟科学家解决问题的过程，使学生体会科学家如何面临疑难境，学会搜集和加工资料，最终达到问题的解决，从而获得在真实生活情境中发现问题和解决问题的能力。

发现式教学的课程环节：

激趣导学——目标导学——导思点拨——设问寻疑——诊断反馈——拓展延伸

设计思路说明：

多媒体展示：

摩尔斯密码，让同学们观察，展开讨论，提问：

Wherearegeneslocated？

激发学生积极讨论，引入教学主题：

遗传密码的破译。

根据教材的实际需求把要完成的教学内容分解成层次由浅入深的各个小目标，让学生去感知教材，链接生活，最大限度的使学生动口、动手、动脑，把学习的主动权交给学生。

本节课利用多媒体资源对学生进行引导，让学生一边思考一边小结本节课的知识结构，起“温故而知新”的作用。

更重要的是让学生把新知识与旧知识联系，形成新的概念，在自己的认知结构中进行重组，完善知识结构。

教师按小组巡视并检查学生对问题的解决情况，收集学生的学习信息，及时引导，点拨，利用教学中预设的各个层次的问题，引导学生积极思考，养成良好的思维习惯。

诊断反馈环节是贯穿本模式的一条主线。

从形式上看，练既可以是综合、书面的，也可以是整体、口头的；

从内容上看，既可以是知识掌握，也可以是思维训练；既可以是巩固强化，也可以迁移延伸；

从教学程序上看，主要是安排在新课结束后巩固所学、迁移知识、培养能力，但也可以安排在新课开始前的导入性训练。

“大教学观”指出，要让课堂教学向课外延伸，指导学生开展相关的课外实验，丰富教学内容，培养学生的多种能力。

通过延伸使知识系统化，条理化，提升认识水平，为进一步获得生物知识奠定良好的技能与心理基础。

教材分析

本节内容在课标中属选学部分，是为了满足学生

多样化的需求而设计的；面向基础较好、学有余力的选修学生分通过充分利用教材中的学习化课程资源,来调动学生的探究兴趣。

本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。

学生在第1节中已经学习了遗传密码，但并不了解遗传密码是如何破译的，本节引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程学习其中蕴含的科学研究方法。

在教学中教师采用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，小组合作设计实验方案，探究与体验破译遗传密码的方法和过程

。

采用类比的学习方法，使复杂的问题更容易理解；以分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法。

教学目标

【知识与能力目标】

1．说出遗传密码的阅读方式。

2．说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验证据，尼伦伯格和马太的蛋白质的体外合成实验。

【过程与方法目标】

1．感受和重温科学家的思维历程。

2．学会运用类比的学习方法。

【情感态度价值观目标】

1．对科学家那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思表达敬佩。

2．认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。

教学重难点

【教学重点】

三个碱基决定一个氨基酸这一结论的探索过程。

【教学难点】

重叠阅读方式和非重叠阅读方式。

课前准备

1、多媒体课件；

2、学生完成相应预习内容；

3、学生课前查阅相关背景资料，搜集有关资料。

教学过程：

一、激趣导学

“兴趣是最好的老师”。

学习兴趣是学习动机中的重要成分，是学习动机中最现实，最活跃的因素。

是推动学生产生寻求知识，从事学习活动的强大心理动因。

多媒体展示：

摩尔斯密码，让同学们观察，展开讨论，提问：

Wherearegeneslocated？

激发学生积极讨论，引入教学主题：

遗传密码的破译。

二、目标导学

“教是为了达到不需要教”。

叶圣陶先生认为：

“教师当然需教，而尤宜致力于‘导’。

导者，多方设法”。

怎样“教”呢？

布卢姆在“教育目标分类学”中指出：

欲使学生在课堂教学中愉快学习，主动获取知识，在目标意识驱使下，产生永恒的“内驱力”。

显然，“导学”环节就成为“六环节”模式中最核心的部分；也是一堂课中“时间篇幅”最长的一段。

【目标分解】

1.遗传密码是如何破译的？

2.遗传密码有哪些特点？

三、导思点拨

在目标导学环节后，利用多媒体资源对学生进行引导，让学生一边思考一边学习，起到加强印象的作用。

更重要的是让学生把新知识与旧知识联系，形成新的概念，在自己的认知结构中进行重组，完善知识结构，总结学习方法。

符合“认知——思考——再认知”的认知规律。

【讲授新知】

通过给同学给同学们投影科学家伽莫夫的有关事迹，他在《自然Nature》杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸，开始本节课内容。

一、遗传密码的阅读方式

我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？

“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。

那DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？

或者说DNA是如何决定蛋白质？

这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。

对于遗传密码来说最简单的破译方法应是将DNA顺序或mRNA顺序和多肽相比较。

但和一般破译密码不同的是，遗传信息的译文——蛋白的顺序是已知的，未知的都是密码。

1954年Sanger用纸层析分析了胰岛素的结构后，对蛋白质的氨基酸序列了解得越来越多。

但是直到1969年前后经历了十多年时间，多位科学家的执着研究才破译了密码，其中最为重要的几项工作其思路之新颖、方法之精巧都闪烁着科学的智慧之光。

人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？

以重叠和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢？

1、非重叠的方式阅读

2、重叠的方式阅读

实例比较：

结论：

以非重叠方式阅读可编码4个氨基酸，以重叠方式阅读可编码10个氨基酸。

思考：

遗传密码以哪种方式进行阅读呢？

基因的片段…GGTTCGCACGCT…

改变1个碱基…GGTACGCACGCT…

当图中DNA的第四个碱基（T）发生改变时，如果密码是非重叠的，这一改变将影响1

个氨基酸，如果是重叠的又将影响3个氨基酸。

PPT投影：

基因的片段…GGTTCGCACGCT…

插入1个碱基：

…GGTATCGCACGCT…

插入2个碱基：

…GGTAATCGCACGCT…

插入2个碱基：

…GGTAAATCGCACGCT…

非重复阅读是：

当插入1个碱基,将影响插入部位后面所有的氨基酸

当插入2个碱基,将影响插入部位后面所有的氨基酸

当插入3个碱基,将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸

重复阅读是：

当插入1个碱基,将影响3个氨基酸

当插入2个碱基,将影响4个氨基酸

当插入3个碱基,将会在5个氨基酸

二、克里克的实验证据

1961年，克里克对T4噬菌体DNA上的一个基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。

 通过这样的方法他们发现加入或减少1个和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。

为什么会这样呢？

这只能解释为：

遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。

还同时表明:

遗传密码从一个固定的起点开始,以非重叠的方式阅读,编码之间没有分隔符。

克里克是第一个用实验证明遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸的科学家。

这个实验还同时表明：

遗传密码从一个固定的起点开始,以非重叠的方式阅读，编码之间没有分隔符。

提问：

如何确定64个密码子分别对应哪种氨基酸呢？

三、遗传密码对应规则的发现

PPT投影：

1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei）的实验 。

结果：

加苯丙氨酸的试管中出现了多肽链。

这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。

这是第一个遗传密码子被破译。

尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！

在接下来的六七年里，科学家沿着体外合成蛋白质的思路，不断地改进实验方法，破译出了全部的密码子，并编制出了密码子表。

这项工作成为生物学史上的一个伟大的里程碑！

为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。

思考：

1、上述实验中为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRA？

（细胞中原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；细胞中原有的DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验的结果，因此要除去。

）

2、如果你是尼伦伯格或马太，你将如何设计对照组的实验，确保你的重大发现得到同行的认可？

（作为对照实验的试管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外，其它所有成分都与实验组的试管相同。

）

小结

我们注意整个破译过程中科学家思维的变化，伽莫夫通过数学的排列组合的计算来推测密码子是由三个碱基组成的，克里克则是巧妙地设计实验，使DNA增加或减少碱基的方法从实验上证明了伽莫夫的三联体密码子的推测，由理论走向实验，为密码子的破译迈出重要的一步。

而尼伦伯格的实验则更富有创新性，他建立巧妙的无细胞系统进行体外蛋白质合成，成功地破译了第一个密码子，随后的方法不断创新最终破译了所有的密码子。

他的贡献不仅仅在于对遗传密码的破译，更重要的也在对生物研究方法上开启了新的思维方式。

归结起来，我们看到，敏锐、大胆、睿智和创新是科学家的重要素养，也正如尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获奖时说的：

一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。

四、设问寻疑

通过目标导学和导思点拨环节后，完成了教学的基本目标，解决了学生带共性的问题，但每个学生都是一个世界，他们难免还存在着个别特殊问题，所以安排一定时间接受质疑、咨询、解惑，实现因材施教。

教师按小组巡视并检查学生对问题的解决情况，收集学生的学习信息，及时引导，点拨，利用教学中预设的各个层次的问题，引导学生积极思考，养成良好的思维习惯。

设问：

比较克里克与尼伦柏格所采用的实验方法，想一想这两种方法的主要思路有什么样的不同？

提示：

五、诊断反馈

诊断反馈环节是一个灵活而流动的环节，是贯穿本模式的一条主线。

从形式上看，练既可以是综合、书面的，也可以是整体、口头的；既可以是说，也可以是听；既可以是知识掌握，也可以是思维训练；既可以是独立作业，也可以是集体讨论。

从内容上看，既可以是知识掌握，也可以是思维训练；既可以是巩固强化，也可以迁移延伸。

从教学程序上看，虽然主要是安排在新课结束后巩固所学、迁移知识，培养能力，但也可以安排在新课开始前的导入性训练；还可以安排在新课进行中的发现性训练或强化训练。

【课堂诊断】

1、在下列基因的改变中，合成出具有正常功能蛋白质的可能性最大的是：

（C）

A．在相关的基因的碱基序列中删除或增加一个碱基

B．在相关的基因的碱基序列中删除或增加二个碱基

C．在相关的基因的碱基序列中删除或增加三个碱基对

D．在相关的基因的碱基序列中删除或增加四个碱基对

2、采用蛋白质体外合成的技术揭示遗传密码实验中，改变下列哪项操作，即可测出全部的遗传密码与氨基酸的对应规则（B）

A．无DNA和mRNA细胞的提取液

B．人工合成的多聚核苷酸

C．加入的氨基酸种类和数量

D．测定多肽链中氨基酸种类的方法

3.在遗传密码子的阅读方式验证实验中，克里克没有证明的是（　D　）

A.3个碱基决定一个氨基酸

B.遗传密码从一个固定起点开始，无间隔

C.遗传密码以非重叠的方式阅读

D.遗传密码与氨基酸之间的对应关系

4.尼伦伯格和马太采用蛋白质的体外合成技术进行的实验没有说明（　D　）

A.多聚尿嘧啶核苷酸导致了多聚苯丙氨酸的合成

B.尿嘧啶的碱基序列编码由苯丙氨酸组成的肽链

C.结合克里克的研究成果，得出与苯丙氨酸对应的密码子是UUU

D.细胞提取液中的遗传信息控制合成了多聚苯丙氨酸的肽链

六、拓展延伸

此环节属于延伸阶段，“大教学观”指出，要让课堂教学向课外延伸，指导学生开展相关的课外实验，丰富教学内容，培养学生的多种能力。

生物学科本身就是一门实验性的自然学科。

通过课外生物实践培养学生热爱生命、热爱科学、热爱自然的情感。

通过延伸使知识系统化，条理化，提升认识水平，为进一步获得生物知识奠定良好的技能与心理基础。

遗传密码子的性质

1、不间断性

mRNA的三联体密码是连续排列的，相邻密码之间无核苷酸间隔。

所以若在某基因编码区（能指导蛋白质合成的区域）的DNA序列或mRNA中间插入或删除1~2个核苷酸,则其后的三联体组合方式都会改变,不能合成正常的蛋白质.

2、不重叠性

对于特定的三联体密码而言，其中的每个核苷酸都具有不重叠性。

例如如果RNA分子UCAGACUGC的密码解读顺序为:

UCA、GAC、UGC,则它不可以同时解读为:

UCA、CAG、AGA、GAC……等.不重叠性使密码解读简单而准确无误.并且,当一个核苷酸被异常核苷酸取代时,不会在肽链中影响到多个氨基酸.

3、简并性

绝大多数氨基酸具有2个以上不同的密码子，这一现象称做简并性，编玛相同氨基酸的密码子称同义密码子。

由于兼并性,某些DNA碱基变化不会引起相应蛋白质的氨基酸序列改变。

4、通用性

除线粒体的个别密码外，生物界通用一套遗传密码，细菌、动物和植物等不同物种之间，蛋白质合成机制及其mRNA都是可以互换的。

例如，真核生物的基因可以在原核生物中表达，反之亦然。

5、起始码与终止码 UAG、UAA、UGA为终止码，它们不为任何氨基酸编码，而代表蛋白质翻译的终止。

AUG是甲硫氨酸的密码，同时又是起始密码。

教学反思

教学无定法，贵在得法。

学习和运用教学模式，应当着重把握其明晰的教学思想，追求神似而不拘泥于形式。

我探索构建的“六环节”课堂教学模式，力求体现“授之以渔”，其指导思想是明晰，那就是让学生“学会学习、学会生存、学会与人共处、学会发现”。

由于教学过程的千变万化和教学对象的千差万别，这一模式也必然会在教学实践中不断丰富和完善。

教师要善于充分挖掘每个模式的教学功能，避免陷入教学模式单一僵化的误区，不断整合与创建新的教学模式，努力构建和谐课堂。

本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。

学生在第1节中已经学习了遗传密码，但并不了解遗传密码是如何破译的，本节引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程学习其中蕴含的科学研究方法。

采用类比的学习方法，使复杂的问题更容易理解。

以分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法。