《基因突变和基因重组》的教学设计

一、教学目标
知识方面：
1、举例说明基因突变的特征和原因
2、说出基因突变的意义
3、举例说明基因重组及其意义
情感态度和价值观方面：
1、通过基因突变原因的学习，树立事物发展的内因是根本，外因是条件的辨证唯物的思想
2、用辨证唯物主义的观点认识生物体和生物界
能力方面：
1、通过运用中心法则、遗传基本规律来理解基因突变的原因、特征和基因重组的原因，训练发展思维的逻辑性、深刻性，同时也进行了知识迁移能力的训练
2、理论联系实际的能力训练，进行资料分析，归纳总结基因突变的特征
二、教材分析
教学重点：
1、基因突变的概念和特征
2、基因突变的原因
教学难点：
基因突变和基因重组的意义
三、教学对象分析
生物的变异现象对于学生而言并不陌生。通过前面生物课的学习，学生已经初步认识到生物的变异与遗传物质有关，也和环境有关。在此基础上，教师应引导学生在分子水平上理解基因突变和基因重组的概念、掌握实质。基因突变和基因重组是遗传学中重要的概念，是学生学习生物的遗传、变异和进化的基础，其中的基因突变是生物变异这部分教学内容中的一个重点知识。由于该部分的知识比较抽象，需要学生具备相当强的抽象、空间思维能力和丰富的想象力。虽然学生在本模块前面的教学内容中遇到类似的情况，通过学习提高了能力，但要达到从分子水平上理解和掌握，仍需要教师通过采取适当的教学策略，引导学生在不断地探究、思考、分析和讨论的过程中实现教学目标。
四、学法指导
教师在教学过程中适当补充相关的材料，让学生从实例分析入手，按照认知的规律从现象到概念，从宏观到微观来归纳总结概念；引导学生运用类比推理的方法，从讨论英文句子中发生个别字母改变可能导致句子意义的变化情况，通过联想和类比，理解基因突变和生物性状改变的关系；以设问、讨论的形式引导学生思考基因突变和重组的意义；用填表的形式引导学生进行知识的对比和总结。
五、媒体使用
电脑、投影
六、课前准备
教师：1、制作教学课件
2、镰刀型细胞贫血症及其相关的图文资料
3、有关各种生物基因突变的图文资料
4、基因重组的图文资料
5、减数分裂过程的教学课件
学生：做好相应的知识准备
1、减数分裂
2、DNA结构和复制
3、中心法则
4、孟德尔遗传规律的相关内容
七、教学基本流程
一、创设情景，导入新课
提供基因突变的实例：镰刀型细胞贫血病的发现和症状介绍
幻灯片展示正常红细胞和异常红细胞的图片
设置问题情景：镰刀型细胞贫血病是怎样形成的？导入“基因突变”的课题
提供学习资料：简介科学家对镰刀型细胞贫血病病因的探究过程
1928年，人们发现镰刀型细胞贫血症患者能将这种病遗传给下一代，并且发现该病是一种常染色体上的隐性遗传。1948年，美国化学家鲍林将正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白通过电泳分析，发现正常人和患者的血红蛋白的电泳图明显不同，鲍林推测镰刀型细胞贫血症是由于血红蛋白分子的缺陷造成的。1956年，英格拉姆等人用酶将正常的血红蛋白和镰刀型细胞的血红蛋白在相同条件下切成肽段，通过电泳进行分析，发现二者有一个肽段的位置是不同的。
提出学习任务一：找出镰刀型细胞贫血症患者血红蛋白分子异常的真正原因。
1、以下是血红蛋白分子的部分氨基酸顺序，请找出发生了变化的氨基酸：
氨基酸顺序：1号 — 2号 — 3号  — 4号 — 5 号 —  6号 — 7号 — 8号
正常……缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—赖氨酸—
异常……缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—缬氨酸—谷氨酸—赖氨酸—
2、查阅密码子表，分别写出对应的正常氨基酸和异常氨基酸的密码子。
正常氨基酸：
异常氨基酸
3、氨基酸的密码子是由DNA分子决定的，由此可推测相应的DNA分子的碱基片段发生了什么变化？
4、完成下面镰刀型细胞贫血症病因的图解。
蛋白质           正常              异常
氨基酸          谷氨酸            缬氨酸
mRNA            G     A              G      A
C T T                C      T
DNA
G A A                G      A
组织学生从分子水平上讨论和说明镰刀型细胞贫血症的真正病因
设置问题情景：一个碱基对的变化就可导致生物性状变化吗？
教师引导学生回顾密码子的兼并性的现象，培养发散思维
提出问题探讨：英文句子抄写的翻译和比较
原句:THE CAT SAT ON THE MAT
抄写的句子1: THE CATS SAT ON THE MAT
抄写的句子2: THE HAT SAT ON THE MAT
抄写的句子3: THE CAT ON THE MAT
设置问题情景：引导学生以类比和想象的形式总结基因突变的概念
1、请比较以上三个抄写的句子与原句在字母上的变化、差异以及意义上的差异。
2、如果将原句想象成DNA分子，将错句想象成基因突变而成的DNA分子，那么DNA突变有哪些类型？
3、结合镰刀型细胞贫血症的实例，尝试总结基因突变的概念。
师生共同总结归纳基因突变的概念
二、基因突变的概念：
DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。
教师归纳总结：基因突变若发生在配子中，将会遗传给后代，发生在体细胞中的基因突变，一般是不能够遗传的。
发散思维训练：发生在植物体细胞中的基因突变，如何能够遗传？
学生总结：无性繁殖（营养繁殖）
设置问题情景，引入下一知识内容：癌细胞是体细胞发生基因突变的结果，在生活中有什么因素容易引发癌症，从而发生基因突变呢？
学生思考、讨论、举例说明：
物理因素：在强日光照射下容易得皮肤癌；在医院放射室工作的医生容易得癌症等
化学因素：咸菜等腌制食品必须检测亚硝酸盐的含量，亚硝酸盐含量过多可能会致癌等
教师总结诱发基因突变的因素：
三、突变的原因
诱变因素的种类：①物理因素：紫外线、X射线、激光等
②化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等
③生物因素：某些病毒、细菌的代谢产物等
教师分析：在前面的学习中，我们知道了相对性状是由等位基因控制，而等位基因的产生与基因突变密切相关，下面我们以一些生物的相对性状为例，学习基因突变的特征。
提出学习任务二：学生阅读材料，总结归纳基因突变的特点
资料1：
自然界中，流感病毒可分为甲、乙、丙三型；肺炎双球菌的种类有有荚膜和无荚膜类型；豌豆种子的圆滑和皱缩；番茄的红果和黄果；小麦的高杆和矮杆；果蝇的白眼和红眼；鸡的玫瑰冠和单冠；兔的白毛和黑毛；正常绵羊和短腿安康羊；正常人和白化病病人等。
用幻灯片展示10幅各种生物相对性状的图片
教师提示：注意观察以上展示的相对性状发生在什么生物上？例子中列举了病毒、细菌、动植物和人的一些相对性状，说明以上的生物体都有可能发生基因突变，基因突变在生物界中是广泛存在的。
师生共同总结：基因突变的第一个特征：普遍性
资料2：
基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上；同一DNA分子的不同部位。
学生阅读材料，总结出基因突变的第二个特征：随机性
资料3：
以基因A为例，它不但可以突变成为a1，而且还可能突变为a2、a3等一系列的等位基因。如:控制小鼠毛色的基因可以突变成黄色基因，也可以突变成黑色基因。
学生分析、讨论，教师总结、拓展：基因的突变方向并不确定，基因与其一系列的等位基因之间的关系，是可以相互转化的。
教师画出黑板图：
A         a 1
A 2        a 3
师生共同小结基因突变的第二个特点：不定向性
资料4：几种生物不同基因的自然突变率
生物名称
突变类型
突变频率
单 位
大肠杆菌
组氨酸缺陷型
2×10 —6
每个配子的突变频率
玉米
皱缩种子
1×10 —5
每个配子的突变频率
果蝇
白眼
4×10 — 5
每个配子的突变频率
小鼠
粉红色眼
3.5×10 —6
每个配子的突变频率
人
软骨发育不全
5×10 — 5
每个配子的突变频率
教师提示：以上表格中各种生物的突变频率的数量级在什么范围？
学生分析：各种生物的突变频率的数量级别在10—5到10—6，说明频率极低。
师生共同归纳：基因突变的第三个特征：低频性
设置问题情景，引导学生思考、分析：生物发生基因突变以后的性状对生物的生存有何影响？
展示4长幻灯片，引导探究：残翅果蝇 、短腿安康羊、白化病病人、镰刀型细胞贫血症的患者图片。
教师提示：任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境条件之间已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏这种协调关系，所以基因突变一般是对生物的生存是有害的。
师生共同归纳：基因突变利少害多。
设置问题情景，引导学生思考、分析：生物发生的基因突变一般是利少害多，这是绝对的吗？
学生拓展思维训练，阅读资料，分析问题：
提供材料5：非洲是疟疾猖獗的地区。疟疾是一种经按蚊传播而引起的寄生虫病，恶性疟疾发病常侵犯内脏，严重者或医治不及时会引起病人的死亡。镰刀型贫血症是一种溶血性贫血症，严重时会导致死亡，在非洲黑人中发病率最高，是一种在20世纪才被人们发现的常染色体隐性遗传病。在非洲具有镰刀型细胞贫血症突变基因的个体（即杂合体）不表现镰刀型贫血症的症状，因为该个体能同时合成正常和异常的血红蛋白，但却对疟疾具有较强的抵抗力。
师生共同总结归纳：基因突变而产生的性状对生物生存的有害或有利是相对而言的，应视环境条件而定。
提出思考题：既然突变一般利少害多，自然条件下基因突变的频率很低，基因突变能否成为生物的进化提供原材料呢？
提供资料6：在适宜的条件下，生长1～2天的大肠杆菌培养物的浓度约为每毫升10 9个细胞，DNA复制的错误率约为10— 9，也就是每连接10 9 个核苷酸才可能发生一个错误。在含有10 9 个细胞的培养物中，由于DNA的差错就可能发生几百万个突变，可能包含大肠杆菌基因的上千种变异形式。
学生分析：基因突变频率低是针对个体水平而言，但在进化时，并不是考虑生物个体。
教师总结：一个物种在漫长的进化历程中，由许多个体构成物种，在物种这个水平上，生物发生的基因突变是不少的，其中也有不少的有利变异，这对于生物的进化是很有意义的。
五、基因突变的意义
提出思考题，引导学生思考、分析：
1、基因突变能产生新基因吗?
2、新基因的产生对生物生存有意义吗？
3、自然环境会选择哪个个体留存下来？
4、基因突变对生物进化有何意义？
学生思考回答：
基因突变的意义：基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。
展示狗由于基因重组而产生的毛色变异的图片，导入下一个学习内容：基因重组。
六、基因重组
学生分析图片资料，师生共同归纳基因重组的概念
1、概念：在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合
重温基因的自由组合定律
提出学习任务三：重温基因自由组合定律，理解基因重组的本质。
下图所示是某雄性动物正在进行分裂的细胞图，请据图回答：
A   a B  b
1  2  3  4
1、在细胞分裂中一定要分离的染色体是               ， 在细胞分裂中一定要自由组合的染色体是                ，发生染色体分离和自由组合的时期是           分裂
时期。
2、图中可以重组的基因有                       ，它们的关系是             基因，它们发生重组的原因是                                      。
3、在四分体时期，            有时会发生交叉互换，导致         基因伴随染色单体的交换而交换。
提供复习的材料：非姐妹染色单体的交叉互换（等位基因的互换）的图片，引导学生在解决基因重组产生原因的问题时，实现减数分裂过程中染色体和基因之间关系的知识迁移。
师生共同归纳产生基因重组原因：
（1）减数第一次分裂时非同源染色体上的非等位基因的自由组合
（2）减数第一次分裂时非姐妹染色单体上等位基因的交叉互换
设置问题情景：如何理解人群中个体性状是多种多样的？
提出学习任务四：通过计算，理解基因重组对子代多样性产生的意义
人的体细胞中有23对染色体，请你根据自由组合定律计算，一位父亲可能产生多少种染色体组成不同的精子，一位母亲可能产生多少子种染色体组成不同的卵细胞？
教师、学生计算分析：都是2 23 钟。
指导学生通过计算总结：基因重组可以产生多种多样的基因组合的子代，其中有一些子代有含有适应某种环境变化的基因组合。因此，基因重组是形成生物多样性的来源之一。
七、基因重组的意义
设置问题情景：
1、基因重组能产生新基因吗?
2、新基因型的产生对生物生存有意义吗？
3、自然环境会选择哪个个体留存下来？
4、基因重组对生物进化有何意义？
师生共同总结：基因重组是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要的意义。
提出学习任务五：基因突变和基因重组的比较
基因突变和基因重组的比较
比较项目
基因突变
基因重组
本质
发生时期
发生原因
意义
八、板书设计
第  5  章
基因突变和其他变异
第 1 节
基因突变和基因重组
一、基因突变的实例
二、基因突变的概念
DNA分子中发生碱基对的替换、增添、缺失，而引起的基因结构的改变，叫做基因突变
三、基因突变的原因
正常基因
①物理因素：紫外线、X射线、激光等
诱变因素的种类     ②化学因素：亚硝酸盐、碱基类似物等
③生物因素：某些病毒、细菌的代谢产物等
突变基因
四、基因突变的特点
1、基因突变的普遍性
2、基因突变的随机性、不定向性
3、自然状态下基因突变的频率很低
五、基因突变的意义
基因突变是新基因产生的途径，是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料。
六、基因重组
1、概念：在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合
2、产生的原因
（1）减数第一次分裂时非同源染色体上的非等位基因的自由组合
（2）减数第一次分裂时非姐妹染色单体上等位基因的交叉互换
七、基因重组的意义
基因重组是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要的意义。