人教版高中生物必修二《遗传密码的破译(选学)》教案

《遗传密码的破译》教案
一、选题原因及教材分析：
《遗传密码的破译》是人教版高中生物必修2第4章《基因的表达》中的一节内容。

在教材中属于选学内容，但考虑到该内容蕴涵有丰富的科学史探究素材，非常适合学生进行探究性学习活动。

通过探究性学习活动，能使学生经历和体验科学探究的过程，体味科学的本质，激发其学习生物学的兴趣，培养学生的生物科学素养，达到知识、能力、情感三者合一的教学目标。

同时本课通过对遗传密码破译的深入认识，也为之后学习理解基因突变的内容打下了坚实的基础。

二、学情分析及教学目标的设定：
通过对本章第一节的学习，学生对遗传密码的作用及原理已经有清楚的认识，但是对遗传密码的破译过程并不了解，而且有着较强的学习欲望。

高二学生的逻辑推理能力较强，已经可以理解克里克和尼伦伯格的实验原理及实验结论的推导过程。

所以根据以上学情，我设立了以下教学目标：
知识与能力目标：
（1）通过教师讲解、阅读文本，能够简述遗传密码的结构特点及阅读方式。

（2）通过师生互动、小组讨论，能够说明克里克及尼伦伯格实验原理及结论。

学科素养
（1）基础知识（遗传密码的结构特点及阅读方式；克里克及尼伦伯格实验原理及结论）；
（2）基本技能（通过再现科学史培养学生实验设计与科学探究能力；通过总结遗传密码的特点训练学生对比分析、归纳总结能力）；
（3）基本思想（通过遗传密码的结构特定及阅读方式的学习，能够再现科学史让学生体验科学方法与科学态度）；
（4）基本活动经验（通过遗传密码的结构特定及阅读方式的学习，感受科学知识发现过程的艰辛和漫长）。

三、教学重点难点及突破方法：
本课的教学重点及难点是克里克及尼伦伯格实验原理及结论的认识过程。

教师利用多媒体课件辅助教学，同时引导学生层层深入理解实验原理，通过讨论学习的方法了解学生的学习过程，及时修正一些错误的想法，使学生最终理解实验的原理及结论。

四、教学过程：
新课导入：本课教师杜撰了一个小故事：“校园内离奇的谋杀案”柯南发留在被害人衣服内的一张神秘纸条“AUGCUAUUGUAA”怎样来破译这张纸条的信息呢？引导学生阅读并利用遗传密码子表发现其中包含了“甲硫氨酸、亮氨酸、亮氨酸、终止密码子”4个密码子的信息，最终将犯罪嫌疑人锁定为贾亮亮。

利用以上故事，激发学生的学习兴趣，同时复习了遗传密码的使用过程。

最后引导学生思考遗传密码子表在历史上是怎样被破译的呢？从而导入新课的教学。

（一）遗传密码的破译--阅读方式
教师展示“AUGCUAUUGUAA...........”一串密码字符，引导学生了解破译密码首先要解决的两个问题：问题1：每个遗传密码是由几个碱基组成？问题2：遗传密码的阅读方式是“重叠方式”还是“非重叠方式”？
教师讲授：1954年伽莫夫G.Gamor在《Nature》杂志首次推测：三个碱基编码一个氨基酸。

并推测遗传密码的阅读方式是“重叠方式”。

引导学生思考伽莫夫的理论依据分别是什么？
学生：根据组成蛋白质的氨基酸有20种，组成RNA的核苷酸只有4种可以推断遗传密码必定为3个或3个以上碱基组成。

同一段遗传密码以非重叠方式阅读可编码氨基酸的氨基酸个数远远少于以重叠阅读方式编码氨基酸的氨基酸个数。

（二）、遗传密码的破译--克里克的实验证据
教师：伽莫夫的推理是否正确，最终还是需要实验来证明的。

历史上解决以上问题的科学家是克里克，我们来看看克里克的实验：1961克里克以T4噬菌体为材料研究某个基因的碱基的增加或减少对其所编码蛋白质的影响。

克里克发现：增加或删除1个或2个碱基，不能产生功能正常的蛋白质；但增加或删除3个碱基，可以产生功能正常的蛋白质。

引导学生讨论实验现象与实验结论之间的逻辑推理过程。

学生：实验结论：遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸；遗传密码的阅读方式为“非重叠方式”。

（三）、遗传密码的破译--对应规则的发现
教师：破译密码的最后一个环节就是：每个遗传密码对应的是何种氨基酸？这在历史又是怎样破译的呢？引入尼伦伯格实验的学习。

1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。

利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码。

首先：①每支试管各加等量一种氨基酸，共20支试管②每支试管加入等量除去DNA和mRNA的细胞提取液③每支试管加入等量多聚尿嘧啶核苷酸
(...UUUUUUUUUUUUU...)引导学生讨论实验现象及实验结论。

学生：实验结果：加苯丙氨酸的试管中出现了多肽链，说明：苯丙氨酸对应的密码子是UUU。

利用相同的方法可得AAA对应赖氨酸；CCC对应脯氨酸。

教师：“那么更复杂的遗传密码又是怎样被破译的呢？”引导学生继续探究更复杂的遗传密码的破译过程。

教师讲解新一实验的过程：①A、B两试管都加等量20种氨基酸。

②两试管加入等量除去DNA和mRNA的细胞提取液。

③A 试管加入多核苷酸重复序列(UGUGUGUGUGUG...)B加入等量蒸馏水。

引导学生讨论实验现象及实验结论。

学生：实验结果：A试管出现肽链，B试管未出现。

分析得知该肽链由两种氨基酸交替连接而成。

教师：分析得知该肽链由半胱氨酸和缬氨酸交替连接而成。

学生：UGU对半胱氨酸、GUG对应缬氨酸。

教师：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！
尼伦伯格在1968年诺贝尔生理学或医学奖获时说过：一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人。

（四）遗传密码的应用--蛋白质工程
教师：干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但在体外保存相当困难。

如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在低温下保存半年。

那么怎样才能实现改造蛋白质的想法呢？引导学生讨论。

学生：1.可以直接改造蛋白质。

2.可以改造mRNA，利用密码子表，改变相应的碱基序列。

3.可以改造相关DNA序列(基因)的碱基对。

教师：哪种方法更好？
学生：改造基因的方法可以做到一劳永逸，因为DNA是遗传物质。

教师：现代生物技术不仅可以通过改造基因来改造蛋白质，还可以将改造好的人类的基因转移到其他生物体内（比如牛）。

然后利用转基因牛来生产药物。

为什么人类的基因可以在其他生物体内准确表达呢？
学生：因为生物共用一套遗传密码。

教师：这就是人类了解了遗传密码后能够实现的“超能力”。

人类对生命，对自己都有了更深刻的认识。

课堂检测
教师在课堂上展示相关检测试题，巩固学生所学。

五、教学反思：
中学生物学知识是前人科学研究的成果，通过科学史中对一些经典实验和逻辑分析的再现，可以让学生体验生物学知识的形成过程，从中学习科学家的思维方法和理解生物学概念、原理的来龙去脉。

这样的教学既传授了知识，更培养了学生的科学思维，变被动的学习科学史知识为主动的探索科学史知识，而我们要努力创造条件，选择一些比较简单的科学发现过程，引导同学们尝试着重走发现之路，让同学们直面前辈科学家的探索和困惑、希望和挑战、成功和失败，建立科学史教育的新模式。

在这一过程中教师必须做好大量的准备工作，要挑选好的素材，正确引导学生，使学生在体会科学发现的艰辛的同时感受获得成功的快感，在学生思想出现偏差时及时给予纠正，对学生提出的大胆假设进行分析，以求达到良好的教学效果。

生命科学史就是前人探究生物学知识的科学过程史。

从科学的本质出发，倡导探究性学习正符合科学本身的特点，通过科学史研究，学生很容易体会出科学探究的重要性。

学习生命科学史是能够把结论和过程、方法统一起来的有效途径之一，教师可以利用科学家故事提出问题，引起学生的探究兴趣；仔细研读科学发现历程，培养学生的探究意识；分析科学成果的取得与科学技术进步的关系，引导学生学习正确的科学探究方法。