《基因工程的基本操作程序》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、1.2基因工程的基本操作程序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(yīng)用。對(duì)于基因工程，學(xué)生接觸得很少，文字描述中會(huì)感到抽象，為此，教材中采用形象化得呈現(xiàn)方式簡(jiǎn)述了基因工程基本操作程序的四個(gè)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(xué)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(xué)情分析學(xué)生經(jīng)過上一節(jié)的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用及基

2、因工程載體所需條件等知識(shí)，具備學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序一節(jié)的基礎(chǔ)；而且經(jīng)過一年必修教材的學(xué)習(xí)，學(xué)生的生物基礎(chǔ)知識(shí)較扎實(shí)，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(duì)學(xué)生來說難點(diǎn)較多，如果處理不好，會(huì)變成簡(jiǎn)單的死記硬背。因此在教學(xué)過程中，應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時(shí)加強(qiáng)學(xué)生解決問題和運(yùn)用概念圖等生物學(xué)語言歸納結(jié)論等方面的能力。3 .教學(xué)目標(biāo)3.1 知識(shí)目標(biāo)簡(jiǎn)述基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)進(jìn)步催化了基因工程簡(jiǎn)述基因工程的原理和基本步驟3.2 能力目標(biāo)學(xué)會(huì)運(yùn)用概念圖總結(jié)基因工程的基本步驟及方法嘗試運(yùn)用基因工程原理，提出解決某一實(shí)際問題的方案3.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀關(guān)注基因工程的發(fā)展認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生

3、產(chǎn)力的提高4 .教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)4.1 教學(xué)重點(diǎn)基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟4.2 教學(xué)難點(diǎn)從基因文庫中獲取目的基因利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因5 .教學(xué)整體思路采用從整體-部分-整體”的教學(xué)思路，首先引用基因工程案例使學(xué)生從整體上了解基因工程的四個(gè)步驟，其次采用分步探究的形式幫助學(xué)生理解各個(gè)步驟的原理、方法和過程，最后教師引導(dǎo)學(xué)生用概念圖將所學(xué)的知識(shí)從整體上再次整合?！?】6.教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師行為學(xué)生活動(dòng)導(dǎo)入新課1）出示我國有知識(shí)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(gè)關(guān)鍵步驟3）根據(jù)學(xué)生回答補(bǔ)充還需檢測(cè)抗蟲基因是否已經(jīng)進(jìn)入棉花植株，并由此引出基因工程的四部曲看圖并回答

4、：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(dǎo)入受體細(xì)胞，最后要重建轉(zhuǎn)基因植物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(dǎo)學(xué)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(xué)生回答強(qiáng)調(diào)如果已知抗蟲基因核甘酸序列且序列較短小，可通過DNA合成儀直接進(jìn)行人工合成5質(zhì)疑：如果對(duì)抗蟲基因的堿基序列完全不知，怎樣才得到蘇云金芽抱桿菌體內(nèi)的抗蟲基因6）針對(duì)學(xué)生回答引出基因文庫概念7）指導(dǎo)學(xué)生看圖并歸納構(gòu)建基因文庫時(shí)的操回憶舊知識(shí)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：先獲取蘇女金芽抱桿菌的全部基因，再從中提取抗蟲基因思考并回

5、答：操作條作條件、應(yīng)用工具和過程8）對(duì)學(xué)生回答給與肯定并強(qiáng)調(diào)構(gòu)建基因組文庫時(shí)應(yīng)注怠兩點(diǎn)：1每個(gè)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(xì)胞的基因9）指導(dǎo)學(xué)生看書，說出部分基因文庫（cDNA）概念10）教師補(bǔ)充如想知道一種生物在個(gè)體發(fā)育/、同階段表達(dá)基因/、同，應(yīng)構(gòu)建cDNA文庫11）指導(dǎo)學(xué)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(kuò)增目的基因13）指導(dǎo)學(xué)生看書質(zhì)疑：PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因需要的條件14）觀看PCR過程插圖，質(zhì)疑：PCR擴(kuò)增的過程15）列表比較利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的異同件：對(duì)目的基

6、因序列應(yīng)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、純化一與載體連接一侵染大腸桿菌一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(gè)時(shí)期的mRNA反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)DNA與載體連接一侵染大力勿W國是乂口白刀基因文庫看書并回答：模板、原料、弓1物、TaqDNA聚合酶討論并回答：變性：90C95c高溫下目的基因的獲取教學(xué)環(huán)節(jié)目的基因的獲取雙鏈DNA解鏈成單 鏈；退火：55c60 C引物結(jié)合到 互補(bǔ)DNA鏈；延伸:72CTaq酶從引物起 始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成；第2輪循環(huán)學(xué)生獨(dú)立完成，教師給予指導(dǎo)基因表達(dá) 載體的構(gòu)建1）引出基因表達(dá)載體的構(gòu)建是

7、基因工程的核心及構(gòu)建基因表達(dá)載體的意義2）質(zhì)疑：將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細(xì)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(xué)生回答引出基因表達(dá)載體也應(yīng)具備復(fù)制原點(diǎn)、標(biāo)記基因等條件，進(jìn)一步明確基因表達(dá)載體最終要表達(dá)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(dòng)子，如果要實(shí)現(xiàn)將編碼序列導(dǎo)入受體生物中并成功表達(dá)，基因表達(dá)載體還需哪些元件思考并回答：1該方 法針對(duì)性差，完全靠 運(yùn)氣2不方便檢測(cè)，無法 確定目的基因是否 導(dǎo)入受體細(xì)胞討論并回答：?jiǎn)?dòng)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(fù)制原 點(diǎn)：控制復(fù)制起始的 位點(diǎn)；抗性基因：檢測(cè)

8、目的 基因是否導(dǎo)入受體 細(xì)胞；多個(gè)限制酶切點(diǎn)：目6）提問：總結(jié)基因表達(dá)載體構(gòu)成，并說明各個(gè)元件的作用的基因插入；啟動(dòng)子：位于基因首端；是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)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1）引出轉(zhuǎn)化的概念，并強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)化的最終目的看書并回答：1農(nóng)桿將目的基是目的基因在受體細(xì)胞維持穩(wěn)定和表達(dá)菌生活在土壤中，自因?qū)胧?）講授：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞有三種方然條件下能感染雙體細(xì)胞法，具中最常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法子葉植物和裸子植3）引導(dǎo)學(xué)生看書，質(zhì)疑：農(nóng)半鵬有何特點(diǎn)-W將目的基 因?qū)胧?體細(xì)胞4）引導(dǎo)學(xué)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)?/p>

9、動(dòng)物細(xì)胞中的常用方法及常用的受體細(xì)胞6）質(zhì)疑：培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物時(shí)，受體細(xì)胞能否采用動(dòng)物體細(xì)胞，為何采用受精卵7）引出原核生物的特點(diǎn)，早期基因工程都用原核生物作受體細(xì)胞，質(zhì)疑：目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞采用的方法2農(nóng)桿菌中Ti質(zhì)粒 上的T-DNA可轉(zhuǎn)移 至受體細(xì)胞，并且整 合到受體細(xì)胞染色體DNA上學(xué)生活動(dòng)討論并回答：將目的 基因?qū)隩i質(zhì)粒一 轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌一含重 組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌 一導(dǎo)入植物細(xì)胞一 植物組織培養(yǎng)一轉(zhuǎn) 基因植物看書并回答：顯微注 射法，受體細(xì)胞是受8）講授：怎樣篩選含外源基因的受體細(xì)胞，主要是應(yīng)用標(biāo)記基因的插入失活特性，向?qū)W生展示圖，并配以習(xí)題目的基因的檢測(cè)與1）質(zhì)疑：用什么方法可以知

10、道抗蟲棉賦予了植物抗蟲特性2）質(zhì)疑：檢測(cè)與鑒定有何不同，基因工程成功的標(biāo)志（提示學(xué)生應(yīng)用真核生物中心法則思考）3）引出檢測(cè)分為DNA、mRNA和蛋白質(zhì)水平。強(qiáng)調(diào)檢測(cè)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(dǎo)學(xué)生看書，質(zhì)疑：DNA水平上的檢測(cè)應(yīng)用什么方法，探針是什么，如何標(biāo)記，檢測(cè)如何操作5）根據(jù)學(xué)生回答，補(bǔ)充探針還可以用地高辛和生物素標(biāo)記。質(zhì)疑：DNA分子雜交原理6）檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄mRNA應(yīng)用方法，依據(jù)原理精卵思考并回答：動(dòng)物體 細(xì)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(xì) 胞聽講并根據(jù)習(xí)題

11、理解思考并回答：給棉鈴 蟲喂食抗蟲棉，看蟲 子生活狀況；檢測(cè)抗 蟲棉染色體DNA上 是否插入目的基因 看書并回答：檢測(cè)是 分子水平上的，而鑒 定是個(gè)體水平上的。 成功標(biāo)志是表達(dá)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(biāo)記； 步驟：轉(zhuǎn)基因生物一7）質(zhì)疑：用什么方法檢測(cè)目的基因是否翻譯鑒定出蛋白質(zhì)，原理是什么8）講授：除上述分子水平上的檢測(cè)外，還可以應(yīng)用個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定，如給棉鈴蟲喂食抗蟲棉，看蟲子生活狀況等提取基因組DNA和探針雜交一后雜交帶一證明目的基因已插入染色體DNA中思考并回答：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則思考并回答：轉(zhuǎn)基因生物

12、mRNA與DNA探針雜交；原理：堿基互補(bǔ)配對(duì)原則思考并回答：轉(zhuǎn)基因生物一提取蛋白質(zhì)（用其作抗原）與抗體反應(yīng)一啟雜交帶一目的基因已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品；原理：抗原一抗體特異性結(jié)合整體水平上歸納總結(jié)教師引導(dǎo)下，學(xué)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(shí)脈絡(luò)見圖37教學(xué)反思1）巧妙布置預(yù)習(xí)作業(yè)，化復(fù)雜”為簡(jiǎn)約”。由于基因工程內(nèi)容上的高”與新”,處理不好，會(huì)提高學(xué)習(xí)難度，令學(xué)生視高科技為畏途，致使教學(xué)流于形式。所以在課前以學(xué)生較為熟悉的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育過程案例為預(yù)習(xí)作業(yè)，使學(xué)生首先從整體上了解基因工程的四個(gè)步驟，起到了突破難點(diǎn)及培養(yǎng)自學(xué)能力的目的。2）巧妙運(yùn)用插圖及多媒體技術(shù)，化“抽象”為“形象”。對(duì)于基因工程，學(xué)生接觸得少，只運(yùn)用文字來教學(xué)會(huì)感到很抽象。如在講授如何構(gòu)建基因文庫時(shí)，教師會(huì)提供一幅非常形象的插圖，結(jié)合圖文提出相應(yīng)問題，誘導(dǎo)學(xué)生思考，從而把學(xué)習(xí)的注意力從簡(jiǎn)單的死記硬背引導(dǎo)到分析、批判、創(chuàng)新等