專題4 PCR技術(shù)2023-2024學(xué)年新教材高中生物選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（蘇教版2019）

專題4PCR技術(shù)2023-2024學(xué)年新教材高中生物選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（蘇教版2019）主備人備課成員教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容來源于蘇教版2019年高中生物選擇性必修第三冊(cè)的專題4PCR技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容主要包括PCR技術(shù)的原理、應(yīng)用以及操作過程。具體內(nèi)容包括PCR技術(shù)的概念、原理、條件、擴(kuò)增過程以及其在基因克隆、DNA測(cè)序、突變檢測(cè)等方面的應(yīng)用。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，如DNA、RNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，基因的表達(dá)過程等。這些知識(shí)為理解PCR技術(shù)的原理和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠?qū)⒁延兄R(shí)與PCR技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提高生物學(xué)知識(shí)的深度和廣度。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)主要包括：科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。通過學(xué)習(xí)PCR技術(shù)，學(xué)生將培養(yǎng)對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和科學(xué)探究的精神，提高在實(shí)驗(yàn)中觀察、分析、解決問題的能力。同時(shí)，學(xué)生將建立并加深對(duì)生命觀念的理解，如DNA復(fù)制、基因表達(dá)等，培養(yǎng)生物科學(xué)思維。此外，學(xué)生將學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)方法，如比較、歸納、推理等，對(duì)PCR技術(shù)的原理和應(yīng)用進(jìn)行深入理解，提高科學(xué)思維能力。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

（1）PCR技術(shù)的原理：學(xué)生需要理解PCR技術(shù)的基本原理，包括DNA復(fù)制、引物結(jié)合、擴(kuò)增過程等。

（2）PCR技術(shù)的應(yīng)用：學(xué)生需要掌握PCR技術(shù)在基因克隆、DNA測(cè)序、突變檢測(cè)等方面的應(yīng)用，并了解其重要性。

（3）PCR操作過程：學(xué)生需要熟悉PCR操作的基本步驟，包括樣品制備、PCR反應(yīng)體系配置、擴(kuò)增、電泳分析等。

2.教學(xué)難點(diǎn)：

（1）PCR技術(shù)的原理：學(xué)生對(duì)于DNA復(fù)制過程的理解可能較為模糊，難以理解PCR技術(shù)中DNA復(fù)制的過程和條件。

（2）PCR操作過程：學(xué)生對(duì)于PCR操作過程中的一些細(xì)節(jié)可能難以掌握，如引物的設(shè)計(jì)、PCR反應(yīng)條件的優(yōu)化等。

（3）PCR技術(shù)的應(yīng)用：學(xué)生可能對(duì)于PCR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的具體操作和意義理解不夠深入，如突變檢測(cè)、基因克隆等。

針對(duì)上述重點(diǎn)和難點(diǎn)，教師應(yīng)采取有針對(duì)性的教學(xué)方法，如通過動(dòng)畫、圖解等形式直觀展示PCR技術(shù)的原理和操作過程，結(jié)合實(shí)際案例講解PCR技術(shù)的應(yīng)用，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)。同時(shí)，教師應(yīng)注重學(xué)生的實(shí)踐操作，提供足夠的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)PCR操作的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高其實(shí)際操作能力。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源1.軟硬件資源：

-教室內(nèi)的多媒體教學(xué)設(shè)備，包括投影儀和計(jì)算機(jī)。

-生物實(shí)驗(yàn)室，配備有PCR儀器和實(shí)驗(yàn)材料。

-學(xué)生實(shí)驗(yàn)手冊(cè)和實(shí)驗(yàn)室安全指南。

2.課程平臺(tái)：

-學(xué)校提供的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，用于發(fā)布教學(xué)材料和作業(yè)。

-生物學(xué)教學(xué)資源庫，包含相關(guān)教學(xué)視頻和案例分析。

3.信息化資源：

-PCR技術(shù)原理和操作流程的動(dòng)畫演示。

-基因克隆和突變檢測(cè)的實(shí)際案例分析。

-在線生物學(xué)論壇和討論組，便于學(xué)生交流和提問。

4.教學(xué)手段：

-小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生合作學(xué)習(xí)和分享彼此的理解。

-實(shí)驗(yàn)操作，通過實(shí)際操作PCR儀器和分析結(jié)果來加深理解。

-問題引導(dǎo)，教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考和探索PCR技術(shù)的深層次含義。教學(xué)過程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)PCR技術(shù)的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場(chǎng)提問：“你們知道PCR技術(shù)是什么嗎？它與我們的生活有什么關(guān)系？”

展示一些關(guān)于PCR技術(shù)的圖片或視頻片段，讓學(xué)生初步感受PCR技術(shù)的魅力或特點(diǎn)。

簡(jiǎn)短介紹PCR技術(shù)的基本概念和重要性，為接下來的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.PCR技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解PCR技術(shù)的基本概念、組成部分和原理。

過程：

講解PCR技術(shù)的定義，包括其主要組成元素或結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)介紹PCR技術(shù)的組成部分或功能，使用圖表或示意圖幫助學(xué)生理解。

3.PCR技術(shù)案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過具體案例，讓學(xué)生深入了解PCR技術(shù)的特性和重要性。

過程：

選擇幾個(gè)典型的PCR技術(shù)案例進(jìn)行分析。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解PCR技術(shù)的多樣性或復(fù)雜性。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用PCR技術(shù)解決實(shí)際問題。

小組討論：讓學(xué)生分組討論P(yáng)CR技術(shù)的未來發(fā)展或改進(jìn)方向，并提出創(chuàng)新性的想法或建議。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與PCR技術(shù)相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)PCR技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解。

過程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)PCR技術(shù)的重要性和意義。

過程：

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括PCR技術(shù)的基本概念、組成部分、案例分析等。

強(qiáng)調(diào)PCR技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用PCR技術(shù)。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫一篇關(guān)于PCR技術(shù)的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)效果1.知識(shí)掌握：學(xué)生將深入理解PCR技術(shù)的原理、組成部分和操作過程，包括DNA復(fù)制、引物結(jié)合、擴(kuò)增等關(guān)鍵步驟。他們還將掌握PCR技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如基因克隆、DNA測(cè)序和突變檢測(cè)等。

2.科學(xué)思維：學(xué)生將培養(yǎng)科學(xué)思維能力，學(xué)會(huì)運(yùn)用比較、歸納、推理等方法對(duì)PCR技術(shù)進(jìn)行深入理解，并能將其應(yīng)用到實(shí)際問題中。

3.實(shí)踐能力：通過實(shí)驗(yàn)室操作，學(xué)生將熟練掌握PCR技術(shù)的實(shí)驗(yàn)操作技能，包括樣品制備、PCR反應(yīng)體系配置、擴(kuò)增和電泳分析等。

4.創(chuàng)新意識(shí)：學(xué)生將激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，能夠提出新的想法或建議，探索PCR技術(shù)的改進(jìn)方向和未來發(fā)展。

5.合作能力：在小組討論中，學(xué)生將培養(yǎng)合作能力，學(xué)會(huì)與他人共同解決問題，并能夠有效地溝通和展示自己的觀點(diǎn)。

6.表達(dá)能力的提升：通過課堂展示，學(xué)生將提高自己的表達(dá)能力，學(xué)會(huì)清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)自己的思想和觀點(diǎn)。

7.自主學(xué)習(xí)能力：學(xué)生將培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，能夠獨(dú)立思考問題，尋找答案，并進(jìn)行深入研究。

8.對(duì)生物學(xué)的興趣：通過學(xué)習(xí)PCR技術(shù)，學(xué)生將對(duì)生物學(xué)產(chǎn)生更濃厚的興趣，激發(fā)他們對(duì)生物科學(xué)領(lǐng)域的探索欲望。教學(xué)反思與改進(jìn)在教授PCR技術(shù)這一課時(shí)，我深感教學(xué)過程中存在一些不足之處，需要進(jìn)行反思和改進(jìn)。

首先，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在理解PCR技術(shù)原理時(shí)存在一定的困難。盡管我在講解時(shí)使用了圖表和示意圖，但部分學(xué)生對(duì)于DNA復(fù)制過程的復(fù)雜性仍難以把握。為此，我計(jì)劃在未來的教學(xué)中，嘗試使用更多的互動(dòng)教學(xué)方式，如學(xué)生演示、角色扮演等，讓學(xué)生更直觀地理解PCR技術(shù)的原理。

其次，在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，部分學(xué)生對(duì)于PCR儀器的使用和操作流程不夠熟悉，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。針對(duì)這一問題，我計(jì)劃增加實(shí)驗(yàn)前的預(yù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，提前熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作流程，以減少實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤。

此外，我在案例分析環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于PCR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的理解不夠深入。為了解決這一問題，我計(jì)劃在未來的教學(xué)中，引入更多的實(shí)際案例，讓學(xué)生通過討論和分析，深入了解PCR技術(shù)在基因克隆、DNA測(cè)序、突變檢測(cè)等方面的應(yīng)用。

在小組討論環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生參與度不高，討論成果不盡如人意。針對(duì)這一問題，我計(jì)劃在未來的教學(xué)中，采取更加有效的分組策略，確保每個(gè)學(xué)生在小組討論中都能積極參與，并提出自己的觀點(diǎn)。

最后，在課堂展示與點(diǎn)評(píng)環(huán)節(jié)，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生的表達(dá)能力有待提高。為了提高學(xué)生的表達(dá)能力，我計(jì)劃在未來的教學(xué)中，增加更多的口頭報(bào)告和演講機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在課堂上鍛煉自己的表達(dá)能力。板書設(shè)計(jì)①DNA復(fù)制：PCR技術(shù)的核心步驟，包括DNA模板的變性和復(fù)性。

②引物結(jié)合：引物與DNA模板的互補(bǔ)配對(duì)，確定擴(kuò)增片段的起始和終止位置。

③擴(kuò)增過程：DNA聚合酶沿著引物延伸，合成新的DNA鏈，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)DNA的擴(kuò)增。

2.PCR技術(shù)操作過程

①樣品制備：提取DNA模板，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，如酶切、純化等。

②PCR反應(yīng)體系配置：計(jì)算各組分的用量，準(zhǔn)備PCR反應(yīng)混合物。

③擴(kuò)增：將PCR反應(yīng)混合物放入PCR儀器中，進(jìn)行擴(kuò)增循環(huán)。

④電泳分析：將擴(kuò)增后的DNA產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳，觀察和分析結(jié)果。

3.PCR技術(shù)的應(yīng)用

①基因克?。和ㄟ^PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)基因，并將其插入載體中，實(shí)現(xiàn)基因的克隆和表達(dá)。

②DNA測(cè)序：利用PCR技術(shù)擴(kuò)增待測(cè)序的DNA片段，并進(jìn)行序列分析。

③突變檢測(cè)：通過PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)基因，并進(jìn)行突變檢測(cè)，如點(diǎn)突變、插入/缺失突變等。

4.PCR技術(shù)的未來發(fā)展

①技術(shù)創(chuàng)新：探討PCR技術(shù)在靈敏度、特異性和定量方面的改進(jìn)方向。

②應(yīng)用拓展：分析PCR技術(shù)在新領(lǐng)域中的應(yīng)用前景，如單細(xì)胞測(cè)序、基因組編輯等。

③環(huán)保與安全：關(guān)注PCR技術(shù)在環(huán)保和生物安全方面的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)策略。

板書設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合圖示、流程圖等形式，以直觀地展示PCR技術(shù)的原理、操作過程和應(yīng)用。同時(shí)，可以使用顏色、符號(hào)等藝術(shù)性元素，增加板書的趣味性和吸引力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。典型例題講解例題1：請(qǐng)簡(jiǎn)述PCR技術(shù)的原理。

答案：PCR技術(shù)的原理是基于DNA的半保留復(fù)制。在PCR反應(yīng)中，首先將DNA模板加熱至94-98℃變性，使雙鏈DNA解鏈成單鏈。然后，溫度降至50-60℃左右，引物與單鏈DNA模板的互補(bǔ)序列結(jié)合。接下來，溫度升至72℃左右，DNA聚合酶開始沿著引物合成新的DNA鏈。經(jīng)過變性、復(fù)性和擴(kuò)增三個(gè)步驟的循環(huán)，目標(biāo)DNA片段得到擴(kuò)增。

例題2：PCR技術(shù)中，引物的作用是什么？

答案：引物在PCR技術(shù)中起到識(shí)別和擴(kuò)增特定DNA片段的作用。引物與DNA模板的互補(bǔ)序列結(jié)合，確定了擴(kuò)增片段的起始和終止位置。同時(shí)，引物為DNA聚合酶提供了起始點(diǎn)，使DNA聚合酶能夠沿著引物合成新的DNA鏈。

例題3：PCR技術(shù)中的DNA聚合酶是什么？

答案：PCR技術(shù)中的DNA聚合酶通常使用TaqDNA聚合酶，它是一種耐熱的DNA聚合酶，可以在高溫下進(jìn)行DNA復(fù)制。TaqDNA聚合酶具有以下特點(diǎn)：

（1）耐熱性：可以在高溫下進(jìn)行DNA復(fù)制，適合PCR反應(yīng)的變性和復(fù)性步驟。

（2）熱穩(wěn)定性和快速擴(kuò)增：在高溫下具有較高的熱穩(wěn)定性和快速擴(kuò)增能力，可以實(shí)現(xiàn)快速、高效的DNA擴(kuò)增。

（3）缺乏3'→5'外切酶活性：TaqDNA聚合酶缺乏3'→5'外切酶活性，因此不會(huì)在合成過程中切除錯(cuò)誤合成的核苷酸，需要加入相應(yīng)的酶抑制劑來抑制其活性。

例題4：請(qǐng)簡(jiǎn)述PCR技術(shù)在基因克隆中的應(yīng)用。

答案：PCR技術(shù)在基因克隆中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）擴(kuò)增目標(biāo)基因：通過PCR技術(shù)，可以快速、高效地?cái)U(kuò)增目標(biāo)基因，獲得大量的目標(biāo)DNA片段。

（2）構(gòu)建重組載體：將擴(kuò)增得到的目標(biāo)基因插入載體中，構(gòu)建重組載體。常用的載體包括質(zhì)粒載體和病毒載體等。

（3）轉(zhuǎn)化細(xì)胞：將重組載體導(dǎo)入宿主細(xì)胞中，如大腸桿菌、酵母菌等，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因在宿主細(xì)胞中的表達(dá)和繁殖。

（4）篩選陽性克?。和ㄟ^篩選和鑒定陽性克隆，獲得含有目標(biāo)基因的克隆株，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的基因表達(dá)和功能研究。

例題5