人教版高中生物選修三《重組DNA技術(shù)的基本工具》教學(xué)設(shè)計

人教版高中生物選修三《重組DNA技術(shù)的基本工具》教學(xué)設(shè)計

一、教材分析

“重組DNA技術(shù)的基本工具”是高中生物《選修3現(xiàn)代生物科技專題》專題

一“基因工程”的第一節(jié)教學(xué)內(nèi)容，既是對必修二基因工程的延續(xù)和拓展，又是

本章其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是生物科學(xué)的前沿技術(shù)，是當(dāng)今社會的熱點話

題，其應(yīng)用也已經(jīng)深入到生活的方方面面。學(xué)習(xí)基因工程有利于學(xué)生形成科學(xué)的

自然觀，作出理性的解釋和判斷。

二、學(xué)情分析

學(xué)生在必修2已經(jīng)詳細(xì)學(xué)習(xí)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)、基因的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄

和翻譯等內(nèi)容，為該部分的學(xué)習(xí)奠定了一定的知識基礎(chǔ)，但基因工程屬于分子

水平范疇，內(nèi)容較抽象，若教師在教學(xué)中合理創(chuàng)設(shè)情境，并使用簡易材料對分子

水平的工具進(jìn)行模擬，讓學(xué)生在活動中使用這些“工具”進(jìn)行模擬操作，將抽象、

微觀的知識具體化、宏觀化，不僅有利于知識的掌握，而且有利于學(xué)生在活動中

合作探究，培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.理解基因工程的基本概念，簡述DNA重組技術(shù)的三種工具；

2.通過模擬利用三種基本工具構(gòu)建重組DNA分子的模型，體會基因的剪切、

拼接的具體操作過程，促進(jìn)探究能力和思維品質(zhì)的發(fā)展。

3.認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。

四、教學(xué)設(shè)計思路

通過創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生探索新知的欲望，并基于該情境設(shè)置層層遞進(jìn)的任

務(wù)群，學(xué)生以小組合作討論的方式，進(jìn)行限制酶的切割、重組DNA分子模型的構(gòu)

建，在小組合作動手操作中深刻感知重組DNA技術(shù)三種基本工具的具體作用，在

動手操作中體驗知識生成的過程，更能發(fā)揮學(xué)生的能動性。

五、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)思考

資料：上世紀(jì)90年代以來，棉鈴蟲危害猖獗，每年給國家造成幾十億甚至

上百億元的經(jīng)濟(jì)損失，同時棉農(nóng)為防蟲噴施農(nóng)藥導(dǎo)致中毒事件就有10萬多例。

面對嚴(yán)峻的生產(chǎn)形勢，我國轉(zhuǎn)基因棉花研究在科技部的大力支持下取得了很大進(jìn)

展。1991年國家“863”計劃啟動抗蟲棉研制工作后，我國科學(xué)家于1992年底

研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的殺蟲基因，轉(zhuǎn)入棉花創(chuàng)造出單價轉(zhuǎn)基因抗蟲棉。

1996年又研制成功雙價抗蟲棉。截至2009年，國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉已累計推廣應(yīng)

用3.15億畝，有效控制了棉鈴蟲的暴發(fā)危害，節(jié)省了大量農(nóng)藥，社會經(jīng)濟(jì)效益

巨大。

設(shè)計意圖：通過資料展示，簡單明了地引出本節(jié)課的重點內(nèi)容“重組DNA

技術(shù)的基本工具”。

2.深挖情境，由淺入深引出基因工程操作中的三種工具

結(jié)合抗蟲棉這一實例，提出問題：科學(xué)家培育“抗蟲棉”，要將蘇云金芽抱

桿菌細(xì)胞內(nèi)的“抗蟲基因”轉(zhuǎn)入棉花植株細(xì)胞中，需要哪些步驟呢？需要哪些分

子水平的工具呢？

學(xué)生分組討論，并嘗試回答。

教師指出：科學(xué)家當(dāng)年就是帶著同樣的目的去尋找這些工具，并于20世紀(jì)

60~70年代，依次發(fā)現(xiàn)了符合要求的這些工具，它們依次是“分子手術(shù)刀一一限

制性內(nèi)切核酸酶”、“分子縫合針一一DNA連接酶”、“運(yùn)載體”。

3.變抽象為具體，通過模擬操作，讓學(xué)生熟悉并理解基因工程操作中的基

本工具

教師引導(dǎo)學(xué)生逐一掌握基因工程操作中三種工具的概念及作用機(jī)理。

（1）限制性內(nèi)切核酸酶

教師向?qū)W生介紹限制酶的發(fā)現(xiàn)史，以EcoRI酶和SmaI酶這兩種限制酶為

代表（分別切割出黏性末端和平末端）介紹限制酶的概念及相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生

觀察并發(fā)現(xiàn)限制酶識別序列的特點一一都是對稱重復(fù)的回文序列。

模擬操作一：利用剪刀（模擬EcoRI限制酶，其識別序列為一GAATT

C-,并在G-A之間“切割”）將紅色卡紙帶（模擬含有胰島素基因的DNA

片段）上的胰島素基因“切割”下來（圖1）。

教師提示學(xué)生，要先找到EcoRI限制酶的識別序列和切割位點。

Z

畬小胰島界基5-TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCXTAr

因的DNA片段3，??.Ac「AAcA“AA11CCATA(3

AGGATCTTAAGAGC-CATACTTAAGGTATGs

含人胰島事第5-TCCTAGAATTCTCG-GTATGAATTCCATAC3

因的。岫片段3,…AGGATCTTAAGAGC-CATACTTAA1GGTATG5

圖1

在學(xué)生操作結(jié)束后，教師選幾位學(xué)生的切割結(jié)果加以分析點評。

（2）DNA連接酶和運(yùn)載體

教師介紹DNA連接酶和運(yùn)載體的發(fā)現(xiàn)史、概念、分類與作用等相關(guān)知識，

強(qiáng)調(diào)DNA連接酶連接的是兩個末端互補(bǔ)的DNA片段，通過形成磷酸二酯鍵完成。

天然的載體往往需要經(jīng)過人工改造。

模擬操作二：用EcoRI限制酶“切割”質(zhì)粒（白色卡紙環(huán)）（圖2）,并與

“切割”下來胰島素基因“拼接”，用膠帶紙當(dāng)作DNA連接酶完成重組DNA分

子的構(gòu)建（圖3）。

1AATTCGGCATAC-3'大煬桿前5,

-ATAGCATGCTATCCUCI

■CCCGTATG-S'環(huán)狀灰粒3,

-TATCGTACCATAGGTAC^

圖3

學(xué)生將構(gòu)建的重組DNA分子在實物展臺投影，一人展示，一人解說，其他小

組學(xué)生踴躍評價并提出不足和完善方案。小組構(gòu)建模型出現(xiàn)的問題主要是：限

制酶切割的不是一GAATTC一序列中G—A之間的磷酸二酯鍵；透明膠條

連接的位置不對等等。通過師生對話、生生對話，不斷完善模型，深化知識理

解，

教師繼續(xù)追問：用EcoRi將胰島素基因與質(zhì)粒載體酶切后，再加入DNA連

接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，可能得到幾種DNA?

學(xué)生除了得出正確的連接方式之外，還可能出現(xiàn)目的基因和目的基因、目的

基因和質(zhì)粒的反向連接、目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化，三個及三個以上同時連接

等方式。（圖4）

教師引導(dǎo)學(xué)生分析形成這些錯誤連接的原因并提出修改方案。最后，教師總

結(jié)如果采用兩種酶切可以避免質(zhì)粒和目的基因的自身環(huán)化和反向連接，即使這樣

也不能100%成功，所以還要進(jìn)行篩選。通過討論為下一節(jié)的學(xué)習(xí)做好鋪墊，同

時讓學(xué)生理解學(xué)科技術(shù)是不斷發(fā)展的。

設(shè)計意圖：模型是一種重要的認(rèn)知手段和思維方式，在構(gòu)建模型過程中，學(xué)

生需仔細(xì)觀察目的基因所在的DNA序列和質(zhì)粒序列，分析限制酶切割位點和DNA

連接酶連接位點，將抽象的知識具體化、形象化，通過模型構(gòu)建實現(xiàn)科學(xué)思維和

學(xué)習(xí)行為的統(tǒng)一，不斷提高探究能力和科學(xué)思維品質(zhì)。

六、教學(xué)反思

“教學(xué)有法，教無定法，貴在得法”，