《5.1基因突变与基因重组》教学设计
(一) 情境导入,引出标题
播放电影《蜘蛛侠》的片段，吸引学生学习生物的兴趣，提问学生影片男主角为什么会变成一个蜘蛛侠，从而引出本章章题：变异，并展示变异的概念。 (二) 合作探究,精讲点拨 探究1:基因突变的实例
讲述:生物的变异有两种类型。那什么情况下的变异不遗传,什么情况下的变异可遗传?我们知道生物的表现型与基因型和外界环境条件有关。像玉米这样,子粒饱满是由于水、肥和光充足引起,也就是外界环境条件引起的,这种变异是不遗传的。而太空椒邀游过太空,宇宙辐射改变了它的遗传物质,因此这个变异性状就是可遗传的。可遗传的变异是生物变异的主要类型。它的来源主要有三方面:基因突变、基因重组和染色体变异。
那么什么是基因突变?基因突变是怎么产生的?又怎么导致生物变异呢?下面的图片是关于正常红细胞基因突变形成镰刀型红细胞的内容,我们先来看一下。(学生阅读教材第80~81页后讨论并回答镰刀型细胞贫血症是怎样引起的一种遗传病。)
问:从图片中我们看到正常红细胞是什么形状?有什么功能? (答:圆饼形状,具有运输氧气的功能。)
问:镰刀型细胞贫血症的红细胞呈镰刀状,对功能的完成有没有影响? (答:有,运输氧气的能力降低,易破裂溶血造成贫血,严重时会导致死亡。) 讲述:那么是什么原因使正常红细胞变成镰刀型红细胞的化呢?分子生物学研究表明是基因突变的结果。让我们来看镰刀型细胞贫血症病因的图解，大家知道,性状是由蛋白质来体现的,我们先来看正常血红蛋白与镰刀型血红蛋白的氨基酸组成。(学生看教材第81页的思考与讨论,思考并回答问题。) 问:两者有什么区别?
(答:正常的是谷氨酸,异常的是缬氨酸。) 问:氨基酸是由什么决定的?
(答:由信使RNA上的密码子决定的。)
问:构成信使RNA上的密码子的那些碱基又是由什么决定 的呢?
(答:由DNA上的碱基决定的。)
问:大家来比较一下正常与异常的DNA,它们的区别在哪里? (答:一个碱基对的改变。)
问:DNA上一个碱基对发生了改变,最终导致了镰刀型细胞贫血症。我们知道性状是由基因控制的,那么基因是怎么来决定性状的呢?
(答:基因是由脱氧核苷酸组成的,脱氧核苷酸的排列顺序代表了遗传信息,基因控制生物性状就是要把特定的遗传信息通过转录和翻译反映到具体的蛋白质结构上）。
讲述:我们看控制血红蛋白的DNA上一个碱基对改变,使得该基因脱氧核苷酸的排列顺序发生了改变(教师引导学生回答),也就是基因结构改变了,最终控制血红蛋白的性状也会发生改变,所以红细胞就由圆饼状变为镰刀状了。基因结构的改变除了碱基对的替换,还有没有其他可能?
大家回顾一下,什么叫基因?基因的分子结构如何?出示基因结构变化示意图,对着图进行讲解。现在请大家自己来总结一下基因突变的概念 (答: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,叫基因突变。)
讲述:基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变,基因突变使一个基因变成它的等位基因,并且通常会引起一定的表现型变化。如棉花正常枝→短果枝、普
通羊→短腿羊、正常人白化病、水稻高秆→矮秆、果蝇的红眼→白眼等。基因突变是如何产生的呢? 探究2:基因突变的原因
学生阅读教材第81页,总结易诱发生物发生基因突变的因素: (1)物理因素:包括X射线、紫外线、激光等。 (2)化学因素:亚、碱基类似物等。 (3)生物因素:如病毒和某些细菌等。
生物的变异不只是由基因突变引起的,那么我们应该怎样去认识由于基因突变而引起的变异呢?下面我们就来了解基因突变的特点。 探究3:基因突变的特点
出示图片:棉花正常枝→短果枝;水稻高秆矮秆;果蝇长翅→残翅;鸡的直羽→卷羽;人正常色觉一色盲;正常人→白化病。这些图片,有植物、动物,还有人的例子,你们认为突变有什么特点?(可让学生进行讨论,用具体实例来说出各特点。) (答:植物、动物和人都可能发生基因突变。) 基因突变发生在什么时期?哪些细胞能发生基因突变? (答:基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期和生物 体的任何细胞中。)
问:如果突变发生在体细胞中,该性状会不会遗传给后代? (答:不会,只有生殖细胞的突变才会遗传给后代。)
既然任何生物发育的任何时期任何细胞都可能发生突变那是不是突变很容易发生呢?请大家阅读教材第82页第4段的内容。
基因突变频率很低,高等生物中大约十万到一亿个生殖细胞中才会有一个生殖细胞发生基因突变,低等。生物、细菌、噬菌体突变频率更低,同一种生物不同的基因突变频率也不一样。基因突变对生物体究竟好不好呢?大家讨论一下。 (答:有的不好,如白化病、色盲;有的好,如小麦矮秆能抗倒伏,微生物抗药性突变等。)
教师总结:基因突变绝大多数是有害的,但也有少数是有利的,为什么呢?因为任何一种生物都是长期进化过程的产物,它们与环境已经取得了高度协调,如果发
生基因突变就可能破坏这种协调关系。因此基因突变对于生物往往有害,但少数是有利的。我们能不能只让它进行有利的突变呢?这不行。因为基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变,产生个以上的等位基因。 基因突变的特点有:①普遍性;②随机性;③低频性(突变率低);④多数有害性;⑤不定向性。(在进行讨论时,教师要适时据具体情况来引导,正确了解基因突变的特点,就能正确地认识基因突变引起的变异。 ） 基因突变往往产生一些新性状,这对生物有什么意义呢? 探究4:基因突变的意义
学生阅读教材第82页第5段,思考、讨论基因突变的意义。 探究5:基因重组
其实生物变异不只是由基因突变引起的,基因重组也会造成生物变异。那么基因重组造成的生物变异又是在什么情况下的呢?又有什么特点呢?接下来我们就来学习基因重组。
什么是基因重组呢?基因重组是控制不同性状的基因重新合。我们在前面学习自由组合定律时已经接触过这方面的知识。
大家先回忆一下,黄色圆粒与绿色皱粒作亲本杂交产生后代的过程。 P黄色圆粒×绿色皱粒 F黄色圆粒 ↓自交
F2黄色圆粒 黄色皱粒 绿色圆粒 绿色皱粒
问:F2除了黄色圆粒、绿色皱粒以外,还有两种亲本所没有的新性状:黄色皱粒、绿色圆粒,这两种性状与亲本相比是不是变异性状呢? (答:是。)
(答:在F1减数形成配子时,控制不同性状的基因自由。) 问:它们又是如何产生的呢?
（答：在F1减数形成配子时,控制不同性状的基因自由组合形成的。) 问:基因重组发生在什么情况下?
(答:减数形成配子时,非同源染色体上的非等位基因自由组合。) 基因重组还可以发生在减数四分体时期,由于同源染色体的非姐妹染色单体之间常常发生局部互换,从而造成控制不同性状的基因重新组合。(教师引导回答。)
请大家举出基因重组的例子。
大家举出的例子有好多,要强调的是这些基因重组的变异必须通过有性生殖过程才能实现。丰富多彩的变异是形成生物多样性的重要原因之一,因此对生物进化具有十分重要的意义。 (三) 反思总结,当堂检测
教师组织学生反思总结本节课的主要内容,并进行当堂检测。
《5.1基因突变和基因重组》学情分析
该班学生生源情况一般，基础薄弱，但课堂气氛较活跃，回答问题、交流问题积极，学习积极性高，经过一个多学期以来生物课堂的学习，该班学生对生物学习兴趣较大，经常在课后主动地进行生物知识的拓展学习，因此适合在问题导学的情境下由教师引导学生进行学习，充分体现学生的主体地位。 从知识方面来看，生物的变异现象对于学生而言并不陌生，通过初中生物课的学习，学生已经初步认识到生物
的变异首先与遗传物质有关，其次与环境有关，本节在此基础上，进一步引导学生学习遗传物质究竟是如何引起生物的变异的。在前面的学习中学生对基因突变基本不太了解，所以重点应放在基因突变的讲解上，而基因重组的两种类型前面已经有所学习，所以不需要太大篇幅来讲解。另外，本节的很多知识点都可以让学生结合生活实际来学习。
《5.1基因突变和基因重组》效果分析
本节课导入采用了电影片段导入，引发了学生的兴趣，为本节课开了个好头。随后讲解每个知识点都采用问答式，启发了学生的思维，使学生主动思考问题，真正实现了以学生为主体的教学理念，也使得课堂气氛比较活跃。整体来说，本节课教学效果比较好，师生互动频繁，学生思路也有很大拓展，学生收获较多，但本节课前半段节奏有点快，可能学生掌握不是特别好，节奏应该稍微放慢一些，可能学生对基因突变的理解会更透彻。
《5.1基因突变和基因重组》教学反思
《基因突变和基因重组》是高中生物教材的重点和难点，在教学过程中学生已有的认知基础较薄弱，教学时应注意由浅入深，降低学生的认知难度。本堂课整体思路明确，教学设计合理；重难点突出，时间分配合理。讲解过程中，将本节课内容以探究活动的方式分成五部分，以小组合作的形式完成，充分发挥了学生在课堂上的主体地位，同时有助于培
养学生获取信息、合作探究以及表达能力的培养。 不足之处：由于本节课的课容量较大，在时间安排上稍有紧凑，尤其基因突变讲解有些快，最好之后再安排半节课对本节知识点进行补充讲解。
《5.1基因突变与基因重组》教材分析
本模块的第一章至第四章，从分子水平阐述了基因的本质、基因在细胞中的存在位置、基因的结构和作用等基本问题；第5章则从生物变异入手，从基因和染色体变化的角度来认识生物变异发生的原因。是第四章的延续和拓展。本节教学可用1课时，重点是基因突变。基因重组的实质，既基因的自由组合定律，已经在孟德尔的豌豆杂交实验中做过详细的介绍，因此在本节教学中不再列为重点内容。本节在教学上采用以下思路：
1.从科学发现的过程切入，设置问题情境，引导学生进行探究。
关于基因突变，教材选用了镰刀型细胞贫血症的实例，从现象开始，追根溯源，让学生理解基因突变的根本原因是DNA分子的碱基对发生了变化。这种变化可能会导致生物体的性状发生改变，教师可适当让学生补充一些相关资料，并结合“思考与讨论”中的问题，让学生自主进行讨论和探究。通过讨论，让学生能够认识到基因突变的本质
是DNA分子的碱基对发生了改变，并且能够进一步认识“基因对性状的控制是通过控制蛋白质的合成来实现的”这一基本的生物学原理。
2.用类比推理的方法引导学生理解基因突变的类型。 怎样全面理解DNA分子碱基对的改变可能导致的结果呢？是不是DNA分子的碱基对发生改变就一定会导致生物体性状的改变呢？为了说明这个问题，教师先引导学生阅读“问题探讨”，讨论英文句子中个别字母发生改变后，对于全句所表达的意思的影响情况。通过分析可以看出，英语句子中一个字母的改变可能导致句子的意思不变、变化不大和完全改变三种情况。然后教师再通过联想和类比的方法，结合不同的密码子可以对应相同的氨基酸知识，引导学生推测基因突变与生物体性状改变之间的关系，从而了解不是所有的基因突变都会导致生物体性状的改变。所以基因突变对于生物体来说，有的有害，有的有利，有的既无害也无利。
3.通过生活中的具体事例,引导学生理解抽象的概念。 在学习基因突变的原因时,教师引用癌症的病例,介绍癌症的形成是体细胞发生基因突变的结果,然后让学生列举生活中的事例,归纳哪些因素会导致基因突变。例如,射线(X射线、紫外线、Y射线等)容易引发癌症,在强烈的日光下暴晒容易导致皮肤癌(这时可以趣味设疑,为什么要用防晒霜呢?)，可以列举居里夫人的例子，另外还可以列举一些食物
中的致癌物的例子，让学生分析是什么因素导致的基因突变。
4.以设问和讨论的形式引导学生思考基因突变和基因重组的意义。
基因突变和基因重组的意义是教学中的难点。为了理解基因突变是生物变异的根本来源,是生物进化的原材料,教师引导学生思考下列问题:基因突变能产生新的基因吗?这些新基因产生的新性状对生物的生存有什么意义(有利还是有害)?自然环境会选择哪些个体生存下来?通过这些设问,使学生理解基因突变最重要的特点是产生了新的基因,原来的基因和新的基因所表达的性状为自然环境提供了选择的材料。基因重组尽管不能产生新的基因,但可以产生不同的生物性状组合,产生新的基因型。所以说,基因重组为生物的进化提供了可供选择的材料。
5.以填表的形式引导学生对比和总结
在教学结束时,教师可将基因突变和基因重组进行列表总中的总结内容可由学生讨论回答。
《5.1基因突变与基因重组》课标分析
新课程教材的变化有以下几个方面：教材内容的深度和广度加大，注重学生科学素质的培养，注重联系实际以及学科之间的整合，学生活动增加了，课前章末都增加了知识点，习题多样，图文并茂，所以本节课的课标如下：
1、知识目标：
①掌握基因突变的概念、特点和原因。 ②分析基因重组类型。
③说出基因突变和基因重组的意义。 2、能力目标：
①运用比较法区分基因突变和基因重组。 ②能举例分析基因突变的特点及原因。 3、情感目标
①了解基因突变与基因重组在自然界生物变异与进化中 的作用、地位及意义，尝试通过现象看本质。
②结合社会热点问题，培养理论联系实际和关注社会的科学态度。
1.人类镰刀型细胞贫血症的根本原因是（D） A．红细胞由圆盘型变成镰刀型
B．血红蛋白分子中的一个谷氨酸变成缬氨酸 C．RNA的碱基序列改变 D．DNA的碱基种类改变
2.基因突变的原因是：（D）
A．染色体上的DNA变成了蛋白质 B．染色体上的DNA变成了RNA C．染色体上的DNA减少了或增多了
D．染色体上的DNA结构发生了局部改变
3.将鲫鱼的后代培育成金鱼是利用了：（C） A．不遗传的变异 B．环境的改变 C．可遗传的变异 D．食物的改变
4.下列有关基因突变的说法，不正确的是( B ) A. 自然条件下，一种生物的突变率是很低的 B. 生物所发生的基因突变一般都是有利的 C. 基因突变在自然界的中广泛存在
D. 基因突变可产生新的基因，是生物变异的主要来源
5. 利用激光对DNA进行修复，生物学上称之为（A） A. 基因突变 B. 基因重组 C. 基因互换 D. 染色体变异
