人教版《基因工程的基本操作程序》教學設計

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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)內容 本節(jié)是 基因工程 專題的核心 上承 DNA 重組技術的基本工具 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 將非主干內容以 生物技術資料卡 拓展視野 等方式呈 現(xiàn) 做到有主有次 1 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論等方面的 能力 3 教學目標 3 1 知識目標 簡述基礎理論研究和技術進步催化了基因工程 簡述基因工程的原理和基本步驟 3 2 能力目標 學會運用概念圖總結基因工程的基本步驟及方法 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 關注基因工程的發(fā)展 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 從基因文庫中獲取目的基因 利用 PCR 技術擴增目的基因 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)權的轉基因抗蟲棉的培育圖解 2 質疑 轉基因抗蟲棉培育的四個關鍵步驟 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 質粒上 再次將重組的 Ti 質 粒導入受體細胞 最后要重建轉基因植物 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構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 應構建 cDNA 文庫 11 指導學生看書 質疑 如何構建部分基因文庫 12 引出如果已知抗蟲基因的一部分 則可通過 PCR 技術擴增目的基因 教師行為 13 指導學生看書質疑 PCR 技術擴增目的基因需要的條件 14 觀看 PCR 過程插圖 質疑 PCR 擴增的過程 15 列表比較利用 PCR 技術擴增目的基因與細胞內 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 基因表達載體的構建 1 引出基因表達載體的構建是基因工程的核心及構建基因表達載體的意義 2 質疑 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產(chǎn)物 5 質疑 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 總結基因表達載體構成 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 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 聚合酶識別和結合位點 驅動基因轉錄出 mRNA 最終獲 得蛋白質 終止子 轉錄在所需地方停下來 將目的基因導入受體細胞 教學環(huán)節(jié) 將目的基因導入受體細胞 1 引出轉化的概念 并強調轉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 將目的基因導入植物細胞有三種方法 其中最常用的是農(nóng)桿菌轉化法 3 引導學生看書 質疑 農(nóng)桿菌有何特點 教師行為 4 引導學生看插圖 概述農(nóng)桿菌轉化法的過程 5 質疑 將目的基因導入動物細胞中的常用方法及常用的受體細胞 6 質疑 培育轉基因動物時 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 質疑 目的基因導入 微生物細胞采用的方法 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 向學 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 質粒上的 T DNA 可轉移至受體細胞 并且整合到受體細胞染色體 DNA 上 學生活動 討論并回答 將目的基因導入 Ti 質粒 轉入農(nóng)桿菌 含重組 Ti 質粒的農(nóng)桿菌 導入植物細 胞 植物組織培養(yǎng) 轉基因植物 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 質疑 用什么方法可以知道抗蟲棉賦予了植物抗蟲特性 2 質疑 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 和蛋白質水平 強調檢測轉基因生物染色體的 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)定遺傳的關鍵 4 指導學生看書 質疑 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 質疑 DNA 分子雜交原理 6 檢測目的基因是否轉錄 mRNA 應用方法 依據(jù)原理 7 質疑 用什么方法檢測目的基因是否翻譯出蛋白質 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 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 轉基因生物 提取蛋白質 用其作抗原 與抗體反應 有雜交帶 目的基因 已形成蛋白質產(chǎn)品 原理 抗原 抗體特異性結合 整體水平上歸納總結 教師引導下 學生討論總結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 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 如在講授如何構建基因文庫時 教師會提供一幅非常形 象的插圖 結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 1