“选修31.2基因工程的基本操作程序”教学设计

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摘要：在“基因工程的基本操作程序”教学中，学生要掌握基因工程的基本操作程序及原理；学生以自主学习、讨论探究、小组协作为学习的主要形式；教师要以学生为主体，帮助学生完成知识的构建，发挥主导作用。

关键词：基因工程的基本操作 知识构建 教学设计

1 教材分析

本节内容是选修3《基因工程》专题的核心，上承《DNA重组技术的基本工具》一节，下接《基因工程的应用》[1]。本节知识内容抽象，讲述的是生物工程前沿技术，教学难点多，学习难度高，因此采取化整为零，各个击破的教学策略。

1.1 教材内容分析

本节是必修2第6章第2节《基因工程及其应用》内容的延伸，先让学生在学习本节前对这一内容进行复习，再预习本节内容，让基因工程的操作以一个整体的形式被学生掌握。把教材中四个操作程序分配给四个小组下去预习探究，完成探究后把结论向大家展示。

1.2教学目标：

知识目标：简述基因工程原理及基本操作程序；

能力目标：尝试设计某一转基因生物的研制过程；

情感与价值观目标：培养严谨的科学态度，让学生能关注基因工程的新进展。

1.3教学手段：PPT演示 分组探究 课堂讨论

2 教学过程

2.1课前准备：

学生：复习必修2中《基因工程及其应用》的内容，预习本节内容；

教师：准备好学案和PPT课件

2.2引出课题

用PPT课件展示抗虫棉和不抗虫棉的图片，重现在必修2中学习过的转基因抗虫棉的操作过程，同时结合本节教材图1-6基因工程的基本操作流程图，引出基因工程的操作四个基本程序：剪切-----拼接-----导入-----表达。

2.3快速复习1.1《DNA重组技术的基本工具》内容学习环节（快速完成即可）：

①“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）的复习；②“分子缝合针”——DNA连接酶的复习；③“分子运输车” ——运载体的复习。教师用PPT展示限制酶的作用特点，向学生提出问题“它们的功能是什么？它们有什么特点？它们是如何作用的？”由学生进行回答。

2.4新内容的学习：教师用PPT展示“基因工程的基本操作流程图”，让学习小组找出图中与必修2中《基因工程及其应用》内容的差异，由小组推选代表回答。

2.4.1目的基因的获取

引导学生回顾基因工程的概念，提示注意“更符合人们需要”的那个基因就是“目的基因”，获取的具体方法可以如下：

①从基因文库获取目的基因

教师要充分利用课本插图让学生认识基因文库，让细菌等生物代替存储部分相关基因，获得部分相关性状，建成基因文库。在筛选目的基因时，可以从具有性状个体中提取出所需要的目的基因，再引入受体细胞使之表达，从而可以在较小的范围内得到目的基因。用这一步骤培养学生识图、获取信息的能力，让学生能够独立解决问题。

②人工合成目的基因

与学生一起推导基本程序：细胞内寻找所需蛋白质的mRNA反转录 单链DNA合成 双链DNA（即目的基因）。学生已经有了中心法则的知识作为基础，让学生参与推导写出，就可以加深对知识的学习成效。

③利用PCR技术扩增

引导学生，结合课本插图阅读课本，教师播放FLASH演示整个过程，然后让学生比较DNA的人工扩增与DNA生物自主复制的区别，以及整个过程中温度的控制及其意义。概括总结扩增的四个步骤：高温变性低温退火中温延伸重复。这一步骤的学习可以培养学生的图文转换能力，以及总结概括的能力。

2.4.2基因表达载体的构建

引导学生读图，先明白基因表达载体的结构，再提出问题启动子、终止子和标记基因的作用分别是什么？启动子、起始密码子的区别？终止子和终止密码子有什么区别？让学生带着问题阅读课本，结合必修2所学的中心法则内容进行交流讨论，然后一起解答问题。整个过程中教师合理利用课件展示，对学生进行组织和引导，可以激发学生思考，培养学生的良好思维品质。

2.4.3目的基因导入受体细胞

含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，在受体细胞中稳定共存并得到表达，才能实现目的基因在另一种生物中成功产生所需性状。根据受体细胞的不同，将基因导入受体细胞的方法也不同，教师先让学生阅读课本，再与学生一起归纳出导入动物、植物和细菌三种受体细胞的方法。在这里教师可强调导入的成功率很低，有利于过渡到下一步骤：目的基因的检测和表达。

2.4.4目的基因的检测和鉴定

这里先让学生认识到检测和鉴定的必要性，可以提问：目的基因导入了受体细胞后，就一定能表达吗？回答是否定的。再进行师生互动，由此让学生认识到检测和鉴定性，再由学生阅读并总结出检测鉴定的层次和方法：1．分子水平检测：①检测是否插入目的基因；②检测是否转录形成mRNA；③检测是否翻译形成蛋白质。2．个体水平鉴定，根据其性状来确认个体是否经成功基因改造。

2.5设计发光圣诞树

让学生以小组为单位独立设计出发光圣诞树的流程，这样一个总结性的训练可以使学生将基因工程操作各个程序步骤有机地串联起来，培养学生归纳总结知识的能力、严密的科学思维和严谨的科学态度，从而加深对这一节知识的掌握并学以致用。

3.教后反思

预习在整个教学中至关重要，虽然学生在必修2中已经学习过大部分知识，但相隔较长时间，学生学习起来仍然有较大难度，因此在复习原来知识的基础上，对新知识用各个击破的策略效果不错。最后让各小组设计发光圣诞树，可以让学生学以致用，加深学习的成效。

在一些细节程序的学习中，例如在学习基因表达载体构建、PCR技术、限制酶和DNA连接酶的运用、目的基因导入受体细胞的方法，以及目的基因的检测与鉴定的方法等有难度的知识时，教师要通过FLASH动画和列表比较，使抽象的内容变得简单、易懂。

在教学中，要让课堂充满浓厚的科研氛围，讨论要有一定的深度，要充分体现学生的主体地位，从知识、能力、情感等多方面达到教学目标的要求，实现较好的教学效果。

参考文献：

[1]普通高中课程标准实验教科书《生物》选修3现代生物科技专题教师用书，人民教育出版社，2010，14