人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第1节 DNA是主要的遗传物质教学设计

第三章 基因的本质 3.1 DNA是主要的遗传物质B

教材分析

“DNA是主要的遗传物质”一节是人教版新课标教材必修2《遗传与进化》第3章第1节的内容，是继前两章学习了“遗传因子的发现”和“基因和染色体的关系”后，对有关细胞学基础（有丝分裂、减数分裂和受精作用）、染色体在前后代遗传中所起的联系作用、染色体的主要成分是DNA和蛋白质等知识有了一定的理解后来学习的。在相当长的时间里，人们一直把蛋白质作为遗传物质，那么，遗传物质到底是DNA还是蛋白质呢？教材在此埋下伏笔，然后通过两个经典实验证明了DNA是遗传物质，最后列举少数生物只有RNA而没有DNA的事实，得出“DNA是主要的遗传物质”这一结论。

本节课的教学内容涉及的实验，在现有的实验室条件下是不可能完成的，只有尝试采用引导探究式的教学方法，通过创设自主合作的学习情景、平等融洽的人际环境，激发学生的学习积极性，学生不是被动地接受知识，而是积极主动地走进科学家的探究历程，在观察和思考中，愉快地学习，处于主体地位。本节内容既对前两章的基因的有关知识作本质性的阐述，也下启后三节关于DNA分子的结构、复制和遗传效应等，具有承上启下的作用。

教学目标

一、知识与技能

1．总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程。

2．知道肺炎双球菌转化实验和“同位素标记法”研究噬菌体侵染细菌所采取的方法是目前自然科学研究的主要方法。

3．理解DNA是主要的遗传物质。

二、过程与方法

1．通过肺炎双球菌的转化实验，训练学生逻辑思维的能力。

2．用“同位素标记法”来研究噬菌体侵染细菌的实验说明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质，训练学生由特殊到一般的归纳思维能力。

三、情感、态度与价值观

遗传物质主要是DNA，也有RNA，这从遗传和变异的角度，强调了生命的物质性，有利于辩证唯物主义世界观的树立。

教学重点

1．肺炎双球菌转化实验。

2．噬菌体侵染细菌的实验。

通过对细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程的学习，认识到染色体在生物的传宗接代中具有重要作用。染色体含有哪些化学物质呢？科学家们通过分析发现：染色体中含有DNA和蛋白质两种成分。生物体的遗传物质是DNA还是蛋白质呢？

二、新课教学

引导学生完成 “问题探讨”并提示。

提示：

1．（1）具有贮存大量遗传信息的潜在能力；

（2）能够指导蛋白质合成，从而控制生物的性状和新陈代谢的过程；

（3）在细胞生长和繁殖的过程中能够精确地复制自己，使得前后代具有一定的连续性；

（4）结构比较稳定，但在特殊情况下又能发生突变，而且突变以后还能继续复制，并能遗传给后代。

遗传物质必须稳定，要能贮存大量的遗传信息，可以准确地复制出拷贝，传递给下一代等。

2．这是一道开放性的题，答案并不惟一，只要提出正确的思路即可。

（一）对遗传物质的早期推断

问：20世纪20年代，人们为什么会认为蛋白质是遗传物质？到20世纪30年代呢？同学生一道带着这些问题阅读课本P42、43。

（二）肺炎双球菌的转化实验

人们发现DNA是主要遗传物质的过程。媒体展示由氨基酸形成蛋白质的结构图，引导学生思考：氨基酸多种多样的排列顺序，可能就蕴含着遗传信息。从而让学生沿着科学史的发展轨迹分析问题，顺利进入“肺炎双球菌的转化实验”的学习和探究。

第一个实验：肺炎双球菌转化实验。媒体展示格里菲思的肺炎双球菌转化实验（4组，见教材43页），并提出问题，要求学生讨论、观察并用语言描述实验过程。最后得出结论，以培养学生的语言组织能力、观察能力和分析问题的能力、处理信息和归纳总结能力以及合作精神。 学生结合肺炎双球菌转化实验进行分组讨论，设计实验方案，进行实验探究；然后汇报交流实验方案和实验现象、分析原因。

第二个实验：媒体投影肺炎双球菌转化实验的艾弗里实验，进行比较分析，进一步巩固实验的设计思路和相关的结论。这样将格里菲思的实验和艾弗里的实验分开，前者呈现出来，让学生根据实验分析问题得出结论，后者要求学生自己去讨论、探究，在合作的前提下拿出实验设计的方案或者是想法，让学生在这个讨论并探究的过程中体会实验的设计思路，再对照艾弗里和他的同事们的实验，学生就会发现，自己也可以做科学家。进一步培养了学生探究问题与设计实验的能力及创新意识。

通过确凿的实验证据首先向遗传物质是蛋白质的观点提出挑战的是美国科学家艾弗里，而艾弗里的实验又在英国科学家格里菲思的肺炎双球菌转化实验的基础上进行。

请看这个著名的经典实验：

出示R型细菌和S型细菌的菌体和菌落图，让学生对图指出何者是R型菌体？何者是S型菌体？菌落各是怎样？毒性呢？以加深学生对两种细菌的了解。

问：①肺炎双球菌的转化实验分哪几个步骤？各看到哪些现象？②第四组的实验结果说明了什么？③艾弗里及其同事的设计思路是什么？他们的研究结果说明了什么？

学生阅读教材P43～P44，边看书边看图解，回答上述问题。

（1） 体内转化   1928年   英国    格里菲思

① 活R，无毒                             活小鼠

② 活S，有毒                   小鼠      死小鼠

③ △杀死的S，无毒                       活小鼠

④ 活R + △杀死的S，无毒                 死小鼠

       转化因子是什么？           （②④分离出活S）

在肺炎双球菌的转化实验中，为什么加热杀死的S型细菌还能使R型活细菌转化为S型活细菌？

蛋白质和核酸对于高温的耐受力是不同的。在80~100℃的温度范围内，蛋白质将会失活，DNA双链将解开；当温度降至55℃左右时，DNA双链能够重新恢复，但蛋白质的活性却不能恢复。

（2）体外转化   1944年   美国   艾弗里

     多糖或蛋白质+R型培养基      R型

活S  DNA + R型 培养基           R型 + S型

      DNA＋DNA酶+R型培养基     R型

          转化因子是DNA 。

（三）噬菌体侵染细菌的实验

课件展示赫尔希和蔡斯所做的噬菌体侵染细菌的实验（教材第45页）。让学生分组观察、讨论并用语言描述实验过程。提出问题供学生讨论，学生观察、分析、讨论问题过程中，教师深入小组成员中参与讨论。讨论之前可先阐明T2噬菌体的结构特点、寄生方式，以及同位素示踪技术，再引导学生结合投影对实验结果进行比较分析，从而进一步确认DNA是遗传物质。

有关问题如下：

①该实验用了什么方法？在什么探究中还用过此方法？

②用35S、32P标记物质的理论基础是什么？能否用14C和18O进行标记？

③如果实验用上述方法进行，测试的结果如何？表明了什么？

旁栏思考题

提示：因为硫仅存在于T2噬菌体的蛋白质组分中，而磷则主要存在于 DNA的组分中。用14C和18O等元素是不可行的，因为 T2噬菌体的蛋白质和DNA分子的组分中都含有这两种元素。

思考与讨论（P46）

提示：1．细菌和病毒作为实验材料，具有的优点是：（1）个体很小，结构简单，容易看出因遗传物质改变导致的结构和功能的变化。细菌是单细胞生物，病毒无细胞结构，只有核酸和蛋白质外壳。（2）繁殖快。细菌20~30 min就可繁殖一代，病毒短时间内可大量繁殖。

2．最关键的实验设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地、直接地去观察DNA或蛋白质的作用。

3．艾弗里采用的主要技术手段有细菌的培养技术、物质的提纯和鉴定技术等。赫尔希采用的主要技术手段有噬菌体的培养技术、同位素标记技术，以及物质的提取和分离技术等（学生可能回答出其他的技术，但只要回答出上述主要技术就可以）。

科学成果的取得必须有技术手段做保证，技术的发展需要以科学原理为基础，因此，科学与技术是相互支持、相互促进的。

从实验过程可得出以下结论：

（1）DNA是转化因子，是遗传物质，而蛋白质不是。（因为艾弗里及其同事对S型细菌中的物质进行了提纯和鉴定，他们将提纯的DNA、蛋白质和多糖等物质分别加入到培养了R型细菌的培养基中，结果发现：只有加入DNA，R型细胞才能够转化为S型细菌。）

（2）遗传物质是DNA。（因为DNA进入了细菌体内复制，并复制合成自身的蛋白质。所以在子代噬菌体内，没有亲代噬菌体内蛋白质被标记的元素。）

三、归纳总结

从三个实验的结论中，拓展出下列规律：

（1）在具有细胞结构的生物体内，有DNA和RNA两种核酸，DNA是遗传物质；

（2）非细胞结构的生物体内，只有一种核酸，只有一种遗传物质，即DNA或RNA；

（3）只有少数几种病毒以RNA作为遗传物质，因此，DNA是主要的遗传物质；

（4）染色体是DNA的主要载体：DNA主要存在于细胞核中，并与蛋白质结合形成染色体；

（5）遗传物质控制蛋白质的合成，并由蛋白质表达遗传信息。