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1、第二节 基因工程的操作程序教学设计一、教学目标1.知识目标：根据大纲和课程目标，本节课内容要求了解基因工程原理及基本操作程序。2.情感态度目标：通过对基因工程原理及基本操作程序的理解，掌握理论联系实际的基本观念以及对当今世界的前沿技术有更深刻的了解。通过对四步基本操作程序的具体操作技术的学习以及各国对此技术的重视，增强学生爱科学，学科学的情感和建设祖国的社会责任感，并且建立起知识创造价值，知识为人类服务，使人类生活质量更好的美好愿望。3.能力目标：通过让学生了解世界最前沿技术，追踪社会热点，提高学生收集处理信息能力，提高学生语言表达能力和信息交流能力，培养学生的独立动手能力和合作态度。二、教学
2、重点、难点：重点：基因工程基本操作程序的四个步骤（知识重点）。这个知识点是建立理论联系实际的理论基础。如何利用科学技术为人类服务（情感重点）。此是本文的情感重点，社会不断进步，科学不断发展，做为祖国未来的接班人，只有趁现在年少，认真学习，掌握最新的科学知识，才能利用所学知识，为人类服务。增强学生社会责任感。难点：从基因文库中获取目的基因；以及利用PCR技术扩增目的基因。基因表达载体的构建。因为没有实际可见的东西，而且无法用具体的感性材料来帮助学生的理解，比较抽象，要发挥学生的想象力，故将其列为难点。三、课时安排：2课时。四、教学设计思路：教学内容基本策略复习提问，学生讨论，教师总结引导学生阅读
3、，分析、讨论，教师总结，了解基因工程操作程序具体步骤及原理。目的基因的获取基因表达载体的构建（核心）回忆概念，导入新课学生回忆必修部分“基因工程”知识；通过图1-6来帮助学生建构基因工程基本操作程序的整体框架。教授新课：基因工程操作程序将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和鉴定理解应用尝试设计某一转基因生物的研制过程。从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因植物土壤农杆菌转化法基因枪法花粉管通道法动物： 显微注射技术微生物：Ca2+处理，感受态细胞检测是否插入目的基因；检测是否转录出了mRNA；检测目的基因是否翻译成蛋白质；个体水平的鉴定。五、教学实施的程序：（一）导入新课教学内容教
4、师的组织和引导学生活动设计意图回忆概念，导入新课提问复习上节课DNA重组技术的基本工具内容。限制性内切酶只能从原核生物中提取吗？DNA连接酶连接在什么部位？大肠杆菌的质粒是最常用的载体，它有什么特点能充当载体？直接提取出来就可以充当载体吗？指出：利用这些专用工具，怎样完成基因工程呢？设计问题情境，指导读书：我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，到底是怎样获得的呢？它要通过哪些步骤才能实现呢？学生回忆必修二遗传与进化部分“基因工程”知识；通过图1-6来帮助学生建构基因工程的基本操作程序的整体框架。学生带着问题自主阅读课文，组织讨论，得出基因工程的四点基本操作程序，通过这种学生自学和讨论来概括本文的
5、重点内容基因工程的基本操作程序。让学生增强阅读能力，提高分析、归纳其所得信息能力及交流能力。对本节的难点和重点，学生从思想上有个最初的认识。（二）教授新课（补充知识）基因的结构教学内容教师的组织和引导学生活动设计意图教授新课（补充知识）基因的结构要清楚目的基因的获取方式的区别，有必要了解基因的结构。补充何为目的基因？原核生物基因结构与真核生物基因结构的区别。投影展示：原核生物和真核生物基因结构示意图。学生了解每种生物基因结构的组成，比较两种生物基因结构的区别。（特别注意：基因结构中编码区上下游非编码区分别标明“启动子”和“终止子”，便于和后面的教学内容联系。）学生理解原核生物和真核生物基因结构
6、的区别，了解编码区、非编码区、RNA聚合酶结合位点、内含子、外显子、启动子、终止子等概念，认识各结构的功能。补充必要的知识。接下来讲解第一个步骤：目的基因的获取学生带着问题阅读教材教师展示幻灯片，用打比方等手段帮助学生理解概念学生推测出由mRNA反转录形成cDNA的过程教学内容教师的组织和引导设计意图步骤一、目的基因的获取接下来讲解第一个步骤：先让学生带着问题阅读教材P9-10，思考：从基因文库中获取目的基因的办法：基因组文库、部分基因文库的区别；PCR扩增技术：概念，原理，前提条件，过程；人工合成目的基因的办法：反转录法，化学合成的办法。1、教师出示投影片，用打比方等手段帮助学生理解“基因文
7、库”、“基因组文库”“部分基因文库”等概念。（由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，不能直接用于基因的扩增和表达，因此，在获取真核细胞中的目的基因时，一般是用人工合成目的基因的方法。）2、学生推测出由mRNA反转录形成cDNA的过程。学生阅读书本P9，讨论、分析。通过师生共同讨论帮助学生理解如何从基因文库中获得目的基因。通过动态的多媒体演示帮助学生理解PCR反应原理，尝试描述目的基因的扩增过程。接下来讲授第二个步骤：基因表达载体的构建。展示学生作业“重组DNA分子”模型教师总结明确“基因表达载体”的组成教学内容教师的组织和引导学生活动设计意图步骤二：基因表达载体的构建。教师总结：大家手中拿
8、的自己亲自动手做的重组DNA分子，就类似基因表达载体，蓝色纸片代表被限制性内切酶切割的质粒，只有一个切割位点，露出两个黏性末端；红色纸片代表目的基因的形成，用同一种限制性内切酶切割，有两个切割位点，露出两个黏性末端；把红色纸片黏合到蓝色纸片的中间，黏性末端碱基互补配对，在DNA连接酶的作用下，就形成一个重组DNA分子。强调指出：基因表达载体的构建过程，首先要用同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，再用DNA连接酶把互补的黏性末端连接。一个完整的基因表达载体由四个部分组成：启动子，终止子，目的基因，标记基因。目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）学生展示课前分组制作重组DNA分子模型，让一个学习
9、小组派一位代表上台，展示自己制作的重组DNA分子，指出哪种颜色纸张代表质粒？那种颜色纸张代表目的基因？各有几个切割位点？露出几个黏性末端？如何拼接上去？通过学生自己动手，模拟拼接，加深学生对基因表达载体的构建的认识。抽象变直观，便于学生理解。（第二课时）讲授第三个步骤：将目的基因导入受体细胞明确“转化”概念“类比推理”理解采用农杆菌转化的原因学生通过阅读理解其他生物的导入方法指导学生阅读教材学生描叙农杆菌转化过程教学内容教师的组织和引导学生活动设计意图步骤三：将目的基因导入受体细胞转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 1、基因表达载体构建完成后，如何将目的基因导
10、入受体细胞呢？根据受体细胞的不同，导入的方法也有所不同，将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。下面以农杆菌转化法为例。农杆菌有什么样的特点，使其可以帮助目的基因进入受体细胞的呢？师生共同归纳农杆菌转化的过程：目的基因插入Ti质粒的T-DNA，构建导入转入基因表达载体 农杆菌 植物细胞 稳定维持和表达。待添加的隐藏文字内容3（提示：农杆菌转化法的原理是利用农杆菌（胞内寄生菌）对植物的感染而把目的基因导入受体细胞。）除了上述方法，将目的基因导入受体细胞的方法还有基因枪法和花粉管通道法。2、导入动物细胞：显微注射法（将基因表达载体提纯，用显微仪注射到受精卵中）3、导入微生物细胞：Ca2
11、处理受体细胞成为感受态细胞，再进行混合。细菌氯化钙 细胞壁的通透性增大重组质粒进入受体细胞 目的基因随受体细胞的繁殖而复制明确概念。学生讨论归纳：农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，当植物受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向细胞。这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体的DNA上。学生阅读资料卡片，了解其他植物基因工程导入方法。要使学生能对“转化”的含义进行适当的解释。根据农杆菌特点，请同学们结合多媒体，尝试着描述农杆菌转化法的导入过程。阅读，理解。结合具体实例，加深巩固。讲授第四个步骤：目的基因的检测和鉴定带着问题阅读
12、教材归纳，理解，升华认识不同环节的检测方法教学内容教师的组织和引导设计意图步骤四：目的基因的检测和鉴定目的基因导入受体细胞后，是否可以稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才知道。如何来检测与鉴定呢？指导学生带着问题阅读教材14页，思考：基因在细胞中表达需要经过哪些阶段，每阶段的产物是什么？目的基因导入细胞后，哪些环节必需进行检测，检测的方法各是什么？1、检测是否插入目的基因，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的DNA杂交，看是否有杂交带。2、检测是否转录出了mRNA，利用DNA分子杂交技术，目的基因DNA一条链（作探针）与受体细胞中提取的mRNA杂交
13、，看是否有杂交带。3、检测目的基因是否翻译成蛋白质。抗体与蛋白质进行抗原抗体杂交，看是否有杂交带。4、还可以进行个体水平的鉴定，根据其性状。提示：DNA分子杂交技术首先提取受体细胞中的DNA，然后高温解成单链，再与同位素标记的DNA探针杂交；抗原抗体杂交所用到的抗体是用表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取出而来的。教学时可把“检测目的基因是否转录出了mRNA”与“检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因”作比较。适当拓展：（1）将目的基因在大肠杆菌中表达出蛋白质（2）将表达出的蛋白质注射动物进行免疫，产生相应的抗体，并提取。（3）从转基因生物中提取蛋白质（也就是抗原）
14、。（4）抗原与抗体结合。学生阅读书本并结合14页图114目的基因的检测示意图理解。通过适当拓展帮助学生理解检测目的基因是否翻译成蛋白质的原理。（三）理解应用。尝试设计某一转基因生物的研制过程。教学内容教师的组织和引导设计意图理解应用。尝试设计某一转基因生物的研制过程。 师、生归纳小结：基因工程的四个操作步骤。结合P15思考与探究：珠蛋白是动物血红蛋白的重要组成成分，当它的成分异常时，动物可能患某种疾病，如镰刀型细胞贫血症，假如让你用基因工程的方法使大肠杆菌生产出鼠的珠蛋白，想一想，应该如何设计？旨在通过设计转基因生物将基因工程的操作程序有机的关联起来。六、教材中的问题及对策：新课程改革要求教师
15、改变以往传统的教学模式和教学理念，把课堂还给学生。这就要求老师本节教学除完成知识上的教学目标之外，还具有熟悉学生，了解学生，激发学习兴趣的目的。本节教材涉及较多的生物科技前沿知识，基因工程内容上的“高”与“新”，处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式。基于此，我在教学时尽量做到以下三点。一是尽量将知识点细化，设计问题层层深入，抽丝剥茧，有利于学生的理解。二是不要仅仅拘泥于具体的知识，还应该引导学生从每一具体步骤，每种操作方法的生物学原理出发，理解知识。三是要根据学生回答问题的情况及时调整问题的难度和教学策略，并注意教师列举的事例应尽量与学生的生活经验和社会热点相联系，以提高学生学习的积极性。这样才能真正做到学生成为课堂的主人。
