基因突变和基因重组教学设计

《基因突变和基因重组》的教学设计

一、教材和学情分析

本节课内容包含了两种可遗传变异基因突变和基因重组，而基于前面已经学习了自由组合定律和减数分裂知识，学生们对于基因重组已经有了一定的了解，在这个知识点处理上应注重对学生实际理解能力和图形分析能力的培养，通过实践提高学生的认知能力。这节课的重点和难点就集中于基因突变这个知识点，要通过多种途径来加深对基因突变的内涵和外延的理解。

二、教学目标及重难点

知识目标

1.结合实例.模型.游戏等方法从分子水平（碱基对替换.增添.缺失）分析基因突变发生的时间，内因，推导出基因突变概念。

2. 分析基因突变发生在体细胞和生殖细胞时对其控制合成的蛋白质.对性

状与子代的影响。

3.基因突变的产生外在原因.特点及意义。

4.掌握基因重组的概念.来源.意义，会辨别不同情况下的基因重组。

能力目标

1.结合减数分裂过程，学会用图示形式表示发生基因重组的原因，培养学生的作图和识图能力。

2.借助示意图的观察和对问题的思考，提高学生判断.推理等能力。

3.通过游戏、模型演示推出基因突变概念的过程，锻炼学生们合作探究的能力。

情感态度价值观目标

1.通过分析引起基因突变的外部原因培养学生正确的生活态度，珍惜爱护生命。

2.认同基因简并性保持生物性状稳定性的意义，以及基因突变.基因重组对生物多样性形成的积极意义。

重点

1.基因突变发生的概念.原因及特点。

2.基因重组的来源以及减数第一次分裂后期和交叉互换后对应的的基因变化图。

难点

基因突变及基因重组的意义。

三、教学方法及教具

针对教学内容和教学目标，选择的教学方法为：情境教学法.问题教学法.小组讨论法.学生分析归纳法。

教学流程大体为：提出问题──观察现象──分析探索──得出结论。针对学生的认知规律，由熟悉到陌生，我对教材做了调整，先学习基因重组，再进行基因突变的学习。

教具：多媒体.游戏纸条.磁条（制成基因碱基对）

四、课时安排 1课时

五、教学过程

导入：（呈现水毛茛图片），为什么在水中和空气中，叶片的形状差距这么大呢？这种变异可以遗传么？如果是遗传物质改变，会不会遗传给后代呢？

学生活动：学生观察分析，说出环境引起的是不可以遗传的变异，而遗传物质的改变一般可以遗传的变异。

教师点拨总结：变异分为不可遗传的变异和可遗传的变异，（教师点拨）：可遗传的变异包括基因重组.基因突变和染色体变异。这节课我们来探讨基因突变和基因重组这两种变异。

（一）基因重组

教师活动：多媒体呈现多幅图片

图片1：“一母生九子，连母十个样”

图片2：美国一对夫妇和6个孩子的照片

图片3：我们一家三口（丈夫.儿子和我）的照片

学生观察，讨论

教师问：生物子代与亲代之间.子代与子代之间的个体差异又称为什么现象？

学生回答：父母的遗传物质的重新组合。

教师导出基因重组概念

1.基因重组：是指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。

图片4：本班中的两个双胞胎（王晶和王莹）的照片

学生们很感兴趣，教师顺势指出同卵双胞胎性状非常相似，基本相同。

教师问：那么，基因重组是如何实现的呢？（出示减数分裂的图片和学案上设计的交叉互换图）

学生任务：重温基因的自由组合定律及减数分裂的知识，完成学案上交叉互换后的基因重新组合情况，归纳产生基因重组原因。

2.基因重组的来源

（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？（多媒体出示拥挤的人群）

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？

学生任务：计算.分析后得到都是2 23 种。

指导学生通过计算总结：

3.基因重组的意义：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，对生物进化具有重要意义。

【设计意图】通过生动的图片和身边的人（我和本班同学的照片）的真实照片来导入新课的学习，学生们非常感兴趣。并且我做了大胆地内容调整，把同学们已经有一定知识基础的可遗传变异基因重组放到基因突变这个知识点之前进行学习，学生们由自由组合定律和减数分裂的熟悉的知识入手，可以迅速地理解掌握基因重组这个知识，然后就可以集中花大部分时间在基因突变这个知识的学习上了。

（二）基因突变

游戏导入基因突变学习：教师带领学生做了一个游戏，把学生分成5排，给每排第一个学生发一个纸条，上面都写了一句英文句子THE CAT SAT ON THE MAT．。由每排第一个同学看完句子记住后口头往后传，每次只说一遍，每排最后一个同学回报结果，出来的结果千奇百怪，有的同学丢了一个单词或一个字母，有的增添了字母，我又让学生来当评委给这几个句子找毛病，学生们利用了英语上学的知识找出了错误。顺势，教师导出：字母好比是碱基对，句子好比是DNA片段，那么碱基对的增添.缺少或替换会不会影响句子本来的意思呀？

学生异口同声的说：会。

教师又问：那么刚才我们传递句子的过程是指什么过程呀？

学生思考回答：DNA复制过程。

教师又问：那么碱基对的增添.缺少或替换从根本上改变了什么呀？

学生思考回答：基因的碱基对排列顺序。（教师点拨：基因结构改变。）

1.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。

2.实质：基因结构的改变

3.发生时期：细胞分裂间期（有丝分裂.减数第一次分裂前的间期）

【设计意图】通过游戏来导入，充分发挥了直观教学的作用，学生们在亲身实践中发现了基因突变这个抽象的概念就类似英语学习中句子中单词的拼写出了问题，并能发现基因突变发生的时期是DNA复制过程，也就是分裂间期。

教师发问过渡：那么基因突变又分为什么样的类型呢？一定可以遗传给后代么？突变后一定会引起生物性状的改变么？

资料呈现：1910年，一位美国黑人青年由于发烧和肌肉疼痛到医院看病，医生检查发现，他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血病──镰刀型细胞贫血症。（附正常红细胞和异常红细胞的图片）

教师阐述:我们知道，正常人的红细胞是圆饼状的，而镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却是弯曲镰刀状的。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。这种病是怎样形成的呢？我们一起来探究。

教师多媒体呈现：血红蛋白分子的部分氨基酸顺序

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—

学习任务：找出镰刀型细胞贫血症患者血红蛋白分子异常的原因。

学生对比回答:谷氨酸被缬氨酸替换。

学生借助学案和密码子表分析推测相应的DNA分子的碱基片段发生了什么变化？

学生分析后回答：T//A 被 A//T取代。

教师总结：

直接原因：蛋白质中氨基酸被替换

根本原因：碱基对替换

教师设计模型，利用磁条构建的脱氧核苷酸在磁性黑板上排成一个含有8个碱基对的DNA片段。

学生活动：以小组为单位展开活动，随机在这个基因片段中增添.缺失或替换一个碱基对，并分别记录下转录后的mRNA，推测出这三种情况下对性状的影响情况并对比影响程度的大小。得出：一般情况下，增添或缺失一个碱基对引起的基因突变影响大于替换引起的基因突变。

教师布置课下进一步探究任务：是不是增添或缺失的碱基对越多对性状影响越大呢？

【设计意图】通过模型的构建过程，充分发挥了直观教学的作用，学生们在亲身实践中发现了基因突变发生的几种情况，突破了这个抽象的概念，并利用了前面转录和翻译的知识来解决分析了基因突变的几种情况对性状的影响。

思考：基因突变一定可以遗传给后代么？

学生结合有性生殖知识总结出：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。（教师补充：发生在植物体细胞中的基因突变，如何能够遗传？---无性繁殖.营养繁殖）

教师引出：突变后一定会引起生物性状的改变么？

学生分析学案中发生以下情况是否还有引起镰刀型细胞贫血症呢？

学生合作:转录写出密码子并查密码子表得出两种密码子决定的都是谷氨酸，不会引起性状改变。

教师点拨：由于一种氨基酸可能有几种密码子，这一现象称做密码子简并，以致DNA分子碱基对的替换不一定会导致生物性状的变化。

【设计意图】通过小组讨论和分析，让学生们发现问题并结合以前的知识来解决现在的问题，提高了学生分析解决问题的能力和自我获取知识的能力。

引入下一知识内容：如果人体某些细胞基因突变，有可能发展为癌细胞。癌症就是原癌基因与抑癌基因的突变逐渐积累的结果。

设置问题情境：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：

4.外因：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

内因： DNA复制过程中出错。

【设计意图】通过分析引起基因突变的外部原因培养学生正确的生活态度，珍惜爱护生命。

教师提问：基因突变的特点有哪些？

学生阅读学案上资料：

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a

1，而且还可能突变为a

2

.a

3

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：

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

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个幻灯片，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：基因突变多害少利性。

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：

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？

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。

教师提问：普遍发生的基因突变有何意义？

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：

6.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。

教师点拨：基因突变是新基因产生的途径这个意义。

【设计意图】通过阅读资料获取有用的信息，创设问题情境引导学生通过自主学习和小组合作来总结归纳出基因突变的特点和意义。

课堂总结：我们学习了两种可遗传变异，它们有何异同呢？列表对比：

基因突变和基因重组的比较

六.板书设计

5．1基因突变和基因重组

一.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

3.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。

二、基因突变

1.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

2.实质：基因结构的改变

3.发生时期：细胞分裂间期（有丝分裂.减数第一次分裂前的间期）

4.基因突变的原因

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

5.基因突变的特点

普遍性、随机性、不定向性

自然状态下基因突变的频率很低

多害少利性

6.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。

七、教学反思

建构主义学习理论认为：在学习的过程中，获得知识的多少取决于学习者根据经验去建构有关知识的能力，而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。对知识的真正理解只能是学习者自身基于自身的经验背景建构起来的。要想让学生获得更多.更牢固的知识，必须调动学生的积极性，让其主动探索.体验，仅仅依靠语言的传递是不够的。生物学科属于自然科学学科，在学习的过程中，根据新课标要求，要积极倡导探究式学习，从而提高学生的学习能力，培养研究精神。本节知识非常抽象，在学习时一定注意从现象开始，追根溯源，联系所学过的有关知识去理解基因突变这个概念。

（1）在学习基因重组的概念时，应联系减数分裂的染色体变化。同时注意与基因突变进行比较，可采用列表方式，使两种变异之间的区别与联系更加清晰。

（2）在学习基因突变时，重点是带领学生学习基因突变的基本概念，研究内涵即基因结构的改变，外延是碱基对的增添.缺失和替换。结合基因的结构和基因对性状控制的相关知识，教师以多种多样的教学方式让学生自己研究基因突变是否一定会带来性状的改变。在学习基因突变的本质时，要联系DNA复制和基因表达的有关知识。在DNA复制过程中，DNA分子的解旋使碱基对暴露，因而使碱基对易发生替换.增添或缺失引起基因突变。突变后的基因成为一个新的基因，即原基因的等位基因。该基因在表达时，由于引起mRNA上密码子的改变使组成蛋白质的氨基酸种类和数目都可能发生变化，生物体的性状也可能发生改变。但由于一种氨基酸有多种密码子，所以基因发生突变后，所编码的氨基酸也可能不发生改变。

（3）任何事件的发生总是有内因和外因在共同起作用，基因突变也不例外。引起基因突变的外界因素有三类：物理因素.化学因素和生物因素。对于这三种因素的作用，我们可以通过分析一些实例来进行归纳总结。