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1、江募教育 中学教 学 l 【 教 学 设 计 】 l 责任编辑梅香 “ D N A重组技术 中的剪切 与拼接“ 模拟活动的教学组织 一张 书玉 一、问题的提出 人教 版 生 物 选修 3专题一 基 因工 程 中围绕 限 制酶 的相关知识非常少 ，但所能延伸 的知识非常多 ， 而 且这一 内容是非常抽象 的， 学生难 以想象 。以往在进行 这种类 型 内容的教学时 ， 通常是教师通过 P 将相关 内 容进行 “ 孜孜 不倦 ” 的讲解 ， 学生 一听就懂 ， 然而 残酷 的 现实是 一遇到问题就错。 其实关键点在于学生所 “ 得 ” 到 的是我们教 师强加 给他 的 甚 至是 “ 死” 的知识
2、， 遗 忘或 不会运用 就显 得再 正常不过了。 有时教师也会设计模拟 活 动 ， 学生动 手剪接 ， 但这 种模拟 活动仅仅 是将教 材 内 容进 行简单 重演提 供一段 D N A片 段和 限制酶 ， 所 有学生用 的限制酶都是相 同的。 这样的活动不能从根本 上对 限制酶 的知识进行延伸 与拓展 例如不 同的限制酶 切割 D N A后可能得 到相同碱基序列 的 D N A片段 等 ， 其 模拟活 动仅仅是让学 生感受一 下限制酶 是如何对 D N A 片段进行切割 的。 二 、 课题背景 基因工程属于生物科技前沿 的内容 ， 这一专题 的教 学需要把握两个重要原则 基础性和渐进性 。 如
3、果违 背 了这 两个 原则 ， 学 生就会 产生 “ 危乎高哉 ” 的想 法 ， 望 而却步。 因此 ， 在学 习限制酶与 D N A连接酶 时 ， 首先 ， 可 与必修 课 本 中有 关 D N A结构 的知 识 紧密 联 系 ，有 了 D N A结构 的基 础知识 才能较好地理解 这两种 酶的功 能。 另外 ， 模 拟制作是 学生较 为感兴趣 的活 动 ， 要 紧密 联 系学生 已有 的生 活阅历 和经 验 ， 避 免纸上 谈兵 ， 创设 富含科学 内涵 的活 动情境 ， 使学生能够在真实 的动手过 程 中较 好 地理解 限制 酶和 D N A连 接酶 的剪 切 拼接 要 领 。 笔者在教
4、学 中采用了模拟制作 D N A重组模 型以及 和课件相结合 的教学手段 。 最大 限度地发挥学生在课 堂 中的参 与度 、 合作 意识 和创新精 神 取 得 了很好 的教学 效果 三 、 活动过程 分组 ： 6组 ， 每组 6人 。 材料用具 ： 打印有碱基序列 的 D N A片段纸条 ( 6 种不 同的颜色 ， 相同的 D N A序列 ， 每张纸条反面分别编号 1 ) ， 剪刀。 组织活动 ： 活动 l 当学生 明确磷酸二酯键的位置 以及限制酶 的特点之 后 ， 展示 图 1 ( 在设计 限制 酶种类 时 ， 充分考虑识别 序列 和切割位点的多样性 ， 有 相同的 ， 也有不同的) ， 学
5、生讨论 得出 ： 限制酶识别特定的碱基序列 ： 不同的限制酶可能识 别相 同的序列 ， 切割位点可能相同 ， 可能不同 ， 等等 。 识 别序 列 限 制酶 及 切 割 位 点 d A A T T C c o RI c T 一 一一c c c lb G G 一 S ma I G G G C C l 一一 lC C G G G 一 一 Xma I G G G C 一 一一 cCGGT一一 a g e I T G G C 一 一一d I G A T C C 一 B a mH l 一 一 C C T A p 一 一 j G T O 一 一 Mb o I 一 C T A 一 图1 指导学生阅读教材 中
6、图示 ：切割 D N A分子 时产生 的两种不同末端 。 如果此时就让学生动手模 拟限制酶的 切割 ， 很容 易出现 一刀切 ( 所 有片段都被切割为平末端 ) 的现象 。为 了帮助学生更好地 理解限制酶 的切割位点 。 利用 投影再 次展示切 割位点 、 过程及结 果 强 调限制酶 识别特定序列 ， 切割特定部位 的磷酸二酯键 。 活动 2 每个学生拿到一张打 印有 相同碱基序列 的 D N A片 段纸条 ， 如 图 2所示 ( 在设计 碱基序 列时充分 考虑 图 1 中的 6 种 酶都能找到对应 的识别序列 ， 其 中某种 酶设计 为 2 个识别序列 ) ， 按照所给 的特定 的限制酶对其
7、切 割 ： 以剪刀代 替限制酶 ； 活动 以小组 为单位进行 ， 每个小组 由 6名学生 组成 ， 投 影打 出 6种不 同的 限制 酶 ( 如图 1 所示 ) ；每名学生按照 纸条反 面的编号指定其中一种限 制酶 ， 小组 内同学选择 的酶不 能重复 。 T G G A T C C C G G G A 矗 T T C A A C e G G T G A C C T A G G G C C C T f A A G T T G G C C A C T 图 2 提问 ： 你切割后得到 了怎样 的末端? 注意 与你 小组 内的 同学进行 比较 ， 你们得 到 的末端形 态、 碱 基序列相 同吗?可以
8、借助教材 完善你的答案。 在 活动过程 中， 友情提醒学生找到相应 的识别序列 后先用笔在剪切位点上做记号 。 当然仍有少数学生出现 了失误 。但 是在剪 切过程 中或是与组 内同学进行 比较 时 ， 便能及时发现 。此时笔者提醒学生 如有失 误举 手示 意 ， 并再 次发放对应的 D N A片段纸条 ， 把 原先 剪切错误 的纸条收回 以免混淆 。 生 l ( 展 示 小组 所得 到的末端 ) ： 我们 小组 里得 到的 有 的是粘性末端 有的是平末端。 生 2 ： 我 们切割后 得到 的末 端 。 尽 管各 自用的不 同 限制酶 ， 但有 的粘性末 端的碱基序 列是相 同的 ， 有的 不
9、同 。 活动 3 笔者肯定 了学生 的答案 ，并再次引导学生思考 ： 你 们手 中的 D N A 片段 切 割后是 否 可 以还 原 到原 来 的状 态? 你们 所得到 的 DN A片段之 间是 否可以相互连接? 如 果能够连接 前提 条件是什 么?利用投 影展 示 DN A分子 的连接过程及结果 ，指 出切割下 来的 D N A片段 拼接 成 新 的 D N A分子 。 是 靠 D N A连接酶 来 完成 的 ， 恢 复被 限 制酶切开的磷酸二酯键 。 此 时在 小组 内已有若干 剪切下来 的 D N A片段 ， 有 的是粘性末端 ， 有的是平 末端 ， 有的末端碱基序列相 同， 有 的不
10、同。在此之前 ， 因为组 内每个成员 的纸条颜色都 不同 ， 所 以对 于剪切下来 的 D N A片段 ， 学生能够 准确辨 认 出对应 的限制酶 。 通过组内合作 交流 ， 体会 D N A拼接 的结 果及条件 。 生 3 ： 切割后可以还原到 原来的状 态。同时 ， 我的这 个 D N A片段 可以与 A 同学的 D N A片段 进行连接 。 但 与 B同学的 D NA片段不能进行连接。 生 4：能否连接 的依据 是两 个 DN A 片段 的粘性末 端所暴露 出来的碱 基序 列是 否可以配对 ， 平末端则无此 要 求。 此时笔者在加以肯定 的同时再次发 问 ： 你们所得到 的情 况都是如此
11、吗? 生 5 ： 我 觉得还 有一种情况 ， 就是 原来的 D N A 片段 切 割后还 可以 自我连接 成环。 因为我手 里的这个 D N A 片段存在 两个所给同一种限制酶( Mb o I) 的酶切位 点 我把 它们切 割后得 到的片段也 可 以首尾相 连 ( 见 下 图) ， 因为首尾存在相 同的粘性末端。 T G G 矗 f C C C G 6 G 矗 T f C A C C G G T G A T C C C C t A G 6 G e C C T 霉 A G T T G G C C A C t 6 G 切 割 前 ： ： ： ： GC ： ： ： ： ： T ： ： ： ； ： T
12、： C C l A l 6 G G C C T T A G t 6 G C C C A I G G 切 割 C C C G G G A A T l C A A C C G G l G G G G C C C T T A A 6 T G G C C A C T A 切 割 后 对 原来看似很抽象的 D N A 自我环化 ，学生在 实际 动手 中形 成 了正确 的认 识 ，教学 难点得 到了很好 的解 决 。 模拟 活动 由此得到 了升华 。 笔者课前围绕“ 限制酶 ” 这一重 要概念 ， 联 系相关知 识 ( 主干知识 ： 限制酶具有特 异性识别碱 基序列并 且在 特定位点对 D N A进行切割
13、 。 延 伸知识 ： 不 同限制酶可 以 识别相 同碱基序列但 酶切位点不同 、 不同限制酶酶切后 得到 的 D N A末 端碱基 序列也可以不同 ， 等等 ) 对教材进 行重新演绎 。 精心预设 了六种不 同的 限制酶 与一段 相同 的 D N A片段 通过学生动手剪 、 拼这些看似简单 的教学 活动来激活 学生所学知识 ； 同时 以小组为单 位 ， 通过小 组 内部同学之 间不 同结果 的比较 。 有效拓展 了知识 。学 生们通过 亲手操作 ( 模拟过程 ) 与 比较 ， 较为 真切地 感知 了限制酶的特点 ，并且 在活动中不断尝试不断发现 ， 真 正实现了理解性学习。 国 注： 本课例为第三届 “ 苏派名师” 教 学思想研 讨活动 青年教师展示课 。 ( 作 者单位 ： 江苏省 梁丰 高级 中学 )
