高一生物 基因工程的基本操作步驟（第1課時(shí)） 基因工程的基本操作程序 教學(xué)設(shè)計(jì)

1、“基因工程的基本操作程序” 教學(xué)設(shè)計(jì)(郭琪琦 深圳市第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校)【課標(biāo)分析】 與本節(jié)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)的“內(nèi)容要求”是：闡明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因及其表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)鑒定等步驟?！窘滩姆治觥勘竟?jié)課屬于人教版教材選擇性必修3生物技術(shù)與工程中的第3章“基因工程”，是本章的核心，具有承上啟下的作用。教材使用我國(guó)科學(xué)家成功培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉作為情境素材，將基因工程的基本操作程序貫穿于該情境中依次介紹。利用情境串聯(lián)知識(shí)，更易于學(xué)生理解和掌握知識(shí)，也能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，但是使用單一情境，并不能系統(tǒng)而完整地呈現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)和方法。

2、因此，本節(jié)課分為2個(gè)課時(shí)：第1課時(shí)以培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉為例，概括基因工程的基本操作流程，并學(xué)習(xí)相關(guān)的PCR、花粉管通道法等技術(shù)和方法；第2課時(shí)從第3節(jié)“基因工程的應(yīng)用”選取合適的實(shí)例作為補(bǔ)充情境，介紹“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”、“將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞”環(huán)節(jié)中涉及的其他技術(shù)和方法。最后形成完整的基因工程操作程序流程圖，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品方案，學(xué)以致用?！緦W(xué)情分析】學(xué)生對(duì)“轉(zhuǎn)基因”并不陌生，在必修二的學(xué)習(xí)中也對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品如抗蟲(chóng)棉也有所耳聞。以培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉為情境引入本節(jié)課的學(xué)習(xí)，是借助熟悉的事物來(lái)揭示背后的神秘機(jī)制，能夠消減學(xué)生的陌生感，引起學(xué)生的好奇心。學(xué)生具有一定的邏輯推理能力，能夠利用必

3、修二學(xué)習(xí)的知識(shí)來(lái)推理獲得新知識(shí)?；蚬こ讨械腜CR、基因表達(dá)載體的構(gòu)建等知識(shí)過(guò)于抽象，需要利用圖片、動(dòng)畫(huà)視頻來(lái)提供直觀感受，輔助理解?！窘虒W(xué)目標(biāo)】生命觀念：通過(guò)學(xué)習(xí)基因工程的基本原理和操作程序，發(fā)展結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，更深入地理解生命的信息觀?？茖W(xué)思維：通過(guò)類比DNA復(fù)制過(guò)程，推出PCR反應(yīng)所需的條件；根據(jù)基因表達(dá)的過(guò)程，推測(cè)基因表達(dá)載體的組成部分，推出目的基因檢測(cè)與鑒定的幾個(gè)水平；以流程圖的形式，概括基因工程的基本操作程序。通過(guò)相關(guān)實(shí)例的對(duì)比分析，理解社會(huì)需求對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)作用，從技術(shù)的更新迭代中體會(huì)工程思維的創(chuàng)造性和優(yōu)化意識(shí)。科學(xué)探究：針對(duì)人類生產(chǎn)或生活中的某一需求，能選取適當(dāng)?shù)?/p>

4、基因工程技術(shù)和方法，設(shè)計(jì)獲得某一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案并就其中的某些問(wèn)題展開(kāi)探究。社會(huì)責(zé)任：通過(guò)了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)的實(shí)質(zhì)及基因工程應(yīng)用實(shí)例，認(rèn)同基因工程給我們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)的正面影響；基于證據(jù)，運(yùn)用生物學(xué)基本概念和原理，就“是否要推廣黃金大米” 這一話題表明自己的觀點(diǎn)并展開(kāi)討論?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟；教學(xué)難點(diǎn)：利用PCR獲取和擴(kuò)增目的基因，農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】文本資料搜集：與培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、“黃金大米”、乳腺生物反應(yīng)器、基因工程藥物相關(guān)的文獻(xiàn)資料等。圖片、動(dòng)畫(huà)資源搜集：PCR反應(yīng)過(guò)程（動(dòng)畫(huà)）、基因表達(dá)載體的構(gòu)建（圖片）等。編制課前、課中、課后作業(yè)，制作多媒體課

5、件?！窘虒W(xué)過(guò)程】第一課時(shí)一、引入新課教師活動(dòng)：結(jié)合教材“從社會(huì)中來(lái)”欄目中的內(nèi)容，介紹我國(guó)科學(xué)家成功培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的先進(jìn)事跡，以及轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉所產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。提出問(wèn)題：為什么基因工程能夠培育出傳統(tǒng)雜交育種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的抗蟲(chóng)棉？其內(nèi)部機(jī)制是什么？學(xué)生活動(dòng)：感受我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)新進(jìn)取、不懈努力的科學(xué)精神和為國(guó)分憂、為民解難的社會(huì)責(zé)任感。認(rèn)同基因工程促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的提高，與傳統(tǒng)雜交育種方法相比，具有一定的先進(jìn)性。設(shè)計(jì)意圖：以我國(guó)自主研發(fā)培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉為情境引入新課，突顯基因工程帶來(lái)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心和自豪感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力。二、

6、學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序1任務(wù)一：了解培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的基本步驟教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，了解基因工程的四個(gè)基本步驟。提出問(wèn)題：為什么基因工程的操作流程要包括這四步？引導(dǎo)學(xué)生分析每一步操作的必要性。學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材，完成課中作業(yè)“任務(wù)一”相應(yīng)內(nèi)容，回答問(wèn)題。設(shè)計(jì)意圖：對(duì)基因工程的操作流程形成總括性的了解，通過(guò)分析每一步操作的必要性，理解整個(gè)流程的邏輯性。2任務(wù)二：了解轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉目的基因（Bt基因）的篩選與獲取方法教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)閱讀教材，完成課中作業(yè)“任務(wù)二”，了解科學(xué)家選取Bt基因作為培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的目的基因的原因。教師提供文獻(xiàn)資料Cry1A殺蟲(chóng)基因的人工合成，介紹在我國(guó)首批

7、具有較高抗蟲(chóng)活性的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉培育過(guò)程，科學(xué)家所使用的是人工合成的方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在利用PCR很快就能特異性地獲得大量目的基因的大量拷貝。教師闡明PCR的原理，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)回顧DNA復(fù)制相關(guān)知識(shí)，類比推理出PCR反應(yīng)所需要的條件。播放PCR反應(yīng)過(guò)程動(dòng)畫(huà)，帶領(lǐng)學(xué)生逐步分析。學(xué)生活動(dòng)：閱讀教材，完成課中作業(yè)“任務(wù)二”相應(yīng)內(nèi)容。閱讀文獻(xiàn)，了解獲取目的基因的方法之一人工合成。回顧DNA復(fù)制的過(guò)程和所需的基本條件，推出PCR反應(yīng)需要的條件。觀看視頻，學(xué)習(xí)PCR反應(yīng)每個(gè)步驟所發(fā)生的變化以及多次循環(huán)后的目的基因拷貝數(shù)量的指數(shù)增長(zhǎng)。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)教材和文獻(xiàn)資料的閱讀，訓(xùn)練學(xué)生提取信息的能力，使學(xué)生體會(huì)

8、科學(xué)家研究的嚴(yán)謹(jǐn)思路和科學(xué)方法。通過(guò)利用已有知識(shí)類比推理出新學(xué)知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力。借助動(dòng)畫(huà)降低PCR反應(yīng)過(guò)程的學(xué)習(xí)難度，幫助學(xué)生更好地理解和掌握。通過(guò)對(duì)比人工合成和PCR這兩種獲取目的基因的方法，突出工程思維的創(chuàng)造性，強(qiáng)化工程實(shí)踐過(guò)程中的優(yōu)化意識(shí)，發(fā)展學(xué)生的工程思維。3任務(wù)三：嘗試構(gòu)建基因表達(dá)載體教師活動(dòng)：提出問(wèn)題：（1）將Bt基因送入受體細(xì)胞的載體需要具備什么條件？（2）要使Bt基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并能夠表達(dá)和發(fā)揮作用，載體還需要具有哪些結(jié)構(gòu)？引導(dǎo)學(xué)生嘗試畫(huà)出基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)模式圖，并討論各組成部分的功能以及如何將Bt基因與載體連接構(gòu)建基因表達(dá)載體。學(xué)生活動(dòng)：完成課中作業(yè)“

9、任務(wù)三”相應(yīng)內(nèi)容，畫(huà)出基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)模式圖，標(biāo)注各組成部分的名稱和功能；運(yùn)用“分子工具”,設(shè)計(jì)構(gòu)建培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉所需的基因表達(dá)載體的流程。設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生聯(lián)系前一節(jié)的知識(shí)內(nèi)容以及必修二的相關(guān)知識(shí)，合理推測(cè)基因表達(dá)載體的組成，自主設(shè)計(jì)構(gòu)建基因表達(dá)載體的流程，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維，使知識(shí)融會(huì)貫通，學(xué)以致用。4任務(wù)四：了解將Bt基因?qū)朊藁?xì)胞的方法花粉管通道法教師活動(dòng)：結(jié)合圖片資料，介紹我國(guó)科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的將Bt基因?qū)朊藁?xì)胞的方法花粉管通道法。提問(wèn)：應(yīng)在植物發(fā)育的什么時(shí)期使用花粉管通道法？如何獲得含有目的基因的植物后代？學(xué)生活動(dòng)：了解花粉管通道法的操作過(guò)程，討論該方法所要實(shí)現(xiàn)的目的，完成課中作業(yè)

10、“任務(wù)四”相應(yīng)內(nèi)容。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)了解我國(guó)科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家開(kāi)拓創(chuàng)新的精神。5任務(wù)五：推測(cè)目的基因的檢測(cè)與鑒定方法教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生回顧基因表達(dá)的過(guò)程，推測(cè)可以從哪些方面對(duì)Bt基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，是否穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳性狀進(jìn)行檢測(cè)與鑒定。介紹在不同水平進(jìn)行檢測(cè)與鑒定的方法。學(xué)生活動(dòng)：通過(guò)回顧知識(shí)，推測(cè)目的基因檢測(cè)和鑒定的幾個(gè)水平，完成課中作業(yè)“任務(wù)五”相應(yīng)內(nèi)容。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合基因表達(dá)相關(guān)知識(shí)推測(cè)檢測(cè)與鑒定目的基因的幾個(gè)水平，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。三、總結(jié)與拓展教師活動(dòng)：總結(jié)培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的基本步驟和使用的具體方法。讓學(xué)生圍繞教材P83“到社會(huì)中去”欄目中提出的問(wèn)題，課后

11、查閱相關(guān)資料進(jìn)行了解。學(xué)生活動(dòng)：總結(jié)梳理培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的流程圖。課后查閱資料，了解科學(xué)家采取的應(yīng)對(duì)措施。設(shè)計(jì)意圖：以流程圖的形式，概括基因工程的基本操作程序，為后續(xù)學(xué)生自主設(shè)計(jì)獲得轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案提供參考范例。將“到社會(huì)中去”欄目中的問(wèn)題作為課后作業(yè)，使學(xué)生感受到科研工作者在實(shí)際研究過(guò)程中所承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，發(fā)展學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)?！景鍟?shū)設(shè)計(jì)】培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的四個(gè)步驟【作業(yè)設(shè)計(jì)】（包括課前、課中、課后的作業(yè)設(shè)計(jì)，貫徹“雙減”政策要求，作業(yè)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，作業(yè)形式豐富多樣）課前作業(yè)：預(yù)習(xí)教材本節(jié)相應(yīng)內(nèi)容。課中作業(yè)任務(wù)一：基因工程基本操作步驟的必要性思考1-1：閱讀教材，將基因工程操作流程的四個(gè)步

12、驟及目的填寫(xiě)在表格中。步驟目的任務(wù)二：目的基因的篩選與獲取思考2-1：閱讀教材P76-77，回答以下問(wèn)題：什么是目的基因？為什么培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉用到的目的基因是Bt基因？Bt基因的殺蟲(chóng)機(jī)理是怎樣的？對(duì)人畜有害嗎？科學(xué)家是如何篩選得到合適的目的基因的？思考2-2：閱讀教材P77-79，回答以下問(wèn)題：什么是PCR？PCR的原理是什么？回顧DNA復(fù)制相關(guān)知識(shí)，將PCR與細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制進(jìn)行對(duì)比，完成下表：細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制在DNA復(fù)制中的作用PCR（體外DNA復(fù)制）打開(kāi)DNA雙鏈提供DNA復(fù)制的模板合成DNA子鏈的原料催化合成DNA子鏈?zhǔn)笵NA聚合酶能夠從引物的3端開(kāi)始連接脫氧核苷酸PCR的每個(gè)循

13、環(huán)可以分為三個(gè)步驟：變性（溫度超過(guò)_）：雙鏈DNA受熱變性，氫鍵斷開(kāi)，形成_；復(fù)性（溫度下降到_左右）：_種引物通過(guò)_與兩條單鏈DNA結(jié)合，形成局部_；延伸（溫度上升到_左右）：以_為模板，4種脫氧核苷酸在_酶的作用下，根據(jù)_原則合成新的DNA鏈，該DNA鏈的延伸方向是_。4PCR過(guò)程中，每個(gè)循環(huán)得到的產(chǎn)物都將作為下一個(gè)循環(huán)的模板，因此經(jīng)過(guò)n次循環(huán)，1個(gè)DNA分子將被擴(kuò)增為個(gè)，成_形式擴(kuò)增。 任務(wù)三：基因表達(dá)載體的構(gòu)建思考3-1：畫(huà)出基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)模式圖，標(biāo)注各組成部分的名稱和功能。思考3-2：運(yùn)用“分子工具”,設(shè)計(jì)構(gòu)建培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉所需的基因表達(dá)載體的流程。任務(wù)四：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞思考4-1：應(yīng)在植物發(fā)育的什么時(shí)期使用花粉管通道法？