《目的基因的表達及產(chǎn)物檢測鑒定》教學(xué)設(shè)計

《目的基因的表達及產(chǎn)物檢測鑒定》教學(xué)設(shè)計一、教材分析1、教材版本與章節(jié)教材采用北師大版（2019）高中選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》，本節(jié)課的內(nèi)容位于第3章基因工程的第三節(jié)基因工程的操作程序中的四、目的基因的表達及產(chǎn)物檢測鑒定。2、教材內(nèi)容主旨這部分內(nèi)容主要講述目的基因?qū)胧荏w細胞后，如何實現(xiàn)表達以及對其表達產(chǎn)物進行檢測和鑒定的方法。這是基因工程操作程序中的重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到基因工程是否成功，也是對前面所學(xué)基因工程基本原理、工具等知識的綜合運用與延伸。3、教材的地位和作用在整個基因工程的知識體系中，目的基因的表達及產(chǎn)物檢測鑒定是關(guān)鍵的一步。它上承目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建和目的基因的導(dǎo)入，下啟基因工程的應(yīng)用和安全性等內(nèi)容。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，能夠更深入地理解基因工程的操作流程，也為后續(xù)學(xué)習(xí)生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。二、學(xué)情分析1、知識基礎(chǔ)學(xué)生在之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了基因工程的基本工具，如限制酶、DNA連接酶和載體等，也了解了目的基因的獲取方法以及基因表達載體的構(gòu)建過程，對基因工程有了初步的認識。但是對于目的基因在受體細胞中如何表達以及如何檢測和鑒定其表達產(chǎn)物，學(xué)生還缺乏系統(tǒng)的知識。2、能力基礎(chǔ)高中學(xué)生已經(jīng)具備了一定的邏輯思維能力和實驗探究能力。他們能夠理解一些較為復(fù)雜的生物學(xué)概念和原理，并且對實驗操作有著濃厚的興趣。但是在設(shè)計實驗方案和分析實驗結(jié)果方面，還需要進一步的引導(dǎo)和訓(xùn)練。3、情感態(tài)度基礎(chǔ)學(xué)生對現(xiàn)代生物技術(shù)充滿好奇，對基因工程在改善人類生活、解決全球性問題等方面有著較高的期待。但是他們也可能對基因工程的安全性存在一些擔憂。在教學(xué)過程中，需要引導(dǎo)學(xué)生正確看待基因工程的利弊，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)和社會責任感。三、教學(xué)目標1、知識目標理解目的基因表達的基本原理，包括轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。掌握目的基因表達產(chǎn)物檢測和鑒定的常用方法，如分子水平的核酸分子雜交、抗原抗體雜交以及個體水平的檢測方法等。2、能力目標通過分析目的基因表達及產(chǎn)物檢測鑒定的實驗案例，提高學(xué)生的實驗分析能力和邏輯思維能力。讓學(xué)生嘗試設(shè)計簡單的目的基因表達產(chǎn)物檢測鑒定實驗方案，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力。3、情感態(tài)度與價值觀目標感受基因工程技術(shù)的發(fā)展對人類生活和社會進步的巨大影響，激發(fā)學(xué)生對生物技術(shù)的興趣和探索欲望。引導(dǎo)學(xué)生正確認識基因工程的安全性問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責任感。四、教學(xué)重難點1、教學(xué)重點目的基因表達的原理，尤其是轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目的基因表達產(chǎn)物檢測和鑒定的方法及其原理，如核酸分子雜交、抗原抗體雜交的原理。2、教學(xué)難點理解核酸分子雜交、抗原抗體雜交等檢測方法的原理及其操作要點。如何引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計合理的目的基因表達產(chǎn)物檢測鑒定實驗方案。五、教學(xué)方法1、講授法對于目的基因表達的基本原理，如轉(zhuǎn)錄和翻譯的復(fù)雜過程，采用講授法能夠系統(tǒng)、準確地向?qū)W生傳授知識。例如，在講解轉(zhuǎn)錄時，詳細介紹RNA聚合酶如何識別啟動子、如何以DNA的一條鏈為模板合成mRNA等過程。2、案例分析法通過分析實際的基因工程案例，如轉(zhuǎn)基因植物中目的基因表達產(chǎn)物的檢測，讓學(xué)生更好地理解目的基因表達產(chǎn)物檢測和鑒定的方法及其意義。例如，在講解轉(zhuǎn)基因抗蟲棉時，分析如何檢測棉花中是否表達了抗蟲蛋白。3、小組討論法在學(xué)習(xí)目的基因表達產(chǎn)物檢測鑒定的實驗方案設(shè)計時，組織學(xué)生進行小組討論。每個小組可以針對一個特定的目的基因，討論并設(shè)計檢測其表達產(chǎn)物的實驗方案，然后進行小組間的交流和評價。這樣可以激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力和實驗設(shè)計能力。六、教學(xué)過程（一）導(dǎo)入（5分鐘）1、趣味引入教師：“同學(xué)們，咱們都知道蜘蛛俠被蜘蛛咬了一口后就擁有了超能力。假如現(xiàn)在我們有一個來自蜘蛛的‘超能力基因’，想把它導(dǎo)入到人類細胞中，讓人類也擁有蜘蛛的某些能力，那這個基因?qū)牒笠鯓硬拍馨l(fā)揮作用呢？而且我們怎么知道這個基因真的表達出我們想要的東西了呢？這就涉及到我們今天要學(xué)習(xí)的目的基因的表達及產(chǎn)物檢測鑒定啦?！?、聯(lián)系時事教師：“現(xiàn)在基因工程在醫(yī)療領(lǐng)域可是非常熱門呢。就像最近科學(xué)家們在研究用基因工程的方法來治療某些遺傳疾病，他們把正常的目的基因?qū)牖颊呒毎?，但是要想知道治療有沒有效果，就得看這個目的基因是不是正確表達了。比如說，有一種基因療法是針對先天性失明的，科學(xué)家把能讓眼睛正常感光的目的基因?qū)牖颊叩难鄄考毎?，那怎么知道這個基因表達出感光蛋白了呢？這就是我們今天要一起探索的問題哦?！保ǘ┬抡n講授（30分鐘）1、目的基因的表達（10分鐘）教師：“同學(xué)們，目的基因要表達首先得進行轉(zhuǎn)錄。這個過程就像是照著菜譜做菜，DNA就是菜譜，RNA聚合酶就是廚師。RNA聚合酶找到DNA上目的基因的啟動子這個‘起始信號’，然后以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則，合成mRNA。這個mRNA就像是菜譜的復(fù)印件，它攜帶著目的基因的信息。”教師可以在黑板上簡單畫出轉(zhuǎn)錄的示意圖，標注出DNA模板鏈、RNA聚合酶、啟動子和mRNA等重要結(jié)構(gòu)。教師：“轉(zhuǎn)錄完了，mRNA就從細胞核跑到細胞質(zhì)里，然后進行翻譯。翻譯就像是按照菜譜復(fù)印件做菜的過程。mRNA上的密碼子就像是菜譜上的步驟，tRNA就像是小廚師，它一端帶著氨基酸，另一端有反密碼子能識別mRNA上的密碼子。一個個氨基酸按照mRNA上密碼子的順序連接起來，就形成了蛋白質(zhì)，這個蛋白質(zhì)就是目的基因的表達產(chǎn)物啦。”教師再次通過簡單的示意圖來展示翻譯的過程，標注出mRNA、tRNA、核糖體、密碼子、反密碼子和氨基酸等結(jié)構(gòu)。2、目的基因表達產(chǎn)物檢測和鑒定的方法（20分鐘）分子水平的檢測核酸分子雜交（10分鐘）教師：“同學(xué)們，當我們要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的時候，就可以用核酸分子雜交這個厲害的方法。就好比我們要找一個和某個特定的人長得很像的人，我們可以通過比較他們的照片（這里的照片就是核酸序列）。我們先把目的基因或者它轉(zhuǎn)錄出的mRNA固定在一個膜上，然后用放射性標記或者熒光標記的核酸探針去和它雜交。這個核酸探針是一段能和目的基因或者mRNA互補的核酸序列。如果有雜交信號，就說明目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA了。這就像是兩個人的照片對比，有相似之處就說明找對人了?！苯處熆梢杂脛赢嫽蛘邎D片來展示核酸分子雜交的過程，讓學(xué)生更直觀地理解?？乖贵w雜交（5分鐘）教師：“如果我們要檢測目的基因表達出的蛋白質(zhì)呢？這時候就可以用抗原抗體雜交啦。目的基因表達出的蛋白質(zhì)就是抗原，我們有專門針對這個蛋白質(zhì)的抗體。把蛋白質(zhì)和抗體放在一起，如果它們能特異性結(jié)合，就像鑰匙和鎖一樣匹配，那就說明目的基因表達出我們想要的蛋白質(zhì)了?！苯處熆梢耘e例，比如檢測轉(zhuǎn)基因生物中是否表達出特定的藥用蛋白，可以用這種方法。個體水平的檢測（5分鐘）教師：“除了分子水平的檢測，我們還可以在個體水平進行檢測。比如說轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，我們怎么知道它真的有抗蟲能力呢？那就把棉鈴蟲放上去，如果棉鈴蟲吃了棉花葉子后死了或者生長不正常，那就說明目的基因在棉花里表達出了抗蟲蛋白，棉花有了抗蟲能力。這種個體水平的檢測能直接看到基因工程的效果呢?！保ㄈ┱n堂互動（15分鐘）1、小組討論（10分鐘）教師：“現(xiàn)在咱們分組來討論一個問題哈。假如我們有一個目的基因，這個基因能讓植物合成一種特殊的香味物質(zhì)，我們要怎么檢測這個目的基因在植物中是否表達了呢？每個小組可以討論出一個實驗方案哦?！睂W(xué)生分組討論，教師巡視各小組，給予適當?shù)闹笇?dǎo)和提示。例如，引導(dǎo)學(xué)生思考是先從分子水平檢測還是個體水平檢測，分子水平檢測時用哪種方法更合適等。2、小組匯報與評價（5分鐘）每個小組推選一名代表來匯報本小組的實驗方案。其他小組可以進行提問和評價，教師最后進行總結(jié)評價。教師可以從實驗方案的合理性、創(chuàng)新性、可行性等方面進行評價，同時對學(xué)生在討論過程中出現(xiàn)的問題進行糾正和補充。（四）課堂小結(jié)（5分鐘）1、知識回顧教師：“同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了目的基因的表達及產(chǎn)物檢測鑒定。目的基因的表達包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程，就像我們做菜先抄菜譜再按步驟做菜一樣。而檢測鑒定的方法有分子水平的核酸分子雜交、抗原抗體雜交和個體水平的檢測。大家要記住這些方法的原理和適用情況哦?！?、重點強調(diào)教師：“這里面的重點是核酸分子雜交和抗原抗體雜交的原理，還有在設(shè)計實驗方案時要考慮的因素，比如選擇合適的檢測水平、準確的檢測方法等?！保ㄎ澹┱n堂練習(xí)（10分鐘）1、選擇題（3題）（1）檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA可以采用哪種方法（）A.抗原抗體雜交B.核酸分子雜交C.觀察個體性狀D.以上都不對（2）在目的基因表達產(chǎn)物檢測的抗原抗體雜交中，抗體的作用是（）A.作為反應(yīng)物B.作為催化劑C.與目的基因結(jié)合D.與目的基因表達出的蛋白質(zhì)特異性結(jié)合（3）以下屬于個體水平檢測目的基因表達的是（）A.檢測轉(zhuǎn)基因植物中目的基因轉(zhuǎn)錄出的mRNAB.檢測轉(zhuǎn)基因動物中目的基因表達出的蛋白質(zhì)C.觀察轉(zhuǎn)基因植物是否具有抗蟲性D.用核酸分子雜交檢測目的基因是否存在答案：（1）B；（2）D；（3）C。2、簡答題（1題）請簡要描述核酸分子雜交檢測目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA的原理。答案：首先將目的基因或者其轉(zhuǎn)錄出的mRNA固定在膜上，然后用放射性標記或者熒光標記的核酸探針（一段能和目的基因或者mRNA互補的核酸序列）去與之雜交。如果有雜交信號，就說明目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA了，這是基于堿基互補配對原則。（六）課后作業(yè)（5分鐘）1、基礎(chǔ)作業(yè)讓學(xué)生繪制目的基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）的過程圖，并標注出主要的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)。2、拓展作業(yè)查閱資料，了解一種目前正在研究或者已經(jīng)應(yīng)用的基因工程產(chǎn)品，如基因工程疫苗，然后闡述在這個產(chǎn)品中是如何進行目的基因表達產(chǎn)物檢測和鑒定的。七、教學(xué)反思1、教學(xué)成功之處在教學(xué)過程中，通過趣味引入和聯(lián)系時事的方式，成功地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，以蜘蛛俠的超能力基因?qū)肴祟惣毎募僭O(shè)和基因療法治療先天性失明的實例，讓學(xué)生更容易進入學(xué)習(xí)情境。在講授目的基因表達及產(chǎn)物檢測鑒定的方法時，運用了多種教學(xué)方法，如講授法、案例分析法、小組討論法等。特別是小組討論設(shè)計實驗方案的環(huán)節(jié)，有效地鍛煉了學(xué)生的實驗設(shè)計能力和團隊合作能力，學(xué)生的參與度較高。2、教學(xué)不足之處在講解核酸分子雜交和抗原抗體雜交的原理時，雖然