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1、1.2基因工程的基本操作程序教学设计江苏省常州市北郊中学梁长余1 教学设计理念本专题为人教版新课程教材选修3的教学内容，是对必修2相关内容的进一步深化，但教学时仍要注重基础性，要紧密联系学生已有的经验、生活阅历，尽量紧密联系必修课中的基础知识。高中阶段的教学不是培养专家，而是要全面提高学生的科学素养。因此，教学时一步步引领学生登上这一科技前沿的舞台，学生们才会心驰神往地投入到学习中来。2 教学目标21 知识目标（1）简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用及特点（2）简述基因工程的原理和基本操作程序22 能力目标尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案23 情感目标关注基因工程的发展3
2、 教学重点和难点31 教学重点（1）基因工程三种基本工具的作用（2）基因工程的基本操作程序与技术32 教学难点（1）基因工程运载体需要具备的条件（2）获取目的基因的方法4 教学手段 CAI教学、讨论教学5 课前准备51教师准备 学案、多媒体课件52学生准备 （1）预习课本 （2）复习必修2基因工程及其应用6 教学过程（见表1）表1教学环节教师的组织和引导学生活动教学意图1导入新课展示图片：圣诞树、点缀灯泡的圣诞树，设疑：科学家已研制成功出能发出荧光的烟草幼苗，启发学生思考如何让圣诞树也能发出荧光？引导学生回顾基因工程的概念，明确基因工程的原理学生联想到高一必修2内容通过基因工程的技术手段：剪切
3、拼接导入表达承上启下，创设情境，激发学生学习欲望，营造科研氛围教学环节教师的组织和引导学生活动教学意图2学习限制性核酸内切酶“分子手术刀”3学习DNA连接酶“分子缝合针”4学习基因进入受体细胞的运载体“分子运输车”“工欲善其事，必先利其器”，若要实现此操作过程至少需要三种工具：（1）作用及其特点 能识别双链DNA特定的核苷酸序列，并在特定部位切割DNA双链结构，使特定部位的两核苷酸之间的磷酸二酯键断开，形成回文序列，也就是在切割部位，一条链正向读的碱基序列，与另一条链反向读的顺序完全一致。（2）切割方式 有错位切（在中轴线两侧进行切割）形成粘性末端和平切（在中轴线位置进行切割）形成平末端（播放
4、FLASH动画）。（3）意义 微生物在长期进化过程中形成了一套防御机制，对外源入侵的DNA可将其降解掉使之失效，而对自身的DNA却没有影响。切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，能用什么酶切割呢？转入对DNA连接酶的学习：（1）作用：在双链DNA片段之间形成磷酸二酯键，使两段DNA拼接成新的DNA分子。（2）常见类型：引导学生阅读课本P5，并完成课后思考与探究1。（3）DNA连接酶与DNA聚合酶的比较（见表2）（教师点拨，引导学生讨论，最后通过FLASH课件总结）单纯的目的基因很难直接进入受体细胞，需要借助工具运载体。最常见的运载体为质粒。在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在
5、天然质粒的基础上进行过人工改造。为什么呢？启发学生思考作为运载体必需满足相对应的条件： （1）具有多个限制酶切割位点，便于外源目的基因插入；（2）能够自身复制，或整合到受体细胞染色体上，随染色体的复制而复制；（3）具有标记基因，在载体进入细胞后，便于检测和筛选； 学生看动画，到黑板书写限制酶作用形成的粘性末端学生结合插图14阅读课本，并完成课后练习学生比较、讨论，观看FLASH后再交流、总结学生看图或课件，了解质粒的特点和运载体的功能此三种工具学生在高一阶段已学习，教师只需稍加引导，没有必要在其来源上过于纠缠。关键在于教会学生解决问题的方法。从08、09江苏高考来看，“剪切”和“拼接”是教师在
6、课堂上必须予以关注的重点，切实提高学生思维的深度和解决问题的能力加深学生对知识的认知通过联系对比，给学生系统和相对完整的知识体系，并学习用表格的形式进行总结教师适当引导，让学生了解其特点，明白作为运载体必需具备的条件教学环节教师的组织和引导学生活动教学意图5基因工程的基本操作程序（1）目的基因获取（2）基因表达载体的构建（核心）（4）对受体细胞无害。引导学生回顾基因工程的概念，得出 “更符合人们需要”的那个基因就是目的基因了。获取目的基因的方法有哪些？引导学生阅读课本归纳：从基因文库获取教师要充分利用课本插图让学生了解有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。（联系
7、种群基因库知识和课本插图的形象化比喻）人工合成 目的基因的mRNA 反转录单链DNA 合成 双链DNA（即目的基因）利用PCR技术扩增引导学生，结合课本插图阅读课本，教师播放FLASH演示其过程，强调学生思考与DNA复制的区别、温度的变化。概括总结扩增的四个过程：变性、退火、延伸、重复。（此技术教师没有必要加深）引导学生读图，对基因表达载体的组成形成感性认识。进一步引导学生带着问题阅读课本：启动子、终止子和标记基因的作用分别是什么？启动子、起始密码子的区别？终止子、终止密码子的区别？进一步探究：(1)基因表达载体中的启动子、终止子是目的基因带有的？还是质粒上固有的？引导学生回忆必修2所学中心法
8、则的内容，交流讨论。最终得出：如果目的基因是从自然界已有物种中分离出来的，由于目的基因自身带有启动子和终止子，因此构建时不需在质粒上外加。如果目的基因是通过人工方法合成的或通过cDNA文库获得的，则目的基因不含启动子和终止子，教师的组织和引导学生回忆种群基因库的概念，读图学生写人工合成目的基因的流程图学生带着问题阅读课本，观看FLASH尝试归纳扩增过程学生读图学生带着问题读书回忆必修2中心法则内容，深入交流、讨论培养学生识图、获取信息，从而独立解决问题的能力加深学生对知识的认知培养学生图文转换能力，以及总结概括能力引导学生读图，形成感性认识引导学生读书，形成理性认识通过教师的不断引导，激发学生
9、思考，形成系统知识，有利于学生养成良好的思维品质（3）目的基因导入受体细胞（4）目的基因的检测和鉴定6设计发光圣诞树7见7例题解析所以要在质粒上外接。（2）标记基因是质粒上固有的还是后加上去的？（3）植物基因工程载体只有一种吗？含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化，根据受体的不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不同，学生阅读课本归纳导入三种受体细胞的方法。（教师强调导入的成功率很低，过渡到检测和表达。）如何检测目的基因已导入受体细胞？目的基因导入了受体细胞后，就一定能表达吗？师生互动：1分子水平检测：检测是否插入目的基因检测是否
10、转录形成mRNA检测是否翻译形成蛋白质2个体水平鉴定（根据其性状）引领学生再行设计让圣诞树发光的流程，教师做点评。学生自学学生回答，明确DNA分子杂交技术学生设计流程培养学生阅读课本，获取信息、加工和表达信息的能力教会学生总结问题的方法回应“设疑”，将基因工程操作程序有机地串联起来，培养学生发散思维和归纳能力，从而加深对这一程序的认识表2 DNA连接酶和DNA聚合酶的比较？DNA连接酶DNA聚合酶作用实质是否需模版连接DNA链数作用过程作用结果7 例题解析（2008江苏高考32题）将动物致病菌的抗原基因导入马铃薯制成植物疫苗，饲喂转基因马铃薯可使动物获得免疫力。以下是与植物疫苗制备过程相关的图和表：请根据以上图表回答下列问题。（1）在采用常规PCR方法扩增目的基因的过程中，使用的DNA聚合酶不同于一般生物体内的DNA聚合酶，其最主要的特点是 。（2）PCR过程中退火（复性）温度必须根据引物的碱基数量和种类来设定。表1为根据模板设计的两对引物序列，图2为引物对与模板结合示意图。请判断哪一对引物可采用较高的退火温度？_。（3）图1步骤所用的DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？ 。（4）为将外源基因转入马铃薯，图1步骤转基因所用的细菌B通常为
