基因突变和基因重组教学设计
基因突变在生物学上的含义，是指细胞中的遗传基因(通常指存在于细胞核中的脱氧核糖核酸)发生的改变。下面我们来学习一下基因突变和基因重组教学设计，希望对大家有所帮助。
1.教材分析
学习“基因突变和基因重组”这节内容时主要是通过基于常态下的教学教材，实现学生对基因突变的基本概念的掌握，从而加深对基因突变的内涵和外延的理解。基因重组内容涉及减数分裂过程，这一直是教学的难点，因此在复习过程中教师要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。
2.教学目标
知识目标：掌握课程标准要求的知识，熟练掌握基因突变的本质、特点以及应用;掌握基因重组的本质和特点，会辨别不同情况下的基因重组。
能力目标：学会用图示形式表示发生基因重组的原因，结合减数分裂过程，培养学生的作图和识图能力。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。
情感目标：通过基因突变的原因培养学生正确的生活态度，爱护生命，通过基因重组了解亲代和子代之间以及子代与子代之间的差异性，珍惜爱护生命。
3.重点难点 基因突变发生的时期及特点，基因重组发生的时期、特点以及对应的基因变化图。
4.教学方法 针对教学内容和教学目标，选择的教学模式为：提出问题——观察现象——分析探索——得出结论。
5. 课时安排 1课时
6.教具使用 多媒体结合 挂图
7. 教学过程设计
本模块的第1章至第4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发生变异的原因，是第4章《基因的表达》的延续和拓展。 本节教学可用1课时，教学重点是基因突变。基因重组的实质，即基因的自由组合定律，已经在孟德尔的豌豆杂交实验中作过详细的介绍，因此在本节教学中不再列为重点内容,本节在教学上采取以下思路:
从科学发现的过程切入，设置问题情境，引导学生探究
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。限于篇幅，教材没有过多地介绍镰刀型细胞贫血症的发现过程。教师给学生适当补充一些相关材料(见后面)，并结合“思考与讨论”中的问题，让学生讨论和探究。通过讨论，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，并且能够进一步理解“基因对性状的控制是通过控制蛋白质合成来实现的”这一基本的生物学原理。
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性状的变化?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这三种情况。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的知识，引导学生推测基因突变与生物性状改变之间的关系，从而理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。
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、γ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?);据报道，在医院放射室工作的医生容易患癌症;前苏联的切尔诺贝利核电站发生核泄漏时，核电站周围的居民得癌症的几率大大增加。
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，是生物进化的原始材料，教师引导学生思考下列问题。基因突变能产生新的基因吗?这些新的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。
以填表的形式引导学生对比和总结
在教学结束时，可将基因突变和基因重组进行列表总结，其中的总结内容可由学生讨论回答。
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基因突变 |
基因重组 |
| 本质 | 基因的分子结构发生改变，产生了新基因，出现了新的性状。 | 不同基因的重新组合，不产生新基因，而是产生新的基因型，使不同性状重新组合。 |
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发生时间 及原因 |
细胞分裂间期DNA分子复制时，由于外界理化因素或自身生理因素引起的碱基对的替换、增添或缺失。 | 减数第一次分裂后期中，随着同源染色体的分开，位于非同源染色体上的非等位基因进行了自由组合。 |
| 条件 | 外界环境条件的变化和内部因素的相互作用。 | 有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细胞。 |
| 意义 | 生物变异的根本来源，是生物进化的原材料。 | 生物变异的来源之一，是形成生物多样性的重要原因。 |
| 发生可能 | 突变频率低，但普遍存在。 | 有性生殖中非常普遍。 |
8.引导学生讨论完成课后作业
9.由学生小组代表来再次简要总结本节知识点
10.教学反思
本节课，怎样在原来的基础上引导学生对基因突变和基因重组的理解进入一个新的平台是本次教学思考的主要问题。在对教学资源进行整合的基础上，立足课本，实现对知识的深化和拓展是主要的指导思想。 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。同样在学习基因重组的过程中采取了新的尝试，让学生根据文字，结合减数分裂的相关知识学习，在自己摸索的过程中实现外界知识的内化。
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。
11.参考资料
镰刀型细胞贫血症
镰刀型细胞贫血症是20世纪初被人们发现的一种遗传病。1910年，一个黑人青年到医院看病，他的症状是发烧和肌肉酸痛。经过检查发现，他患的是当时人们尚未认识的一种特殊的贫血症，他的红细胞不是正常的圆饼状，而是弯曲的镰刀状。后来，人们就把这种病称为镰刀型细胞贫血症。镰刀型细胞贫血症主要发生在黑色人种中，在非洲黑人中的发病率最高，在意大利、希腊等地中海沿岸国家和印度等地，发病人数也不少，在我国的南方地区也发现有这类病例。
1928年，人们就已经了解到镰刀型细胞贫血症是一种遗传病。后来证实，它是一种常染色体隐性遗传病。1949年，一位曾经两次获得诺贝尔奖的美国著名化学家鲍林(L.C.Pauling)，在美国的《科学》杂志上发表了题为《镰刀型细胞贫血症──分子病》的研究报告。他在文章中写道：“在我们的研究开始之时，有证据表明红细胞镰变的过程可能是与红细胞内血红蛋白的状态和性质密切相关的。”鲍林将正常人、镰刀型细胞贫血症患者和镰刀型细胞贫血症基因携带者的血红蛋白，分别放在一定的缓冲溶液中进行电泳，发现正常人和患者的血红蛋白的电泳图谱明显不同，而携带者的血红蛋白的电泳图谱，与由正常人的和患者的血红蛋白以1∶1的比例配成的混合物的电泳图谱非常相似。鲍林推测镰刀型细胞贫血症是由于血红蛋白分子的缺陷造成的。
正常的血红蛋白是由两条α链和两条β链构成的四聚体，其中每条肽链都以非共价键与一个血红素相连接。α链由141个氨基酸组成，β链由146个氨基酸组成。镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白的分子结构与正常人的血红蛋白的分子结构不同。1956年，英格拉姆(Ingram)等人用胰蛋白酶把正常的血红蛋白(HbA)和镰刀型细胞的血红蛋白(HbS)在相同条件下切成肽段，通过对比二者的滤纸电泳双向层析谱，发现有一个肽段的位置不同。也就是说，HbS和HbA的α链是完全相同的，所不同的只是β链上从N末端开始的第6位的氨基酸残基，在正常的HbA分子中是谷氨酸，在病态的HbS分子中却被缬氨酸所代替。
在HbS中，由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替，致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区，HbS形成管状凝胶结构(如棒状结构)，导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变)。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管，加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大，阻塞毛细血管，引起局部组织器官缺血缺氧，产生脾肿大、胸腹疼痛(又叫做“镰型细胞痛性危象”)等临床表现。
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