案例反思

课例7　《基因指导蛋白质的合成》教学设计

一、设计理念

本课时拟通过革新教学模式，引导学生掌握高效的生物学习方法，使学生能够养成对生物学习的自主性，真正实现学习回位本体。因此，教师应努力探索创新型教学模式，培养学生创造性思维，其中情境创设是有效手段，情境创设时应注重与科学史的有机结合。在《基因的表达》一章第1节《基因指导蛋白质的合成》的教学处理中，可充分利用多媒体呈现动图，赋予其形象比喻，使抽象的知识具体形象化。在教学实施过程中可利用问题串为主线进行设计，如“RNA是什么物质？为什么RNA适于作DNA的信使呢？”“储存于DNA中的遗传信息如何与mRNA建立联系呢？”“碱基与氨基酸之间的对应关系是怎样的？”“游离在细胞质中的氨基酸，是怎样被运送到合成蛋白质的‘生产线’上的呢？”这些问题对遗传信息的转录和翻译过程作了重要指引，体现了这部分知识的内在逻辑。在讲解翻译过程时，利用课后遗传密码破译科学史为情境，设置问题串，学习碱基如何变成氨基酸这一过程，即可激发学生学习兴趣，降低基因表达的学习难度。

二、教学分析

（一）课标要求

结合DNA的双螺旋结构，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，以及通过复制、转录、翻译等过程传递和表达遗传信息（生命观念、科学思维）。

（二）教材分析

本章从分子水平介绍遗传物质如何在生物体中发挥作用，先介绍基因表达，再介绍基因表达与性状的关系，从认知层面上逐渐递进。“基因指导蛋白质的合成”是必修2第4章，本章在中心法则中渗透物质、能量、信息统一体的生命观念，基因表达涵盖转录和翻译过程，先介绍遗传信息的转录，教材第一个“思考·讨论”的目的是让学生将转录过程和已经学过的DNA复制过程进行比较，通过比较理解转录与复制的不同，其次介绍翻译，利用遗传密码破译实验过程的科学史素材，让学生辨识清楚碱基与氨基酸间的对应关系；第二个思考·讨论”通过对密码子表进行分析，使学生理解密码子的简并性，以及对生物体生存和发展的意义，同时让学生认识到生物圈中绝大部分生物都共用一套遗传密码，认同当今生物可能有共同的起源，为形成生物进化观奠定基础，最后总结中心法则。但多数情况下，基因表达与性状并非简单的一一对应关系，于是第2节就介绍基因表达与性状的关系，因此本节可为后续学习奠定基础，在《分子与细胞》模块第2章第5节《核酸是遗传信息的携带者》已经讲述了DNA、RNA相关的知识，其与本节内容相呼应，体现了知识学习的层层递进过程，所以该节内容起到了承上启下的作用。

三、教学目标与生物学科核心素养

表4-9　教学目标与生物学科核心素养

四、教学重点与难点

（一）教学重点

1.遗传信息的转录和翻译过程。

2.中心法则具体内容。

（二）教学难点

遗传信息的转录和翻译过程。

五、教学方法

（一）讲解法

以“思考·讨论”中的内容为主线，以趣味性较高的探究实验增强学生对知识的求知欲，从而突破遗传密码相关教学难点。

（二）直观教学法

利用PPT中的图片和转录翻译动画，带领学生观察、分析和总结，使学生充分参与课堂，注重课堂实效性。

（三）合作学习法

以小组为单位（5～6人）进行自主合作学习，发挥学生主观能动性的价值。

六、教具准备

展示遗传密码破译的实验过程、相关转录翻译动画图片、3种RNA和核糖体模型等多媒体课件。

七、课时安排

2课时。

八、教学过程

【课前准备】

课前布置任务：每个小组制作3种RNA和核糖体的模型，教师准备好中心法则的建立过程、科学家的故事以及有关的科技进展的资料，让学生提前对遗传信息传递的过程以及中心法则的提出、密码子的破译过程有一定的了解。

【教学实施程序】

（一）导入新课

前面我们学习了DNA分子的结构和复制，了解了DNA分子结构独特的双螺旋结构以及DNA的复制方式，但是，我们对遗传物质如何控制生物性状并不清楚，今天这节课我们沿着科学家们的探索历程，进行科学史的回顾，并对转录和翻译的过程进行学习。

1.教师：布置学生阅读教材第64页问题探讨。

学生：阅读教材第64～69页的内容。

2.教师：利用恐龙DNA能否造出活的恐龙，就像《侏罗纪公园》里那样？

如果能实现，那么DNA中的基因是如何发挥遗传效应的，即如何进行表达的呢？

（多媒体展示第4章章图）请学生阅读观察，是否能看出基因与蛋白质的关系？

学生：通过转录和翻译。

3.教师：蕴藏在DNA中的遗传信息如何变成蛋白质？

学生：DNA主要在细胞核，而核糖体是生产蛋白质的机器，核糖体在细胞质中，所以中间应该有沟通的桥梁，以建立细胞核与核糖体的联系。科学研究显示，中间桥梁为RNA。

4.教师：RNA作为中间桥梁的基础是什么？核糖核苷酸与脱氧核苷酸的相同点与不同点分别是什么？RNA有哪些种类？各自又有哪些功能呢？

请学生对比分析教材图4-1、图4-2，比较五碳糖的结构，RNA与DNA的化学元素及结构。

多媒体展示DNA和RNA的主要区别，请学生完成表4-10。

表4-10

请学生观察教材图4-3，了解RNA的种类、结构及功能（多媒体展示）。

请学生回答，教师作点评。

请学生列表比较DNA转录与DNA复制的异同点。

（多媒体展示图表）教师总结点评。

5.教师：如何解读DNA的信息呢？

请学生阅读教材相关内容，思考以下问题（多媒体展示）。

（1）观察教材图4-5，说出tRNA的结构特点及功能，并比较遗传信息、密码子、反密码子的关系。

（2）何为转录？发生在何处？

（3）转录的条件。

（5）转录的步骤。

请学生回答，教师作点评。

（多媒体展示教材图4-4转录图解）师生共同完成转录过程的分析，并请学生用自己的语言简单概括这个过程。

请学生列表比较DNA转录与DNA复制的异同点。

（多媒体展示图表）教师总结点评。

小结：师生阐述转录过程：以DNA的一条链为模板，遵循碱基互补配对原则，将遗传信息传递至新合成RNA，储存在其碱基中。

（二）遗传信息的翻译

1.教师：转录结果是将遗传信息传递给RNA，那又是如何由RNA转变成生命活动承担着蛋白质呢？请同学自学遗传密码破译的实验过程，说出何谓密码子。观察密码子表，学会查询密码子并总结密码子的特点：一个密码子编码一种氨基酸，但一种氨基酸可能对应多个密码子。(https://www.daowen.com)

请学生观察教材图4-6，并结合相关文字说明，了解翻译的大致过程，同时思考以下问题（多媒体展示）：

（1）何为翻译，其实质是什么，场所在哪里？

（2）氨基酸如何进入核糖体？哪个氨基酸进入是由什么决定的？

（3）核糖体移动的方向如何？

（4）翻译的起始位点是哪里？

（5）肽链是如何形成的？

（6）概括翻译的过程，并与转录和复制比较异同点。

教师结合图解，重点分步讲述翻译的过程，即mRNA中碱基序列对应相应密码子，由tRNA携带相应编码的氨基酸，密码子和反密码子遵循碱基互补配对以保证一定的氨基酸顺序。

（多媒体展示：转录、翻译与DNA复制的比较）

表4-11

2.总结：基因指导蛋白质的合成可概括为：

以四种核糖核苷酸为原料，借助DNA一条链为模板，遵循碱基互补配对原则新合成一条RNA链，RNA与核糖体结合，随着核糖体的移动，mRNA中碱基对应相应氨基酸由tRNA转运形成有序的肽链，肽链盘曲折叠形成具有特定功能的蛋白质。

3.（当堂训练）学生限时完成以下题目，小组展示答案。

判断下列说法的正误：

（1）生物体内的DNA常与蛋白质结合，以DNA-蛋白质复合物的形式存在，若复合物中正在进行RNA的合成，则复合物中含有RNA聚合酶。（　）

（2）DNA聚合酶是在细胞核内合成的。（　）

（3）一个tRNA分子中只有一个反密码子。（　）

（4）一个tRNA分子中只有3个碱基。（　）

（5）细胞中的mRNA在核糖体上移动，指导蛋白质的合成。（　）

（三）探讨遗传密码的破译过程

1.教师：任何科学发现都不是偶然的，而是建立在其他许多科学家的研究成果之上，根据必修2所学的内容归纳总结有关遗传物质的科学家的探究历程，完成表4-12，教师随机抽取小组分享展示答案。

表4-12

教师：课件展示表格4-12的答案：

表4-13

2.教师：完成以上表格以后，引导学生思考以下问题，小组抢答。

密码子的破译全靠尼伦伯格、马太两位科学家智慧的结晶吗？

学生：不是，科学发现是很多科学家共同参与共同努力的结果。（可借助以上历程进行简单总结）

3.教师：引导学生完成教材第67页讨论题，小组随机抽签回答以下问题：

（1）从密码子表可以看出，像苯丙氨酸、亮氨酸这样的绝大多数氨基酸都有几个密码子，这一现象称作密码子的简并性。思考：密码子的简并性有什么意义？

学生：如果密码子发生变化，其对应的氨基酸也可能不变，从而保证物种的稳定性；一种氨基酸可能对应多种密码子，从而可以确保翻译的正常进行。

（2）几乎所有的生物体都共用上述密码子。根据这一事实，你能想到什么？

学生：地球生物有共同起源，是由共同的原始祖先进化而来的。

（3）通过该部分的学习，你领悟到科学发现具有哪些特点？

学生：领悟到科学发现需要从观察入手，同时不能与技术脱离，科学理论的形成需要观察与归纳概括，最终成果需要不断修正。

4.（当堂训练）学生限时完成以下题目，小组展示答案。

SARS病毒是一种单链+RNA病毒。该+RNA既能作为mRNA翻译出蛋白质，又能作为模板合成-RNA，再以-RNA为模板合成子代+RNA。下列有关SARS病毒的叙述正确的是（　）。

A.遗传物质是+RNA，其中含有遗传信息和密码子

B.复制时会出现双链RNA，该过程需要逆转录酶的催化

C.翻译时的模板及所需的酶均由宿主细胞提供

D.增殖过程中会出现T—A、A—U碱基配对方式

答案：A。

（四）中心法则

阅读教材第69页的内容，让学生自己总结中心法则的内容，教师补充。

九、板书设计

4.1　基因指导蛋白质的合成

一、遗传信息的转录

1.RNA的种类、功能

2.转录的概念、场所、条件、过程，DNA复制与转录的不同

二、遗传信息的翻译

1.翻译的概念、场所、条件、过程

2.遗传密码子的破译

三、中心法则的内容

十、布置作业

完成课本第69页“练习与应用”。

案例反思

这节课的总体思路是：在对本节课的学习后，很多学生恍然大悟：原来遗传信息是这样破译出来的。总体感觉在利用动画变静为动后，抽象问题变得直观具体化，所以比较顺利地完成教学任务，学生学习生物的兴趣也有提高。

优点：通过革新教学，充分体现学生的本体性，在教师的引导下学生能主动探索生物学问题或者自行拓展对生物学的认知，不断培养学生的科学探究能力与抽象逻辑思维，提升主观能动性与学习积极性。通过穿插有效的问题情境激发学生的探究欲望，助力学生不断进行知识学习。

不足：学生的知识运用训练不够，在后面的教学中应加强对知识运用的训练，最终达到提升学生生物科学素养的目的。