發(fā)現(xiàn)式教學(xué)【教學(xué)設(shè)計(jì)】《遺傳密碼的破譯》（人教）.docx

遺傳密碼的破譯教學(xué)模式介紹：發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)認(rèn)為，科學(xué)家用來解決問題、探究未知的理性策略可以傳授給學(xué)生。其模式是在學(xué)生積極參與科學(xué)探索過程，教師試圖模擬科學(xué)家解決問題的過程，使學(xué)生體會(huì)科學(xué)家如何面臨疑難境，學(xué)會(huì)搜集和加工資料，最終達(dá)到問題的解決，從而獲得在真實(shí)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(xué)的課程環(huán)節(jié)：激趣導(dǎo)學(xué)目標(biāo)導(dǎo)學(xué)導(dǎo)思點(diǎn)撥設(shè)問尋疑診斷反饋拓展延伸設(shè)計(jì)思路說明：多媒體展示：摩爾斯密碼，讓同學(xué)們觀察，展開討論，提問：Where are genes located？激發(fā)學(xué)生積極討論，引入教學(xué)主題：遺傳密碼的破譯。根據(jù)教材的實(shí)際需求把要完成的教學(xué)內(nèi)容分解成層次由淺入深的各個(gè)小目標(biāo)，讓學(xué)生去感知教材，鏈接生活，最大限度的使學(xué)生動(dòng)口、動(dòng)手、動(dòng)腦，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。本節(jié)課利用多媒體資源對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生一邊思考一邊小結(jié)本節(jié)課的知識(shí)結(jié)構(gòu)，起“溫故而知新”的作用。更重要的是讓學(xué)生把新知識(shí)與舊知識(shí)聯(lián)系，形成新的概念，在自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中進(jìn)行重組，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)。教師按小組巡視并檢查學(xué)生對問題的解決情況，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，及時(shí)引導(dǎo)，點(diǎn)撥，利用教學(xué)中預(yù)設(shè)的各個(gè)層次的問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，養(yǎng)成良好的思維習(xí)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(shí)掌握，也可以是思維訓(xùn)練；既可以是鞏固強(qiáng)化，也可以遷移延伸；從教學(xué)程序上看，主要是安排在新課結(jié)束后鞏固所學(xué)、遷移知識(shí)、培養(yǎng)能力，但也可以安排在新課開始前的導(dǎo)入性訓(xùn)練。 “大教學(xué)觀”指出，要讓課堂教學(xué)向課外延伸，指導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)的課外實(shí)驗(yàn)，豐富教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的多種能力。通過延伸使知識(shí)系統(tǒng)化，條理化，提升認(rèn)識(shí)水平，為進(jìn)一步獲得生物知識(shí)奠定良好的技能與心理基礎(chǔ)。教材分析本節(jié)內(nèi)容在課標(biāo)中屬選學(xué)部分，是為了滿足學(xué)生多樣化的需求而設(shè)計(jì)的；面向基礎(chǔ)較好、學(xué)有余力的選修學(xué)生分通過充分利用教材中的學(xué)習(xí)化課程資源,來調(diào)動(dòng)學(xué)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(bǔ)充。學(xué)生在第1節(jié)中已經(jīng)學(xué)習(xí)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(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)遺傳密碼的破譯過程，使學(xué)生通過這一研究過程學(xué)習(xí)其中蘊(yùn)含的科學(xué)研究方法。在教學(xué)中教師采用探究式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)方法推理和猜想“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系”；根據(jù)科學(xué)資料，運(yùn)用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系”；借鑒科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)方法，小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究與體驗(yàn)破譯遺傳密碼的方法和過程。采用類比的學(xué)習(xí)方法，使復(fù)雜的問題更容易理解；以分析“尼倫伯格和馬太實(shí)驗(yàn)”的設(shè)計(jì)思路為突破口，初步理解遺傳密碼的破譯方法。教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與能力目標(biāo)】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(shí)驗(yàn)證據(jù)，尼倫伯格和馬太的蛋白質(zhì)的體外合成實(shí)驗(yàn)。【過程與方法目標(biāo)】1感受和重溫科學(xué)家的思維歷程。2學(xué)會(huì)運(yùn)用類比的學(xué)習(xí)方法?！厩楦袘B(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)】1對科學(xué)家那種敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新的精神還有那種巧妙的構(gòu)思表達(dá)敬佩。2認(rèn)同遺傳密碼的破譯對生物學(xué)發(fā)展的重要意義。教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸這一結(jié)論的探索過程?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】重疊閱讀方式和非重疊閱讀方式。課前準(zhǔn)備1、多媒體課件；2、學(xué)生完成相應(yīng)預(yù)習(xí)內(nèi)容；3、學(xué)生課前查閱相關(guān)背景資料，搜集有關(guān)資料。教學(xué)過程：一、激趣導(dǎo)學(xué) “興趣是最好的老師”。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)中的重要成分，是學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)中最現(xiàn)實(shí)，最活躍的因素。是推動(dòng)學(xué)生產(chǎn)生尋求知識(shí)，從事學(xué)習(xí)活動(dòng)的強(qiáng)大心理動(dòng)因。多媒體展示：摩爾斯密碼，讓同學(xué)們觀察，展開討論，提問：Where are genes located？激發(fā)學(xué)生積極討論，引入教學(xué)主題：遺傳密碼的破譯。二、目標(biāo)導(dǎo)學(xué)“教是為了達(dá)到不需要教”。葉圣陶先生認(rèn)為：“教師當(dāng)然需教，而尤宜致力于導(dǎo)。導(dǎo)者，多方設(shè)法”。怎樣“教”呢？布盧姆在“教育目標(biāo)分類學(xué)”中指出：欲使學(xué)生在課堂教學(xué)中愉快學(xué)習(xí)，主動(dòng)獲取知識(shí)，在目標(biāo)意識(shí)驅(qū)使下，產(chǎn)生永恒的“內(nèi)驅(qū)力”。顯然，“導(dǎo)學(xué)”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(shí)間篇幅”最長的一段?！灸繕?biāo)分解】1.遺傳密碼是如何破譯的？2.遺傳密碼有哪些特點(diǎn)？三、導(dǎo)思點(diǎn)撥在目標(biāo)導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)后，利用多媒體資源對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生一邊思考一邊學(xué)習(xí)，起到加強(qiáng)印象的作用。更重要的是讓學(xué)生把新知識(shí)與舊知識(shí)聯(lián)系，形成新的概念，在自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中進(jìn)行重組，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，總結(jié)學(xué)習(xí)方法。符合“認(rèn)知思考再認(rèn)知”的認(rèn)知規(guī)律?！局v授新知】通過給同學(xué)給同學(xué)們投影科學(xué)家伽莫夫的有關(guān)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(gè)堿基編碼一個(gè)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(shí)際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸序列，那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應(yīng)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(zhì)。那DNA和蛋白質(zhì)之間究竟是什么關(guān)系？或者說DNA是如何決定蛋白質(zhì)？這個(gè)有趣而深?yuàn)W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(yīng)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(jié)構(gòu)后，對蛋白質(zhì)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(shí)間，多位科學(xué)家的執(zhí)著研究才破譯了密碼，其中最為重要的幾項(xiàng)工作其思路之新穎、方法之精巧都閃爍著科學(xué)的智慧之光。人們不禁又要問在三聯(lián)體中的每個(gè)堿基作為信息只讀一次還是重復(fù)閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會(huì)有什么不同呢？1、非重疊的方式閱讀2、 重疊的方式閱讀實(shí)例比較：結(jié)論：以非重疊方式閱讀可編碼4個(gè)氨基酸，以重疊方式閱讀可編碼10個(gè)氨基酸。思考：遺傳密碼以哪種方式進(jìn)行閱讀呢？基因的片段 GGTTCGCACGCT改變1個(gè)堿基 GGTACGCACGCT當(dāng)圖中DNA的第四個(gè)堿基(T)發(fā)生改變時(shí)，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響1個(gè)氨基酸，如果是重疊的又將影響3個(gè)氨基酸。PPT投影：基因的片段 GGTTCGCACGCT插入1個(gè)堿基： GGTATCGCACGCT插入2個(gè)堿基： GGTAATCGCACGCT 插入2個(gè)堿基： GGTAAATCGCACGCT非重復(fù)閱讀是：當(dāng)插入1個(gè)堿基,將影響插入部位后面所有的氨基酸當(dāng)插入2個(gè)堿基,將影響插入部位后面所有的氨基酸當(dāng)插入3個(gè)堿基,將會(huì)在原氨基酸序列中多一個(gè)氨基酸重復(fù)閱讀是：當(dāng)插入1個(gè)堿基,將影響3個(gè)氨基酸 當(dāng)插入2個(gè)堿基,將影響4個(gè)氨基酸 當(dāng)插入3個(gè)堿基,將會(huì)在5個(gè)氨基酸二、克里克的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1961年，克里克對T4噬菌體DNA上的一個(gè)基因進(jìn)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(gè)和2個(gè)堿基都會(huì)引起噬菌體突變，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)，而加入或減少3個(gè)堿基時(shí)卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì)。為什么會(huì)這樣呢？這只能解釋為：遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸。還同時(shí)表明:遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)開始,以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒有分隔符。克里克是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸的科學(xué)家。這個(gè)實(shí)驗(yàn)還同時(shí)表明：遺傳密碼從一個(gè)固定的起點(diǎn)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(gè)密碼子分別對應(yīng)哪種氨基酸呢？三、遺傳密碼對應(yīng)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(shí)驗(yàn)。結(jié)果：加苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多肽鏈。這一結(jié)果不僅證實(shí)了無細(xì)胞系統(tǒng)的成功，同時(shí)還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。這是第一個(gè)遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)巧妙之處在于利用無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外合成蛋白質(zhì)，他這富有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方法為他帶來了重大的成功！在接下來的六七年里，科學(xué)家沿著體外合成蛋白質(zhì)的思路，不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。這項(xiàng)工作成為生物學(xué)史上的一個(gè)偉大的里程碑！為人類探索和提示生命的本質(zhì)的研究向前邁進(jìn)一大步，為后面分子遺傳生物學(xué)的發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。思考：1、上述實(shí)驗(yàn)中為什么要除去細(xì)胞提取液中的DNA和mRA？（細(xì)胞中原有的mRNA會(huì)作為合成蛋白質(zhì)的模板干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果；細(xì)胞中原有的DNA可能作為mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，因此要除去。）2、如果你是尼倫伯格或馬太，你將如何設(shè)計(jì)對照組的實(shí)驗(yàn)，確保你的重大發(fā)現(xiàn)得到同行的認(rèn)可？（作為對照實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組的試管相同。）小結(jié) 我們注意整個(gè)破譯過程中科學(xué)家思維的變化，伽莫夫通過數(shù)學(xué)的排列組合的計(jì)算來推測密碼子是由三個(gè)堿基組成的，克里克則是巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使DNA增加或減少堿基的方法從實(shí)驗(yàn)上證明了伽莫夫的三聯(lián)體密碼子的推測，由理論走向?qū)嶒?yàn)，為密碼子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實(shí)驗(yàn)則更富有創(chuàng)新性，他建立巧妙的無細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行體外蛋白質(zhì)合成，成功地破譯了第一個(gè)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(xiàn)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(jié)起來，我們看到，敏銳、大膽、睿智和創(chuàng)新是科學(xué)家的重要素養(yǎng)，也正如尼倫伯格在1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)時(shí)說的：一個(gè)善于捕捉細(xì)節(jié)的人才是能領(lǐng)略事物真諦的人。四、設(shè)問尋疑通過目標(biāo)導(dǎo)學(xué)和導(dǎo)思點(diǎn)撥環(huán)節(jié)后，完成了教學(xué)的基本目標(biāo)，解決了學(xué)生帶共性的問題，但每個(gè)學(xué)生都是一個(gè)世界，他們難免還存在著個(gè)別特殊問題，所以安排一定時(shí)間接受質(zhì)疑、咨詢、解惑，實(shí)現(xiàn)因材施教。教師按小組巡視并檢查學(xué)生對問題的解決情況，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，及時(shí)引導(dǎo)，點(diǎn)撥，利用教學(xué)中預(yù)設(shè)的各個(gè)層次的問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。設(shè)問：比較克里克與尼倫柏格所采用的實(shí)驗(yàn)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(gè)靈活而流動(dòng)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(shí)掌握，也可以是思維訓(xùn)練；既可以是獨(dú)立作業(yè)，也可以是集體討論。 從內(nèi)容上看，既可以是知識(shí)掌握，也可以是思維訓(xùn)練；既可以是鞏固強(qiáng)化，也可以遷移延伸。從教學(xué)程序上看，雖然主要是安排在新課結(jié)束后鞏固所學(xué)、遷移知識(shí)，培養(yǎng)能力，但也可以安排在新課開始前的導(dǎo)入性訓(xùn)練；還可以安排在新課進(jìn)行中的發(fā)現(xiàn)性訓(xùn)練或強(qiáng)化訓(xùn)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(zhì)的可能性最大的是：（ C ）A在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加一個(gè)堿基 B在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加二個(gè)堿基C在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加三個(gè)堿基對 D在相關(guān)的基因的堿基序列中刪除或增加四個(gè)堿基對2、采用蛋白質(zhì)體外合成的技術(shù)揭示遺傳密碼實(shí)驗(yàn)中，改變下列哪項(xiàng)操作，即可測出全部的遺傳密碼與氨基酸的對應(yīng)規(guī)則（ B ）A無DNA和mRNA細(xì)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，克里克沒有證明的是（D）A.3個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸B.遺傳密碼從一個(gè)固定起點(diǎn)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(yīng)關(guān)系4.尼倫伯格和馬太采用蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)沒有說明（D）A.多聚尿嘧啶核苷酸導(dǎo)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(jié)合克里克的研究成果，得出與苯丙氨酸對應(yīng)的密碼子是UUUD.細(xì)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(xué)觀”指出，要讓課堂教學(xué)向課外延伸，指導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)的課外實(shí)驗(yàn)，豐富教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的多種能力。生物學(xué)科本身就是一門實(shí)驗(yàn)性的自然學(xué)科。通過課外生物實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生熱愛生命、熱愛科學(xué)、熱愛自然的情感。通過延伸使知識(shí)系統(tǒng)化，條理化，提升認(rèn)識(shí)水平，為進(jìn)一步獲得生物知識(shí)奠定良好的技能與心理基礎(chǔ)。遺傳密碼子的性質(zhì)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(dǎo)蛋白質(zhì)合成的區(qū)域)的DNA序列或mRNA中間插入或刪除12個(gè)核苷酸,則其后的三聯(lián)體組合方式都會(huì)改變,不能合成正常的蛋白質(zhì).2、不重疊性對于特定的三聯(lián)體密碼而言，其中的每個(gè)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?yàn)?UCA、GAC、UGC,則它不可以同時(shí)解讀為:UCA、CAG、AGA、GAC等.不重疊性使密碼解讀簡單而準(zhǔn)確無誤.并且,當(dāng)一個(gè)核苷酸被異常核苷酸取代時(shí),不會(huì)在肽鏈中影響到多個(gè)氨基酸.3、簡并性絕大多數(shù)氨基酸具有2個(gè)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(huì)引起相應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變。4、通用性除線粒體的個(gè)別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細(xì)菌、動(dòng)物和植物等不同物種之間， 蛋白質(zhì)合成機(jī)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(dá)，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(zhì)翻譯的終止。AUG是甲硫氨酸的密碼，同時(shí)又是起始密碼。教學(xué)反思 教學(xué)無定法，貴在得法。學(xué)習(xí)和運(yùn)用教學(xué)模式，應(yīng)當(dāng)著重把握其明晰的教學(xué)思想，追求神似而不拘泥于形式。 我探索構(gòu)建的“六環(huán)節(jié)”課堂教學(xué)模式，力求體現(xiàn)“授之以漁”，其指導(dǎo)思想是明晰，那就是