視頻簡介：
視頻標簽：基因突變,基因重組
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：福建省高中生物優質課比賽《基因突變和基因重組》(黃)
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福建省高中生物優質課比賽《基因突變和基因重組》(黃巍)
《基因突變和基因重組》的教學設計
一、教材和學情分析
本節課內容包含了兩種可遺傳變異——基因突變和基因重組，而基于前面已經學習了自由組合定律和減數分裂的知識，學生們對于基因重組已經有了一定的了解，在這個知識點處理上應注重對學生實際理解能力和圖形分析能力的培養，通過實踐提高學生的認知能力。
這節課的重點和難點集中于基因突變這個知識點。理性思考與論證作為新課標所提倡的核心素養的重要組成部分，教師可以有意識地通過生物學科知識引導學生思考，讓學生能夠運用模型與建模、歸納與概括、演繹與推理等方法，加深對基因突變的內涵和外延的理解。
二、教學目標及重難點
知識目標
1、結合實例、模型、游戲等方法從分子水平（堿基對替換、增添、缺失）分析基因突變發生的時間，內因，推導出基因突變概念。
2、分析基因突變發生在體細胞和生殖細胞時對其控制合成的蛋白質、對性狀與子代的影響。
3、基因突變的產生外在原因、特點及意義。
4、掌握基因重組的概念、來源、意義，會辨別不同情況下的基因重組。
能力目標
1、結合減數分裂過程，學會用圖示形式表示發生基因重組的原因，培養學生的作圖和識圖能力。
2、借助示意圖的觀察和對問題的思考，提高學生判斷和推理等能力。
3、通過游戲、模型演示推出基因突變概念的過程，鍛煉學生們合作探究的能力。
情感態度價值觀目標
1、通過分析引起基因突變的外部原因培養學生正確的生活態度，珍惜愛護生命。
2、認同基因簡并性保持生物性狀穩定性的意義，以及基因突變、基因重組對生物多樣性形成的積極意義。
重點
1、基因突變發生的概念、原因及特點。
2、基因重組的來源以及減數第一次分裂后期和交叉互換后對應的的基因變化圖。
難點
基因突變及基因重組的意義。
三、教學方法及教具
針對教學內容和教學目標，選擇的教學方法為：情境教學法、問題教學法、小組討論法、學生分析歸納法。
教具：多媒體、減數分裂染色體模型、堿基和氨基酸磁貼
四、課時安排 1課時
五、教學過程
（一）基因突變
1、基因突變的概念
紅細胞是血液中數量最多的一種血細胞，紅細胞中富含的血紅蛋白是負責運載氧的一種蛋白質，下面是血紅蛋白基因的一段堿基序列，請將其轉錄并翻譯出來，然后請一位同學用堿基和氨基酸模型在黑板上排列出來。
DNA模板鏈： -GGG CTT CTT TTT-
mRNA：
多肽鏈：
1.1 堿基替換
翻譯“THE DOG BIT THE CAT”（狗打了貓），如果將“CAT”中的“T”改成“R”，那么這句話的意思就變成“狗打了車”。如果基因的核苷酸序列中發生了堿基替換，會導致怎樣的后果呢？
請在下面正常血紅蛋白基因的一段堿基序列中，任意替換一個堿基，并將其轉錄并翻譯出來，然后請一位同學用堿基和氨基酸模型在黑板上排列出來。
DNA模板鏈： -GGG CTT CTT TTT-
mRNA：
多肽鏈：
通過與正常的血紅蛋白多肽鏈進行對比，觀察當基因的堿基發生不同的替換后，是否會對蛋白質的結構和功能造成不同的影響？先寫出你替換后的結果，再參考其他同學替換的不同結果，寫出其他可能。
①堿基替換后導致氨基酸改變，蛋白質的功能可能異常，如鐮刀型細胞貧血癥，患者無法合成正常的血紅蛋白，使得紅細胞變成異常的鐮刀狀。這種不規則形狀的紅細胞會過早死亡，導致貧血�，F在世界上發現的異常血紅蛋白就有500多種。
②堿基替換后氨基酸不變，因為密碼子簡并性，蛋白質結構和功能沒有發生改變。
③如果堿基替換后，轉錄出沒有決定氨基酸的終止密碼子，則會提前終止翻譯，那么對蛋白質結構和功能的影響將會很大。
2.2 堿基的缺失和增添
如果去掉英文句子 “THE DOG BIT THE CAT”中的“G”，則句子變為“THE DOB ITT HEC AT”。如果DNA中的堿基發生了缺失，會導致怎樣的后果呢？
請在下面正常血紅蛋白基因的一段堿基序列中，任意缺失或增添一個堿基，并將其轉錄并翻譯出來，然后請一位同學用堿基和氨基酸模型在黑板上排列出來。
DNA模板鏈： -GGG CTT CTT TTT-
mRNA：
多肽鏈：
通過與正常的血紅蛋白多肽鏈進行對比，可以看到當缺失一個堿基后，氨基酸序列發生了很大的改變，這對性狀的影響比堿基的替換大得多。
如果缺失的堿基會不止一個，會導致怎樣的后果呢？
如果缺失的堿基是3個，那么密碼子會減少一個，氨基酸也會減少一個，但是不會對后面肽鏈中的氨基酸造成影響，因此對蛋白質的結構影響相對較小。
堿基發生增添的情況和缺失相類似，當正常的堿基序列中插入了一個堿基，同樣會引起后面蛋白質結構的巨大改變。
通過上述模擬實驗，得出概念。在DNA中發生堿基的替換，增添或缺失的情況，稱為基因突變。
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基因突變的特點
從剛才做的基因突變的模擬實驗中可以發現，基因突變可以發生在基因中的不同部位，而當基因突變發生在特定位置時，還可以出現不同的改變，例如，可能會出現增添、缺失或者替換，而替換還可能會出現不同堿基的改變，因此，基因突變具有隨機性和不定向性。
此外，雖然基因突變的頻率很低，但是由于堿基的數量非常龐大，因此，基因突變又具有普遍性。
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基因突變的意義
雖然一些基因突變，由于密碼子的簡并性等原因不會產生新的性狀，但是大
多數的基因突變會表達出新的性狀。
①在這些新的性狀里，有些會破壞生物體與現有環境的協調關系，而對生物有害，如白化病和鐮刀型細胞貧血癥；
②也有極少數基因突變會使生物更加適應環境，增強生存能力，而對生物有利，如基因突變可以讓老虎的牙齒更加鋒利，讓獵豹跑的更快。
③還有很多基因突變是中性的，對生物的生存沒有太大的影響，如有無耳垂、單眼皮和雙眼皮等等。
通過基因突變產生了大量的新基因，極大的豐富了生物的多樣性，是生物變異的根本來源，為生物的有性生殖過程提供了大量可以重組的基因。
【設計意圖】通過堿基模型的引入和英語句子中單詞拼寫錯誤的類比推理，充分發揮了直觀教學的作用，將抽象的基因突變具體化。通過模型構建，學生可以更深刻的理解基因的特點和意義。
（二）基因重組
1 自由組合
請學生用染色體模型，模擬減數分裂的過程，觀察當考慮2對同源染色體上的基因時，能夠產生幾種不同類型的配子？
通過模型構建，得出會產生4種不同類型的配子。
隨著物種的染色體數增加，后代可能的基因組合方式會有多少種呢？人類的染色體有23對，一位父親可能產生多少種染色體組成不同的精子，一位母親可能產生多少子種染色體組成不同的卵細胞？都是2
23 種，也就是8388608種。
一對夫婦通過有性生殖形成受精卵的基因型是2
23*2
23種。也就是70368744177664種！
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交叉互換
此外，在四分體時期，幾乎同源染色體間的任何位置，都可能會隨機發生交叉互換。交叉互換后的染色體從形狀大小上看并沒發生改變，那么交叉互換的意義是什么呢？
先考慮2對同源染色體的情況，當發生圖中交叉互換的情況時，寫出配子基因型。
在考慮交叉互換的情況下，配子的種類有8種。
通過隨機發生的各種交叉互換，在配子中就可能出現遠超2
23種的基因型。非同源染色體上非等位基因的自由組合已經讓一對夫婦的受精卵基因型產生了70萬億多種的可能。通過交叉互換將使受精卵的基因型種類遠遠大于70萬億種。
一個基因可以向不同的方向發生突變，產生許多的復等位基因。想象一下，一個數量龐大的種群通過有性生殖產生的后代將有多少種可能性？
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基因重組的意義
基因突變為有性生殖過程中進行的基因重組提供了豐富的原材料，通過有性生殖過程中的基因重組，讓后代擁有了更多的變異，增加了適應自然選擇的能力，為生物的進化提供了更豐富的原材料，大大加快了生物進化的速度。
【設計意圖】通過染色體模型模擬減數分裂的過程，可以讓學生直觀的看到基因重組的兩種情況：自由組合和交叉互換。先從2對同源染色體的自由組合，到人的23對同源染色體的自由組合，再從交叉互換情況下2對同源染色體的自由組合，到交叉互換情況下23對同源染色體的自由組合，讓學生深刻理解基因重組為有性生殖的后代帶來更豐富的變異。
六、板書設計
5．1 基因突變和基因重組
一、基因重組
1.概念
①堿基替換；②堿基缺失和增添
2.特點
隨機性、不定向性、低頻性和普遍性
3.意義
基因重組是生物變異的來源之一，對生物的進化具有重要的意義。
二、基因突變
1.自由組合
2.交叉互換
七、教學反思
理性思考與論證作為生物學科核心素養的重要組成部分，其內涵是讓學生能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題，使學生通過高中生物課程的學習能夠具備以下能力：①從生物學事實中歸納概括出基本的生物學規律；②正確運用文字、圖示、模型等方式表征并闡明相關生命活動的原理；③運用生物學規律，預測或探討相關生命現象的機制；④基于生物學原理和限定條件等對某一生物學問題或觀點提出質疑或論證。
本節課的知識非常抽象，在學習時通過基因突變模型的建構，能夠幫助學生更好的理解基因突變這個概念，有利于培養學生的理性思考與論證能力。建構主義學習理論認為：在學習的過程中，獲得知識的多少取決于學習者根據經驗去建構有關知識的能力，而不取決于學習者記憶和背誦教師講授內容的能力。對知識的真正理解只能是學習者基于自身的經驗背景建構起來的。要想讓學生獲得更多、更牢固的知識，必須調動學生的積極性，讓其主動進行理性思考與論證，僅僅依靠語言的傳遞是不夠的。
（1）在學習基因突變時，重點是帶領學生學習基因突變的基本概念，研究內涵即基因結構的改變，外延是堿基對的增添、缺失和替換。結合基因的結構和基因對性狀控制的相關知識，教師以模型建構的方式，讓學生自主研究基因突變是否一定會帶來性狀的改變。突變后的基因成為一個新的基因，即原基因的等位基因。該基因在表達時，由于引起mRNA上密碼子的改變使組成蛋白質的氨基酸種類和數目都可能發生變化，生物體的性狀也可能發生改變。但由于一種氨基酸有多種密碼子，所以基因發生突變后，所編碼的氨基酸也可能不發生改變。強調基因突變產生了新的基因，為生物多樣性創造了重要條件。
（2）在學習基因重組的概念時，應聯系減數分裂的染色體變化。同時注意基因重組兩種方式產生配子情況的比較，從而突出有性生殖的意義。
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