人教版高中生物必修二第四章第3节《遗传密码的破译(选学)》优质教案

高中生物必修2第四章第三节的教学设计遗传密码的破译（选学）广州市第九十七中学沈颜英（E-mail：yanyingshen@ ）课时课标解读知识目标1.说出遗传密码的阅读方式。

2.说出遗传密码的破译过程。

教学重点和难点1.教学重点：遗传密码的破译过程。

2.教学难点：尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。

能力目标1.培养学生整理、归纳信息的能力。

2.让学生学会用已有知识和经验提出假说，运用类比推理的方法得出结论。

情感、态度、价值观目标1.了解生物学研究史，感受科学研究的艰辛历程。

2.培养学生的科学探索精神和严谨的科学态度。

课时安排 1课时一、教材分析本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。

本节内容属于选学，也是原教材没有的。

但这部分内容很好地体现了科学理论和科学实验在科学研究中的作用，为学生学习探究方法提供了很好的材料。

承接第1节介绍的理论推导，本节进一步探讨遗传密码的阅读方式，然后介绍克里克的实验，体现了科学思维的严谨和科学讲求实证的特点。

并用类比方法将克里克的实验简单化，让学生能够理解实验的设计思路与研究方法。

“遗传密码对应规则的发现”反映了不同的研究思路，即利用生物化学的手段，建立蛋白质体外合成系统。

学习蛋白质的合成后，了解蛋白质的体外合成系统相对容易，对于尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验就比较容易接受了。

二、学生情况分析本教学设计针对的是理科基础班学生，他们对生物具有较大的兴趣，但对前面两节内容的学习不够X科班同学深入。

本设计希望通过《遗传密码的破译》的教学，激发他们的生物学探索兴趣，利用他们理科思维的优势，体验科学思维的严谨性和科学的实证性，从而更好地掌握本章内容。

三、教学策略本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的延伸和补充。

学生在第1节中已经学习了遗传密码，但并不了解遗传密码是如何破译的，本节引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程学习其中蕴含的科学研究方法。

第3节遗传密码的破译（选学）●从容说课本节的主要内容是遗传密码的破译过程。

自从“一基因一酶”学说建立（1941年）以后，人们逐步地认识到基因和蛋白的关系。

“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。

那DNA 和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在20世纪50年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。

早在遗传物质的化学本质尚未确定之前，1944年理论物理学家薛定谔发表的《什么是生命》一书中就大胆地预言，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所组成。

这种连续体的精确性组成了遗传密码。

他认为同分异构单体可能作为一般民用的莫尔斯电码的两个符号：“·”“—”，通过排列组合来储存遗传信息。

1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战，他用数学的方法推断3个碱基编码一个氨基酸。

但人们不禁要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？1957年Brenner.S发表理论文章，他通过蛋白质的氨基酸顺序分析，发现不存在氨基酸的邻位限制作用，从而在理论上否定了遗传密码重叠阅读的可能性。

而克里克在1961年第一个用T4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码一个氨基酸。

同一年尼伦伯格和马太利用无细胞系统进行体外重组破译了第一个遗传密码。

后来尼伦伯格和他的小组采用了一把钥匙开一把锁的思路，一举破译了全部的密码。

遗传密码的破译是生物学史上的一个伟大的里程碑，为人类探索和提示生命的本质的研究向前迈进一大步，为后面分子遗传生物学的发展有着重要的推动作用。

遗传密码的破译，测序方法的建立以及体外重组的实现是基因工程的三大基石。

本节内容实际上是对科学史的介绍，但其实际目的是让学生学习其中蕴含的科学研究方法，学习这些科学家的那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思，开拓学生的思维方式，培养学生具有科学家的思维素养。

《遗传密码的破译》教学设计方案遗传密码对应规则的发现尼伦伯格和马太的实验：每个试管各加入一种氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的细胞提取液，以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，结果加入了苯丙氨酸的试管中出现了多聚苯丙氨酸的肽链。

学生阅读教材75页的实验过程和结果，思考并讨论以下几个问题。

（1）实验中多聚尿嘧啶核苷酸的作用是什么？（作为模板mRNA直接控制蛋白质（多肽）的合成）（2）为什么要除去细胞提取液中的DNA和mRNA？（原有的mRNA会作为合成蛋白质的模板干扰实验结果；DNA可能作为mRNA合成的模板，而新合成的mRNA也会干扰实验结果。

）（3）如果你是马太或尼伯格，为使实验结果更具说服力，作为本节课的难点，采用学生阅读教材、教师讲解和问题串探究三方面学习相结合，让学生层层递进，逐渐突破难点。

从实验中认识到遗传密码是如何被破译的，提高学生的实验探究能力。

遗传密码的展示密码子表，通过以上学习总结密码子特点：不间断性、不重叠性、简并性、通用性、有起始密码与终止密码课堂小结纵观下遗传密码的破译过程和遗传密码破译的意义。

课外视频：了解下近百年来人类探索生命的历史步伐。

习题巩固（2019，全国Ⅰ卷2）用体外实验的方法可合成多肽链。

已知苯丙氨酸的密码子是UUU，若要在体外合成同位素标记的多肽链，所需的材料组合是（C ）①同位素标记的tRNA②蛋白质合成所需的酶③同位素标记的苯丙氨酸利用今年高考题，提高学生对于知识的重视程度，并检测知识的学习程度。

板书设计第3节遗传密码的破译。

第四章基因的表达第3节遗传密码的破译[知识导航]1．_______年________________提出了DNA 双螺旋结构模型2.伽莫夫提出__________________________的设想一．遗传密码的阅读方式：1．方式: ①_________方式和②____________方式2.写出下列DNA 序列以上述两种方式阅读后的密码子及决定氨基酸的个数GGTTCGCACGCT①密码子:____________________________________________________氨基酸个数:_____ ②密码子:____________________________________________________氨基酸个数_____[思考]1．当上图中的DNA 的第三个碱基T 发生改变时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

2．①在图中的DNA 的第三个碱基T 后插入一个碱基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

②在图中的DNA 的第三个碱基T 后插入两个碱基,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

③在图中的DNA 的第三个碱基T 后插入三个碱基,如果密码是非重叠的,这一改变将影响_______个氨基酸;如果密码是重叠的,将影响 个氨基酸。

二．克里克的实验证据1．克里克是第一个用实验证明_________________________________________的科学家。

2．实验材料：_____________3．实验过程：在相关的碱基序列中增加或删除一个或两个碱基,__________正常功能的蛋白质；当增加或删除三个碱基时，却_____________正常功能的蛋白质4．结论：___________________________________________________________________。

第四章基因的表达第3节遗传密码的破译〔选学〕教案教学目标1、说出遗传密码的阅读方式。

2、说出遗传密码的破译过程。

教学重点：遗传密码的破译过程。

教学方法：直观教学法。

导入：1944年奥地利物理学家薛定谔就在他的生命是什么一书中，最早提出了遗传密码的设想。

他猜想染色体中的有机单体严格、精确地排列，构成了遗传密码。

遗传密码决定了生物的遗传性状。

这个大胆的猜想，吸引了一批优秀的科学家投身到生命科学的研究中，去破译遗传密码。

自1953年DNA双螺旋结构模型提出以后，科学家就围绕遗传密码的破译展开了全方位的探索。

一、遗传密码的阅读方式1954年科普作家伽莫夫对破译密码首先提出了挑战。

他设想：假设一种碱基与一个氨基酸对应的话，那么只可能产生4种氨基酸，而天然的氨基酸有20种，因此不可由一个碱基编码一种氨基酸；假设2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42＝16种，也缺乏以编码20种氨基酸；因此他认为3个碱基，编码一种氨基酸。

伽莫夫用数学的排列组合的方法在理论上作出推测的，后来的实验证实这一推测是完全正确的。

接下来，人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢以重叠和非重叠方式阅读DNA序列会有什么不同呢呈现教材P74图片。

[思考与讨论]1、学生答复：如密码子是非重叠的可能影响1个氨基酸，如是重叠的，可能影响3个氨基酸。

2、学生答复：插入1个A，非重叠将会影响后面所有的氨基酸。

插入2个碱基，非重叠那么影响后面所有的氨基酸。

插入3个碱基，非重叠将会在原氨基酸序列中多一个氨基酸；插入1个A，重叠将会影响3个氨基酸，多肽比原来正常多肽多1个氨基酸。

插入2个碱基，重叠那么影响4个氨基酸。

多肽比原来正常多肽多2个氨基酸。

插入3个碱基，重叠那么影响5个氨基酸，多肽比原来正常多肽多3个氨基酸。

遗传密码真的是以3个碱基为一组吗阅读方式究竟是重叠的还是非重叠的必须拿出实验证据。

二、克里克的实验证据学生阅读教材P74相关内容，结合有关句子中插入英语字母对语句产生的变化来理解，进行类比分析。

《遗传密码的破译（选学）》本节内容在课标中属选学部分，是为了满足学生多样化的需求而设计的；面向基础较好、学有余力的选修学生分通过充分利用教材中的学习化课程资源,来调动学生的探究兴趣。

本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。

学生在第1节中已经学习了遗传密码，但并不了解遗传密码是如何破译的，本节引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程学习其中蕴含的科学研究方法。

在教学中教师采用探究式教学引导学生通过数学方法推理和猜想“碱基与氨基酸的对应关系”；根据科学资料，运用英语词句类比推理“碱基与氨基酸的对应关系”；借鉴科学家的实验方法，小组合作设计实验方案，探究与体验破译遗传密码的方法和过程。

采用类比的学习方法，使复杂的问题更容易理解；以分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法。

【知识与能力目标】1、说出遗传密码的阅读方式；2、说出遗传密码的破译过程，包括伽莫夫的三联体推断，克里克的实验证据，尼伦伯格和马太的蛋白质的体外合成实验。

【过程与方法目标】1、感受和重温科学家的思维历程；2、类比的学习方法。

【情感态度价值观目标】1、对科学家那种敏锐、大胆、睿智和创新的精神还有那种巧妙的构思表达敬佩；2、认同遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。

【教学重点】 三个碱基决定一个氨基酸这一结论的探索过程【教学难点】重叠阅读方式和非重叠阅读方式1、多媒体课件；2、学生完成相应预习内容；3、学生课前查阅相关背景资料，搜集有关资料。

一、课程的导入通过给同学几分钟时间让学生对应左图的莫尔斯密码表将书上给的那一段密码文字翻译出来，然后问学生“如果没有这个密码表，他们能译出来吗？再问那么密码表重要吗？”“同学们那你们知道我们身体里也藏有一个密码表吗？知道它是什么吗？了解它吗？好，这节课我们就来学习这个我们身体里的密码子-----遗传密码子”二、新课的展开我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。

遗传密码的破译（选学）教学目标遗传密码子的破译。

教学重点/难点1.教学重点：三个碱基决定一个氨基酸这一结论的探索过程。

2.教学难点：重叠阅读方式和非重叠阅读方式。

教学过程一、课程的导入通过给同学几分钟时间让学生对应左图的莫尔斯密码表将书上给的那一段密码文字翻译出来，然后问“学生如果没有这个密码表，他们能译出来吗？再问那么密码表重要吗？”“同学们那你们知道我们身体里也藏有一个密码表吗？知道它是什么吗？了解它吗？好，这节课我们就来学习这个我们身体里的密码子-----遗传密码子”二、新课的展开我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？“中心法则”提出后更为明确地指出了遗传信息传递的方向，总体上来说是从DNA→RNA→蛋白质。

那DNA和蛋白质之间究竟是什么关系？或者说DNA是如何决定蛋白质？这个有趣而深奥的问题在五十年代末就开始引起了一批研究者的极大兴趣。

1954年科普作家伽莫夫G.Gamor对破译密码首先提出了挑战。

当年，他在《自然Nature》杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。

（一）遗传密码子的阅读方式人们不禁又要问在三联体中的每个碱基作为信息只读一次还是重复阅读呢？以重叠和非重叠当图中DNA的第三个碱基(T)发生改变时,如果密码是非重叠的,这一改变将影响1个氨基酸,如果是重叠的又将影响3个氨基酸。

当图中DNA的第三个碱基(T)后插入一个碱基A,如果密码是非重叠的,这一改变将影响3个氨基酸,如果密码是重叠的,又将影响3个氨基酸。

（二）遗传密码子的验证（克里克的实验）1961年,克里克对T4噬菌体DNA上的一个基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。

通过这样的方法他们发现加入或减少1个和2个碱基都会引起噬菌体突变，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时却可以合成正常功能的蛋白质。

4.3《遗传密码的破译》的教学设计一、设计思路科学史展现了科学家探索生物新知的过程，不同的科学家在不同时期都对某同一个问题进行反复的研究和验证，资料中涉及的一些知识背景、设计思路、技术手段与学生的认知水平存在一定的距离。

在本节课中，通过还原遗传密码破译的研究场景，让学生亲历科学知识的获得过程，运用问题引导的教学模式，采用个体学习与合作学习相结合、体验探究与自主构建相结合的教学策略理解科学的本质，领悟科学方法。

二、教学分析1．教材分析《遗传密码的破译》是高中生物必修2第4章《基因的表达》的一节内容，是对本章第一节《基因指导蛋白质的合成》的重要补充，在教材中本来属于选学内容。

该内容是理解基因突变和基因工程的理论基础，同时也蕴涵着丰富的科学史探究素材，包含了“假说-演绎”的完整案例，也体现了实验设计的许多科学方法，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达素养，是达成三维目标之一“情感态度价值观“的难得载体。

2．学情分析（1）学生对基因指导蛋白质合成的具体过程有了一定的知识准备，对遗传密码的特点、作用有了清楚的认识，为进一步认识和理解遗传密码的发现创造了条件。

（2）高二的学生的学习兴趣浓厚、思维较活跃。

通过高中阶段生物课程的学习，具有较强的实验设计、分析能力。

学生对科学探究的一般过程的理解程度，将影响其对于蛋白质体外合成实验的设计。

因此在探究实验设计的过程中应加强引导，细化各步骤的问题，做好知识的铺垫。

3．教学重难点（1）教学重点：通过遗传密码破译的过程，理解科学的本质,体会“假说-演绎”的重要作用, 体验科学探究的方法态度。

（2）教学难点：遗传密码阅读方式的实验证据，无细胞系统破译遗传密码的实验设计。

三、教学目标1．知识与能力（1）遗传密码的破译过程。

（2）遗传密码的特点。

2．过程与方法（1）从数学的角度认识碱基与氨基酸的对应关系训练学生科学推理能力。

第 3 节遗传密码的破译三维目标1.知识与技术（1）说出遗传密码的阅读方式。

（2）说出遗传密码的破译过程，包含伽莫夫的三联体推测，克里克的实考凭证，尼伦伯格和马太的蛋白质的体外合成实验。

2.过程与方法（1）感觉和重温科学家的思想历程。

（2）类比的学习方法。

3.感情态度与价值观（1）对科学家那种敏锐、勇敢、睿智和创新的精神还有那种奇妙的构想表达敬重。

（2）认可遗传密码的破译对生物学发展的重要意义。

教课要点遗传密码的破译过程，指引学生感觉这类思想过程并产生与科学家的思想共识。

教课难点1.克里克的T 4噬菌体实验。

2.尼伦伯格和马太设计的蛋白质体外合成实验。

教具准备多媒体演示课件课时安排1课时教课过程［情境创建］在第 1 节我们学习了有关基因指导蛋白质合成的过程，我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实质上就是将mRNA 中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？就是经过密码子。

（体现密码子表）此刻大家已经十分清楚了这些遗传密码，而当时是经过很多科学家艰辛的思虑和探究，最后被几个年青人的富裕创新的实验才破译的，这个过程充满了思想的智慧。

那这些遗传密码是如何被破译的呢？让我们从头重温一下这段科学史，找寻科学家探究的踪迹，对我们的思想会有好的启示作用的。

［师生互动］1.研究背景在孟德尔遗传规律于 1900 年被再次证明以后，很多科学家投入到遗传问题的研究上来，试图揭露基因的实质和作用原理。

“中心法例”提出后更加明确地指出了遗传信息传达的方向，整体上来说是从DNA →RNA →蛋白质。

那 DNA 和蛋白质之间终究是什么关系？或许说DNA 是如何决定蛋白质？这个风趣而高深的问题在五十年月末就开始惹起了一批研究者的极大兴趣。

1944 年，理论物理学家薛定谔发布的《什么是生命》一书中就勇敢地预知，染色体是由一些同分异构的单体分子连续所构成。

这类连续体的精准性构成了遗传密码。