人教版《基因工程的基本操作程序》教學設計.doc

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“基因工程的基本操作程序”一節(jié)的教學設計 1 教材分析 《基因工程的基本操作程序》是人教版選修3專題1基因工程中第2節(jié)內(nèi)容，本節(jié)是《基因工程》專題的核心，上承《DNA重組技術(shù)的基本工具》一節(jié)，下接《基因工程的應用》。 對于基因工程，學生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為此，教材中采用形象化得呈現(xiàn)方式簡述了基因工程基本操作程序的四個步驟。例如，基因文庫中把基因組文庫比作國家圖書館，而把cDNA文庫比作某市圖書館，這樣便于學生理解和掌握。此外，在教材處理中還呈現(xiàn)主干，割舍枝杈，將非主干內(nèi)容以《生物技術(shù)資料卡》、《拓展視野》等方式呈現(xiàn)，做到有主有次?！?】 2 學情分析 學生經(jīng)過上一節(jié)的學習已經(jīng)掌握DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用及基因工程載體所需條件等知識，具備學習基因工程的基本操作程序一節(jié)的基礎；而且經(jīng)過一年必修教材的學習，學生的生物基礎知識較扎實，思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性已初步建立。但基因工程一節(jié)對學生來說難點較多，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。因此在教學過程中，應在教師引導下適時加強學生解決問題和運用概念圖等生物學語言歸納結(jié)論等方面的能力。 3 教學目標 3.1 知識目標 ⑴簡述基礎理論研究和技術(shù)進步催化了基因工程 ⑵簡述基因工程的原理和基本步驟 3.2 能力目標 ⑴學會運用概念圖總結(jié)基因工程的基本步驟及方法 ⑵嘗試運用基因工程原理，提出解決某一實際問題的方案 3.3 情感態(tài)度與價值觀 ⑴關(guān)注基因工程的發(fā)展 ⑵認同基因工程的應用促進生產(chǎn)力的提高 4 教學重點與難點 4.1 教學重點 基因工程基本操作程序的四個步驟 4.2 教學難點 ⑴從基因文庫中獲取目的基因 ⑵利用PCR技術(shù)擴增目的基因 5 教學整體思路 采用從“整體-部分-整體”的教學思路，首先引用基因工程案例使學生從整體上了解基因工程的四個步驟，其次采用分步探究的形式幫助學生理解各個步驟的原理、方法和過程，最后教師引導學生用概念圖將所學的知識從整體上再次整合。【2】 6 教學過程 教學環(huán)節(jié) 教師行為 學生活動 導入新課 1） 出示我國有知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育圖解 2） 質(zhì)疑：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育的四個關(guān)鍵步驟 3） 根據(jù)學生回答補充還需檢測抗蟲基因是否已經(jīng)進入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲 看圖并回答：首先要獲得目的基因，其次將目的基因連接到Ti質(zhì)粒上，再次將重組的Ti質(zhì)粒導入受體細胞，最后要重建轉(zhuǎn)基因植物 目的基因的獲取 教學環(huán)節(jié) 目的基因的獲取 1） 提問轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育需要哪些工具 2） 講授目的基因的概念 3） 指導學生看書并質(zhì)疑：獲取目的基因總的來說有哪兩種方式 4） 根據(jù)學生回答強調(diào)如果已知抗蟲基因核苷酸序列且序列較短小，可通過DNA合成儀直接進行人工合成 5） 質(zhì)疑：如果對抗蟲基因的堿基序列完全不知，怎樣才能得到蘇云金芽孢桿菌體內(nèi)的抗蟲基因 6） 針對學生回答引出基因文庫概念 7） 指導學生看圖并歸納構(gòu)建基因文庫時的操作條件、應用工具和過程 8） 對學生回答給與肯定并強調(diào)構(gòu)建基因組文庫時應注意兩點：1 每個受體菌DNA分子都包含一段不同的外源DNA片段；2 本方法適用于獲取原核細胞的基因 9） 指導學生看書，說出部分基因文庫（cDNA）概念 10） 教師補充如想知道一種生物在個體發(fā)育不同階段表達基因不同，應構(gòu)建cDNA文庫 11） 指導學生看書，質(zhì)疑：如何構(gòu)建部分基因文庫 12） 引出如果已知抗蟲基因的一部分，則可通過PCR技術(shù)擴增目的基因 教師行為 13） 指導學生看書質(zhì)疑：PCR技術(shù)擴增目的基因需要的條件 14） 觀看PCR過程插圖，質(zhì)疑：PCR擴增的過程 15） 列表比較利用PCR技術(shù)擴增目的基因與細胞內(nèi)DNA復制的異同 回憶舊知識并回答 看書并回答：從自然界已有的物種中分離和人工合成 思考并回答：先獲取蘇云金芽孢桿菌的全部基因，再從中提取抗蟲基因 思考并回答：操作條件：對目的基因序列未知 應用工具：限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶、載體 過程：從基因組中提取DNA→酶切、純化→與載體連接→侵染大腸桿菌→建立基因組文庫 看書并回答：只包含一種生物部分基因的文庫 看書并回答：提取某種生物發(fā)育某個時期的mRNA→反轉(zhuǎn)錄成互補DNA→與載體連接→侵染大腸桿菌→建立部分基因文庫 學生活動 看書并回答：模板、原料、引物、TaqDNA聚合酶 討論并回答：變性：90℃—95℃高溫下雙鏈DNA解鏈成單鏈；退火：55℃—60℃引物結(jié)合到互補DNA鏈；延伸：72℃Taq酶從引物起始進行互補鏈的合成；第2輪循環(huán) 學生獨立完成，教師給予指導 基因表達載體的構(gòu)建 1） 引出基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的核心及構(gòu)建基因表達載體的意義 2） 質(zhì)疑：將生物的所有DNA直接導入受體細胞是否可行，如果這樣做，結(jié)果怎樣 3） 提問：回憶載體需要具備的條件 4） 根據(jù)學生回答引出基因表達載體也應具備復制原點、標記基因等條件，進一步明確基因表達載體最終要表達出人類所需的蛋白質(zhì)產(chǎn)物 5） 質(zhì)疑：從cDNA文庫中獲取的目的基因沒有啟動子，如果要實現(xiàn)將編碼序列導入受體生物中并成功表達，基因表達載體還需哪些元件 6）提問：總結(jié)基因表達載體構(gòu)成，并說明各個元件的作用 思考并回答：1 該方法針對性差，完全靠運氣 2 不方便檢測，無法確定目的基因是否導入受體細胞 討論并回答：啟動子和終止子，它們分別位于目的基因的兩側(cè) 思考并回答：復制原點：控制復制起始的位點； 抗性基因：檢測目的基因是否導入受體細胞； 多個限制酶切點：目的基因插入； 啟動子：位于基因首端；是RNA聚合酶識別和結(jié)合位點，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得蛋白質(zhì)； 終止子：轉(zhuǎn)錄在所需地方停下來 將目的基因?qū)胧荏w細胞 教學環(huán)節(jié) 將目的基因?qū)胧荏w細胞 1） 引出轉(zhuǎn)化的概念，并強調(diào)轉(zhuǎn)化的最終目的是目的基因在受體細胞維持穩(wěn)定和表達 2） 講授：將目的基因?qū)胫参锛毎腥N方法，其中最常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 3） 引導學生看書，質(zhì)疑：農(nóng)桿菌有何特點 教師行為 4） 引導學生看插圖，概述農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的過程 5） 質(zhì)疑：將目的基因?qū)雱游锛毎械某Ｓ梅椒俺Ｓ玫氖荏w細胞 6） 質(zhì)疑：培育轉(zhuǎn)基因動物時，受體細胞能否采用動物體細胞，為何采用受精卵 7） 引出原核生物的特點，早期基因工程都用原核生物作受體細胞，質(zhì)疑：目的基因?qū)胛⑸锛毎捎玫姆椒? 8） 講授：怎樣篩選含外源基因的受體細胞，主要是應用標記基因的插入失活特性，向?qū)W生展示圖，并配以習題 看書并回答：1 農(nóng)桿菌生活在土壤中，自然條件下能感染雙子葉植物和裸子植物 2 農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體DNA上 學生活動 討論并回答：將目的基因?qū)隩i質(zhì)?！D(zhuǎn)入農(nóng)桿菌→含重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌→導入植物細胞→植物組織培養(yǎng)→轉(zhuǎn)基因植物 看書并回答：顯微注射法，受體細胞是受精卵 思考并回答：動物體細胞沒有全能性，受精卵全能性高，并且營養(yǎng)物質(zhì)豐富 看書并回答：用Ca2+處理制備感受態(tài)細胞 聽講并根據(jù)習題理解 目的基因的檢測與鑒定 1） 質(zhì)疑：用什么方法可以知道抗蟲棉賦予了植物抗蟲特性 2） 質(zhì)疑：檢測與鑒定有何不同，基因工程成功的標志（提示學生應用真核生物中心法則思考） 3） 引出檢測分為DNA、mRNA和蛋白質(zhì)水平。強調(diào)檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA上是否插入目的基因是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵。 4） 指導學生看書，質(zhì)疑：DNA水平上的檢測應用什么方法，探針是什么，如何標記，檢測如何操作 5） 根據(jù)學生回答，補充探針還可以用地高辛和生物素標記。質(zhì)疑：DNA分子雜交原理 6） 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA應用方法，依據(jù)原理 7） 質(zhì)疑：用什么方法檢測目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì)，原理是什么 8）講授：除上述分子水平上的檢測外，還可以應用個體生物學水平的鑒定，如給棉鈴蟲喂食抗蟲棉，看蟲子生活狀況等 思考并回答：給棉鈴蟲喂食抗蟲棉，看蟲子生活狀況；檢測抗蟲棉染色體DNA上是否插入目的基因 看書并回答：檢測是分子水平上的，而鑒定是個體水平上的。成功標志是表達出人類所需蛋白質(zhì) 思考并回答：方法：DNA分子雜交； 探針：含有目的基因的單鏈DNA，用放射性同位素標記； 步驟：轉(zhuǎn)基因生物→提取基因組DNA和探針雜交→有雜交帶→證明目的基因已插入染色體DNA中 思考并回答：堿基互補配對原則 思考并回答：轉(zhuǎn)基因生物mRNA與DNA探針雜交；原理：堿基互補配對原則 思考并回答：轉(zhuǎn)基因生物→提取蛋白質(zhì)（用其作抗原）與抗體反應→有雜交帶→目的基因已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品； 原理：抗原—抗體特異性結(jié)合 整體水平上歸納總結(jié) 教師引導下，學生討論總結(jié)出基因工程的基本操作程序概念圖，在整體上把握知識脈絡 見圖3 7 教學反思 1） 巧妙布置預習作業(yè)，化“復雜”為“簡約”。由于基因工程內(nèi)容上的“高”與“新”，處理不好，會提高學習難度，令學生視高科技為畏途，致使教學流于形式。所以在課前以學生較為熟悉的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育過程案例為預習作業(yè)，使學生首先從整體上了解基因工程的四個步驟，起到了突破難點及培養(yǎng)自學能力的目的。 2）巧妙運用插圖及多媒體技術(shù)，化“抽象”為“形象”。對于基因工程，學生接觸得少，只運用文字來教學會感到很抽象。如在講授如何構(gòu)建基因文庫時，教師會提供一幅非常形象的插圖，結(jié)合圖文提出相應問題，誘導學生思考，從而把學習的注意力從簡單的死記硬背引導到分析、批判、創(chuàng)新等有利于學生終身發(fā)展的能力上來?！?】 3）巧妙利用概念圖串聯(lián)知識，化“部分”為“整體”。概念不可能單獨存在，每個概念都必須根據(jù)與之有關(guān)的其他概念間的關(guān)系才能確定其準確的含義。通過分步探討，學生已經(jīng)對基因工程每一步操作的原理、方法和過程做到了理解，但并未從整體上把握到基因工程的全過程，教師可以指導學生構(gòu)建概念圖，將零散的知識進行歸納，把已掌握的知識顯性化、可視化，實現(xiàn)新課程有效教與學的策略。