《遗传密码的破译》教学设计 张志影辽宁省葫芦岛市实验高中125000 、教学设计思路 依据高中生物核心素养、素质教育理论和学生主体理论,充分利用教材提供的素材,采 用探究式教学方法,变经典教学模式为探究性教学,通过学生的研究性学习展开对遗传密码 破译过程的探究,以激发学生课前的求知欲;培养学生收集信息、处理信息、综合分析的能 力。以较小的知识密度换取学生更多的能力训练:通过用数学方法来解释碱基序列与氨基酸 对应关系的硏究,体现了生物学科与数学学科核心素养的交流,从而做到在向学生传授科学 知识的同时,兼顾科学态度、科学情感、科学技能的培养,提高学生的科学素质,力求体现 主体性、过程性、发展性的教育思想 、教学分析 一)、教材分析 教材中本节内容为选学内容,虽然新课标中也没有具体的要求,但本节内容是对科学史 的介绍,其最重要的教学价值在于:让学生学习其中蕴含的科学研究方法,学习科学家的那 种敏感、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思,开拓学生的思维方式,培养学生具有科学 家的思维素养。从这个角度来说“遗传密码”的破译过程又与新课标的要求是非常吻合的, 是对学生进行科学史教育的难得好材料。 (二)、学情分析 学生在学习遗传密码破译之前,已学过基因控制蛋白质的合成—基因的表达和中 法则,已经掌握基因与蛋白质的关系。在已有知识基础上,通过莫尔斯密码破译的启示及结 合课堂的探究活动,对遗传密码会有更深入的认识,也有助于对基因的表达的理解。 (三)、教学条件分析 我校是辽宁省葫芦岛市直普通高中,具有先进的教学设备及丰富的教学参考资料,教学 可充分利用多媒体辅助教学,在激发起学生浓厚的学习兴趣的同时做到高效教学。 (四)、教学重点 1.数学方法解决碱基与氨基酸的对应关系 2.遗传密码的破译过程 (五)、教学难点 尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验 三、教学目标 1.知识目标 (1)说出遗传密码的阅读方式 (2)说出遗传密码的破译过程 2.能力目标 (1)重温和感受科学家的科学探究历程 (2)学习类比的方法 3.情感、态度、价值观 (1)形成对科学家巧妙、创新的科学精神的敬佩感。 (2)认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义 四、教学策略与手段 1.教学方法:讲授法、小组讨论法、提问法、练习法、让学生完成习题后,进行教学反馈 五、教学过程 第1页
第 1 页 《遗传密码的破译》教学设计 张志影 辽宁省葫芦岛市实验高中 125000 一、教学设计思路 依据高中生物核心素养、素质教育理论和学生主体理论，充分利用教材提供的素材，采 用探究式教学方法，变经典教学模式为探究性教学，通过学生的研究性学习展开对遗传密码 破译过程的探究，以激发学生课前的求知欲；培养学生收集信息、处理信息、综合分析的能 力。以较小的知识密度换取学生更多的能力训练；通过用数学方法来解释碱基序列与氨基酸 对应关系的研究，体现了生物学科与数学学科核心素养的交流，从而做到在向学生传授科学 知识的同时，兼顾科学态度、科学情感、科学技能的培养，提高学生的科学素质，力求体现 主体性、过程性、发展性的教育思想。 二、教学分析 （一）、教材分析 教材中本节内容为选学内容，虽然新课标中也没有具体的要求，但本节内容是对科学史 的介绍，其最重要的教学价值在于：让学生学习其中蕴含的科学研究方法，学习科学家的那 种敏感、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思，开拓学生的思维方式，培养学生具有科学 家的思维素养。 从这个角度来说“遗传密码”的破译过程又与新课标的要求是非常吻合的， 是对学生进行科学史教育的难得好材料。 （二）、学情分析 学生在学习遗传密码破译之前，已学过基因控制蛋白质的合成-----基因的表达和中心 法则，已经掌握基因与蛋白质的关系。在已有知识基础上，通过莫尔斯密码破译的启示及结 合课堂的探究活动，对遗传密码会有更深入的认识，也有助于对基因的表达的理解。 （三）、教学条件分析 我校是辽宁省葫芦岛市直普通高中，具有先进的教学设备及丰富的教学参考资料，教学 可充分利用多媒体辅助教学，在激发起学生浓厚的学习兴趣的同时做到高效教学。 （四）、教学重点 1. 数学方法解决碱基与氨基酸的对应关系。 2. 遗传密码的破译过程。 （五）、教学难点 尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。 三、教学目标 1．知识目标 （1）说出遗传密码的阅读方式。 （2）说出遗传密码的破译过程。 2．能力目标 （1）重温和感受科学家的科学探究历程。 （2）学习类比的方法。 3．情感、态度、价值观 （1）形成对科学家巧妙、创新的科学精神的敬佩感。 （2）认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。 四、教学策略与手段 1．教学方法：讲授法、小组讨论法、提问法、练习法、让学生完成习题后，进行教学反馈。 五、教学过程
教学内容 教学媒体课堂上的师生活动 设计意图 教师:[问题探讨]展示教材P 莫尔斯密码表及相关问题, 学生回答:译成英文为: Where are genes located.?中文意思 基因在哪? 教师:如果没有密码表。能根 据莫尔斯密码写成的句子及 其对应的英文,破译遗传密码 吗? 导入:莫尔斯密码 投影学生回答:能 引起兴趣 教师:一些生物学家从莫尔斯 密码中获得了重要启示,并最 终破译了全部遗传密码。今天 我们就学习一下遗传密码的 破译 教师活动:板书:遗传密码的 破译 碱基序列与氨基酸的对 用类比的方法,引入遗传密码的破译方法 应关系 投影学生活动,分组动手完成碱基 序列图,讨论碱基序列与氨基 酸对应关系。教师总结 指导学生阅读教材P~P锻炼学生培养自主解决问题能力,同时体会下 遗传密码的破译过程 内容,完成老师提出的3个小遗传密码破译过程的创新精神和科学的严谨 问题。 伽莫夫G. Amor对破译密 领悟伽莫夫G. Amor对破译密码的设想的合 码的设想 教师呈现思考题,学生讨论 第2页
第 2 页 教学内容 教学媒体 课堂上的师生活动 设计意图 导入:莫尔斯密码 投影 教师:[问题探讨]展示教材 P73 莫尔斯密码表及相关问题， 学生回答：译成英文为：Where are genes located.？中文意思： 基因在哪？ 教师：如果没有密码表。能根 据莫尔斯密码写成的句子及 其对应的英文，破译遗传密码 吗？ 学生回答：能。 教师：一些生物学家从莫尔斯 密码中获得了重要启示，并最 终破译了全部遗传密码。今天 我们就学习一下遗传密码的 破译。 教师活动：板书：遗传密码的 破译 引起兴趣 一、碱基序列与氨基酸的对 应关系 投影 学生活动，分组动手完成碱基 序列图，讨论碱基序列与氨基 酸对应关系。教师总结 用类比的方法，引入遗传密码的破译方法 二、遗传密码的破译过程 投影 指导学生阅读教材 P73~~ P75 内容，完成老师提出的 3 个小 问题。 锻炼学生培养自主解决问题能力，同时体会下 遗传密码破译过程的创新精神和科学的严谨 性。 伽莫夫 G．Gamor 对破译密 码的设想 投影 教师呈现思考题，学生讨论 领悟伽莫夫 G．Gamor 对破译密码的设想的合 理性
教师呈现: GG TTCGCACGCT 这一段碱基序列,重复阅读和 非重复阅读两种方式,呈现两理解遗传密码以不同方式的阅读将产生不同 遗传密码的阅读方式 投影图片道思考题(改变第三个碱基序的阅读结果,为理解遗传密码的正确阅读方式 T的影响,在第三个碱基序列 做准备 T后增加或减少1或2或3个 减基序列的影响是什么?) 教师陈述克里克的实验结果 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通过教师讲述实验证据,根据前述推导,由学 克里克的实验证据 减少1个和2个碱基都会生归纳出结论:“遗传密码中3个碱基编码 投影引起噬菌体突变,无法产生正|个氨基酸:遗传密码从一个固定的起点开始 功能的蛋白质,而加入或减以非重叠的方式阅读:编码之间没有分隔符。” 少3个碱基时却可以合成正常 功能的蛋白质。 生归纳产生这样结果的原 教师讲述克里克的结果并没 有破译密码,呈现尼伦伯格和 马太的创新性技术:蛋白质体 外合成技术,并且成功破译了 遗传密码,提问此项技术的科引导学生领会科学家的科学研究方法,学习科 遗传密码对应规则的发现投影 性是什么? 学家的那种敏感、睿智和创新的精神还有那种 学生讨论回答 巧妙的构思。 教师讲述:后来一些科学家在 1961年成功破译了全部的遗 传密码。 分析科学真理发现的原 遗传密码破译历程: 1.1954年科普作家伽莫夫用 数学的方法推断3个碱基编码 一个氨基酸。 2.1961年克里克第一个用T4 噬菌体实验证明了遗传密码形成对遗传密码破译历程总体的印象,感受科 小结 中3个碱基编码一个氨基酸。学的进步是经过许多科学家经过艰辛的努力 3.961年尼伦伯格和马太利 和创造性思维实现的 用无细胞系统进行体外合成 破译了第一个遗传密码 4.1969年科学家们破译了全 部的密码 学生总结 第3页
第 3 页 遗传密码的阅读方式 投影图片 教师呈现：GGTTCGCACGCT 这一段碱基序列，重复阅读和 非重复阅读两种方式，呈现两 道思考题（改变第三个碱基序 T 的影响，在第三个碱基序列 T 后增加或减少 1 或 2 或 3 个 碱基序列的影响是什么？）。 学生回答 理解遗传密码以不同方式的阅读将产生不同 的阅读结果，为理解遗传密码的正确阅读方式 做准备 克里克的实验证据 投影 教师陈述克里克的实验结果： 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。 学生归纳产生这样结果的原 因。 通过教师讲述实验证据，根据前述推导，由学 生归纳出结论：“遗传密码中 3 个碱基编码１ 个氨基酸；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。” 遗传密码对应规则的发现 投影 教师讲述克里克的结果并没 有破译密码，呈现尼伦伯格和 马太的创新性技术：蛋白质体 外合成技术，并且成功破译了 遗传密码，提问此项技术的科 学性是什么？ 学生讨论回答。 教师讲述：后来一些科学家在 1961 年成功破译了全部的遗 传密码。 分析科学真理发现的原因。 引导学生领会科学家的科学研究方法，学习科 学家的那种敏感、睿智和创新的精神还有那种 巧妙的构思。 小结 投影 遗传密码破译历程： 1.1954 年科普作家伽莫夫用 数学的方法推断 3 个碱基编码 一个氨基酸。 2.1961 年克里克第一个用 T4 噬菌体实验证明了遗传密码 中 3 个碱基编码一个氨基酸。 3.1961 年尼伦伯格和马太利 用无细胞系统进行体外合成 破译了第一个遗传密码。 4.1969 年科学家们破译了全 部的密码。 学生总结 形成对遗传密码破译历程总体的印象，感受科 学的进步是经过许多科学家经过艰辛的努力 和创造性思维实现的
学生练习 (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 A.在相关的基因的碱基序列 中删除或增加一个碱基对 B.在相关的基因的碱基序列 中删除或增加二个碱基对 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)最早提出3个碱基编码 个氨基酸的科学家和首次 用实验的方法加以证明的科 投影学家分别是:() 巩固知识 A克里克、伽莫夫 B.克里克、沃森式化 摩尔根、尼伦伯格 D.伽莫夫、克里克 (3)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:( A.无DNA和mRNA细胞的 提取液 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 1遗传密码的种类: 2.起始密码子: 3终止密码子: 果后作业 投影4一种密码子对应几种氨基酸进一步巩固知识,为后面内容学习做铺垫 5.一种氨基酸是不是只能对应 种密码子 1地球上所有生物共用一套密 码子说明了什么?可以从细 后猜想 投影胞学、进化等观点讨论 增强学生对生物奥秘的兴趣 2在细胞中是否存在着其它类 型密码? 第4页
第 4 页 练习 投影 学生练习 （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（ ） A．在相关的基因的碱基序列 中删除或增加一个碱基对 B．在相关的基因的碱基序列 中删除或增加二个碱基对 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）最早提出 3 个碱基编码 一个氨基酸的科学家和首次 用实验的方法加以证明的科 学家分别是：（ ） A 克里克、伽莫夫 B．克里克、沃森式化 C 摩 尔 根 、 尼 伦 伯 格 D．伽莫夫、克里克 （3）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：( ) 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 巩固知识 课后作业 投影 1.遗传密码的种类： 2.起始密码子： 3.终止密码子： 4.一种密码子对应几种氨基酸 5.一种氨基酸是不是只能对应 一种密码子 进一步巩固知识，为后面内容学习做铺垫 课后猜想： 投影 教师呈现问题： 1.地球上所有生物共用一套密 码子说明了什么？可以从细 胞学、进化等观点讨论。 2.在细胞中是否存在着其它类 型密码？ 增强学生对生物奥秘的兴趣
板书设计: 43遗传密码的破译 、碱基序列与氨基酸序列的对应关系 □ mRN亡G、C、U 约20种 增佧名严的破译过程 ①遗传密码:3个碱基→一个氨基酸 ②阅读方式:非重叠 ③蛋白质体外合成技术: UUU→苯丙氨酸 第5页
第 5 页 板书设计： 4.3 遗传密码的破译 一、碱基序列与氨基酸序列的对应关系 mRNA(A、G、C、U) 氨基酸 二、遗传密码的破译过程 ①遗传密码：3 个碱基→一个氨基酸 ②阅读方式：非重叠 ③蛋白质体外合成技术： UUU→苯丙氨酸 约 20 种