發(fā)現(xiàn)式教學【教學設計】《遺傳密碼的破譯》（人教）.docx

遺傳密碼的破譯教學模式介紹：發(fā)現(xiàn)式學習認為，科學家用來解決問題、探究未知的理性策略可以傳授給學生。其模式是在學生積極參與科學探索過程，教師試圖模擬科學家解決問題的過程，使學生體會科學家如何面臨疑難境，學會搜集和加工資料，最終達到問題的解決，從而獲得在真實生活情境中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。發(fā)現(xiàn)式教學的課程環(huán)節(jié)：激趣導學目標導學導思點撥設問尋疑診斷反饋拓展延伸設計思路說明：多媒體展示：摩爾斯密碼，讓同學們觀察，展開討論，提問：Where are genes located？激發(fā)學生積極討論，引入教學主題：遺傳密碼的破譯。根據(jù)教材的實際需求把要完成的教學內(nèi)容分解成層次由淺入深的各個小目標，讓學生去感知教材，鏈接生活，最大限度的使學生動口、動手、動腦，把學習的主動權交給學生。本節(jié)課利用多媒體資源對學生進行引導，讓學生一邊思考一邊小結本節(jié)課的知識結構，起“溫故而知新”的作用。更重要的是讓學生把新知識與舊知識聯(lián)系，形成新的概念，在自己的認知結構中進行重組，完善知識結構。教師按小組巡視并檢查學生對問題的解決情況，收集學生的學習信息，及時引導，點撥，利用教學中預設的各個層次的問題，引導學生積極思考，養(yǎng)成良好的思維習慣。診斷反饋環(huán)節(jié)是貫穿本模式的一條主線。 從形式上看，練既可以是綜合、書面的，也可以是整體、口頭的； 從內(nèi)容上看，既可以是知識掌握，也可以是思維訓練；既可以是鞏固強化，也可以遷移延伸；從教學程序上看，主要是安排在新課結束后鞏固所學、遷移知識、培養(yǎng)能力，但也可以安排在新課開始前的導入性訓練。 “大教學觀”指出，要讓課堂教學向課外延伸，指導學生開展相關的課外實驗，豐富教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生的多種能力。通過延伸使知識系統(tǒng)化，條理化，提升認識水平，為進一步獲得生物知識奠定良好的技能與心理基礎。教材分析本節(jié)內(nèi)容在課標中屬選學部分，是為了滿足學生多樣化的需求而設計的；面向基礎較好、學有余力的選修學生分通過充分利用教材中的學習化課程資源,來調動學生的探究興趣。本節(jié)的主要內(nèi)容是遺傳密碼的破譯過程，是對本章第1節(jié)的重要補充。學生在第1節(jié)中已經(jīng)學習了遺傳密碼，但并不了解遺傳密碼是如何破譯的，本節(jié)引導學生認識遺傳密碼的破譯過程，使學生通過這一研究過程學習其中蘊含的科學研究方法。在教學中教師采用探究式教學引導學生通過數(shù)學方法推理和猜想“堿基與氨基酸的對應關系”；根據(jù)科學資料，運用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對應關系”；借鑒科學家的實驗方法，小組合作設計實驗方案，探究與體驗破譯遺傳密碼的方法和過程。采用類比的學習方法，使復雜的問題更容易理解；以分析“尼倫伯格和馬太實驗”的設計思路為突破口，初步理解遺傳密碼的破譯方法。教學目標【知識與能力目標】1說出遺傳密碼的閱讀方式。2說出遺傳密碼的破譯過程，包括伽莫夫的三聯(lián)體推斷，克里克的實驗證據(jù)，尼倫伯格和馬太的蛋白質的體外合成實驗?！具^程與方法目標】1感受和重溫科學家的思維歷程。2學會運用類比的學習方法?！厩楦袘B(tài)度價值觀目標】1對科學家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神還有那種巧妙的構思表達敬佩。2認同遺傳密碼的破譯對生物學發(fā)展的重要意義。教學重難點【教學重點】三個堿基決定一個氨基酸這一結論的探索過程?！窘虒W難點】重疊閱讀方式和非重疊閱讀方式。課前準備1、多媒體課件；2、學生完成相應預習內(nèi)容；3、學生課前查閱相關背景資料，搜集有關資料。教學過程：一、激趣導學 “興趣是最好的老師”。學習興趣是學習動機中的重要成分，是學習動機中最現(xiàn)實，最活躍的因素。是推動學生產(chǎn)生尋求知識，從事學習活動的強大心理動因。多媒體展示：摩爾斯密碼，讓同學們觀察，展開討論，提問：Where are genes located？激發(fā)學生積極討論，引入教學主題：遺傳密碼的破譯。二、目標導學“教是為了達到不需要教”。葉圣陶先生認為：“教師當然需教，而尤宜致力于導。導者，多方設法”。怎樣“教”呢？布盧姆在“教育目標分類學”中指出：欲使學生在課堂教學中愉快學習，主動獲取知識，在目標意識驅使下，產(chǎn)生永恒的“內(nèi)驅力”。顯然，“導學”環(huán)節(jié)就成為“六環(huán)節(jié)”模式中最核心的部分；也是一堂課中“時間篇幅”最長的一段。【目標分解】1.遺傳密碼是如何破譯的？2.遺傳密碼有哪些特點？三、導思點撥在目標導學環(huán)節(jié)后，利用多媒體資源對學生進行引導，讓學生一邊思考一邊學習，起到加強印象的作用。更重要的是讓學生把新知識與舊知識聯(lián)系，形成新的概念，在自己的認知結構中進行重組，完善知識結構，總結學習方法。符合“認知思考再認知”的認知規(guī)律?！局v授新知】通過給同學給同學們投影科學家伽莫夫的有關事跡，他在自然Nature雜志首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出三個堿基編碼一個氨基酸，開始本節(jié)課內(nèi)容。一、遺傳密碼的閱讀方式我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列，那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應的呢？“中心法則”提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從DNARNA蛋白質。那DNA和蛋白質之間究竟是什么關系？或者說DNA是如何決定蛋白質？這個有趣而深奧的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣。對于遺傳密碼來說最簡單的破譯方法應是將DNA順序或mRNA順序和多肽相比較。但和一般破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文蛋白的順序是已知的，未知的都是密碼。1954年Sanger用紙層析分析了胰島素的結構后，對蛋白質的氨基酸序列了解得越來越多。但是直到1969年前后經(jīng)歷了十多年時間，多位科學家的執(zhí)著研究才破譯了密碼，其中最為重要的幾項工作其思路之新穎、方法之精巧都閃爍著科學的智慧之光。人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個堿基作為信息只讀一次還是重復閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會有什么不同呢？1、非重疊的方式閱讀2、 重疊的方式閱讀實例比較：結論：以非重疊方式閱讀可編碼4個氨基酸，以重疊方式閱讀可編碼10個氨基酸。思考：遺傳密碼以哪種方式進行閱讀呢？基因的片段 GGTTCGCACGCT改變1個堿基 GGTACGCACGCT當圖中DNA的第四個堿基(T)發(fā)生改變時，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響1個氨基酸，如果是重疊的又將影響3個氨基酸。PPT投影：基因的片段 GGTTCGCACGCT插入1個堿基： GGTATCGCACGCT插入2個堿基： GGTAATCGCACGCT 插入2個堿基： GGTAAATCGCACGCT非重復閱讀是：當插入1個堿基,將影響插入部位后面所有的氨基酸當插入2個堿基,將影響插入部位后面所有的氨基酸當插入3個堿基,將會在原氨基酸序列中多一個氨基酸重復閱讀是：當插入1個堿基,將影響3個氨基酸 當插入2個堿基,將影響4個氨基酸 當插入3個堿基,將會在5個氨基酸二、克里克的實驗證據(jù)1961年，克里克對T4噬菌體DNA上的一個基因進行處理，使DNA增加或減少堿基。 通過這樣的方法他們發(fā)現(xiàn)加入或減少1個和2個堿基都會引起噬菌體突變，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質，而加入或減少3個堿基時卻可以合成正常功能的蛋白質。為什么會這樣呢？這只能解釋為：遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸。還同時表明:遺傳密碼從一個固定的起點開始,以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒有分隔符?？死锟耸堑谝粋€用實驗證明遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸的科學家。這個實驗還同時表明：遺傳密碼從一個固定的起點開始,以非重疊的方式閱讀，編碼之間沒有分隔符。提問：如何確定64個密碼子分別對應哪種氨基酸呢？三、遺傳密碼對應規(guī)則的發(fā)現(xiàn)PPT投影：1961-1962年，尼倫伯格（M.W.Nirenberg，1927）和馬太（H.Matthaei） 的實驗。結果：加苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多肽鏈。這一結果不僅證實了無細胞系統(tǒng)的成功，同時還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。這是第一個遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實驗巧妙之處在于利用無細胞系統(tǒng)進行體外合成蛋白質，他這富有創(chuàng)新的實驗方法為他帶來了重大的成功！在接下來的六七年里，科學家沿著體外合成蛋白質的思路，不斷地改進實驗方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。這項工作成為生物學史上的一個偉大的里程碑！為人類探索和提示生命的本質的研究向前邁進一大步，為后面分子遺傳生物學的發(fā)展有著重要的推動作用。思考：1、上述實驗中為什么要除去細胞提取液中的DNA和mRA？（細胞中原有的mRNA會作為合成蛋白質的模板干擾實驗結果；細胞中原有的DNA可能作為mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也會干擾實驗的結果，因此要除去。）2、如果你是尼倫伯格或馬太，你將如何設計對照組的實驗，確保你的重大發(fā)現(xiàn)得到同行的認可？（作為對照實驗的試管中，除不加入多聚尿嘧啶核苷酸外，其它所有成分都與實驗組的試管相同。）小結 我們注意整個破譯過程中科學家思維的變化，伽莫夫通過數(shù)學的排列組合的計算來推測密碼子是由三個堿基組成的，克里克則是巧妙地設計實驗，使DNA增加或減少堿基的方法從實驗上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測，由理論走向實驗，為密碼子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實驗則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無細胞系統(tǒng)進行體外蛋白質合成，成功地破譯了第一個密碼子，隨后的方法不斷創(chuàng)新最終破譯了所有的密碼子。他的貢獻不僅僅在于對遺傳密碼的破譯，更重要的也在對生物研究方法上開啟了新的思維方式。歸結起來，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新是科學家的重要素養(yǎng)，也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲獎時說的：一個善于捕捉細節(jié)的人才是能領略事物真諦的人。四、設問尋疑通過目標導學和導思點撥環(huán)節(jié)后，完成了教學的基本目標，解決了學生帶共性的問題，但每個學生都是一個世界，他們難免還存在著個別特殊問題，所以安排一定時間接受質疑、咨詢、解惑，實現(xiàn)因材施教。教師按小組巡視并檢查學生對問題的解決情況，收集學生的學習信息，及時引導，點撥，利用教學中預設的各個層次的問題，引導學生積極思考，養(yǎng)成良好的思維習慣。設問：比較克里克與尼倫柏格所采用的實驗方法，想一想這兩種方法的主要思路有什么樣的不同？提示：五、診斷反饋診斷反饋環(huán)節(jié)是一個靈活而流動的環(huán)節(jié)，是貫穿本模式的一條主線。 從形式上看，練既可以是綜合、書面的，也可以是整體、口頭的；既可以是說，也可以是聽；既可以是知識掌握，也可以是思維訓練；既可以是獨立作業(yè)，也可以是集體討論。 從內(nèi)容上看，既可以是知識掌握，也可以是思維訓練；既可以是鞏固強化，也可以遷移延伸。從教學程序上看，雖然主要是安排在新課結束后鞏固所學、遷移知識，培養(yǎng)能力，但也可以安排在新課開始前的導入性訓練；還可以安排在新課進行中的發(fā)現(xiàn)性訓練或強化訓練?！菊n堂診斷】1、在下列基因的改變中，合成出具有正常功能蛋白質的可能性最大的是：（ C ）A在相關的基因的堿基序列中刪除或增加一個堿基 B在相關的基因的堿基序列中刪除或增加二個堿基C在相關的基因的堿基序列中刪除或增加三個堿基對 D在相關的基因的堿基序列中刪除或增加四個堿基對2、采用蛋白質體外合成的技術揭示遺傳密碼實驗中，改變下列哪項操作，即可測出全部的遺傳密碼與氨基酸的對應規(guī)則（ B ）A無DNA和mRNA細胞的提取液B人工合成的多聚核苷酸C加入的氨基酸種類和數(shù)量D測定多肽鏈中氨基酸種類的方法3.在遺傳密碼子的閱讀方式驗證實驗中，克里克沒有證明的是（D）A.3個堿基決定一個氨基酸B.遺傳密碼從一個固定起點開始，無間隔C.遺傳密碼以非重疊的方式閱讀D.遺傳密碼與氨基酸之間的對應關系4.尼倫伯格和馬太采用蛋白質的體外合成技術進行的實驗沒有說明（D）A.多聚尿嘧啶核苷酸導致了多聚苯丙氨酸的合成B.尿嘧啶的堿基序列編碼由苯丙氨酸組成的肽鏈C.結合克里克的研究成果，得出與苯丙氨酸對應的密碼子是UUUD.細胞提取液中的遺傳信息控制合成了多聚苯丙氨酸的肽鏈六、拓展延伸此環(huán)節(jié)屬于延伸階段，“大教學觀”指出，要讓課堂教學向課外延伸，指導學生開展相關的課外實驗，豐富教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生的多種能力。生物學科本身就是一門實驗性的自然學科。通過課外生物實踐培養(yǎng)學生熱愛生命、熱愛科學、熱愛自然的情感。通過延伸使知識系統(tǒng)化，條理化，提升認識水平，為進一步獲得生物知識奠定良好的技能與心理基礎。遺傳密碼子的性質1、不間斷性mRNA的三聯(lián)體密碼是連續(xù)排列的，相鄰密碼之間無核苷酸間隔。所以若在某基因編碼區(qū)(能指導蛋白質合成的區(qū)域)的DNA序列或mRNA中間插入或刪除12個核苷酸,則其后的三聯(lián)體組合方式都會改變,不能合成正常的蛋白質.2、不重疊性對于特定的三聯(lián)體密碼而言，其中的每個核苷酸都具有不重疊性。例如如果RNA分子UCAGACUGC的密碼解讀順序為:UCA、GAC、UGC,則它不可以同時解讀為:UCA、CAG、AGA、GAC等.不重疊性使密碼解讀簡單而準確無誤.并且,當一個核苷酸被異常核苷酸取代時,不會在肽鏈中影響到多個氨基酸.3、簡并性絕大多數(shù)氨基酸具有2個以上不同的密碼子，這一現(xiàn)象稱做簡并性，編瑪相同氨基酸的密碼子稱同義密碼子。由于兼并性,某些DNA堿基變化不會引起相應蛋白質的氨基酸序列改變。4、通用性除線粒體的個別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細菌、動物和植物等不同物種之間， 蛋白質合成機制及其mRNA都是可以互換的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達，反之亦然。5、起始碼與終止碼 UAG、UAA、UGA為終止碼，它們不為任何氨基酸編碼，而代表蛋白質翻譯的終止。AUG是甲硫氨酸的密碼，同時又是起始密碼。教學反思 教學無定法，貴在得法。學習和運用教學模式，應當著重把握其明晰的教學思想，追求神似而不拘泥于形式。 我探索構建的“六環(huán)節(jié)”課堂教學模式，力求體現(xiàn)“授之以漁”，其指導思想是明晰，那就是