高中生物 1.2《基因基本操作程序—基因表達(dá)載體的構(gòu)建》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修3

1、 “基因表達(dá)載體的構(gòu)建” 章節(jié)名稱人教版 普通高中 選修3 現(xiàn)代生物科技專題 專題1 1.2“基因工程的基本操作程序”教材分析（一）教材簡(jiǎn)析 人教版高中生物(選修3)現(xiàn)代生物科技專題專題1中的“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”，是基因工程的基本操作程序中的第二步，也是基因工程的核心，與普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基因工程方面的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之“簡(jiǎn)述基因工程的原理及技術(shù)”相一致。在福建省高考的考試說(shuō)明中屬于理解層次，要求學(xué)生能在較復(fù)雜的情境中綜合運(yùn)用其進(jìn)行分析、判斷和推理。（二）教材的地位和作用基因工程的基本操作程序?qū)ｎ}1基因工程的重中之重，是本專題的核心，是高考和省市質(zhì)檢的重點(diǎn)和難點(diǎn)。而本節(jié)課“基因表達(dá)載體的

2、構(gòu)建”是基因工程的核心。該節(jié)內(nèi)容上承dna重組技術(shù)的基本工具，下接基因工程操作程序第3、4步以及基因工程的應(yīng)用， 統(tǒng)覽全冊(cè)，與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的章節(jié)很多，所以學(xué)會(huì)、學(xué)好本節(jié)內(nèi)容直接關(guān)系后面的學(xué)習(xí)。（三）教學(xué)總體目標(biāo)分析基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，由于是dna分子水平的操作，學(xué)生難以獲得感性認(rèn)識(shí)。而該內(nèi)容涉及的限制酶的選擇和篩選以及標(biāo)記基因的作用等成為了考試的熱點(diǎn)內(nèi)容，但學(xué)生在解答過(guò)程中普遍反映難。導(dǎo)致學(xué)生困惑的主要原因是教師在教學(xué)過(guò)程中往往停留在基因工程的理想化的簡(jiǎn)要步驟的層面上，而重組質(zhì)粒的形成、特點(diǎn)、表達(dá)、篩選等核心問(wèn)題闡述不足。高中階段的生物教學(xué)不是培養(yǎng)學(xué)科專家，而要著力于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。所

3、以在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中，通過(guò)一個(gè)具體的理論探究情境，基于微課的先學(xué)后教，利用紙質(zhì)模型體驗(yàn)?zāi)康幕蚺c運(yùn)載體結(jié)合構(gòu)建表達(dá)載體的過(guò)程。這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)就不再是簡(jiǎn)單的知識(shí)記憶，而是對(duì)重要概念的構(gòu)建，以期培養(yǎng)和發(fā)展他們的思維能力。學(xué)情分析課前學(xué)生已經(jīng)通過(guò)微課學(xué)習(xí)了“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”的必要性。通過(guò)復(fù)習(xí)基因的表達(dá)，說(shuō)明啟動(dòng)子與目的基因表達(dá)的方向必須一致；以抗氨芐青霉素基因?yàn)槔?，讓學(xué)生對(duì)篩選有個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。因此，課前學(xué)生對(duì)基因表達(dá)載體的構(gòu)建有了整體上的認(rèn)識(shí)。通過(guò) “dna重組技術(shù)的基本工具”的學(xué)習(xí)和模擬了“單酶切”及“dna連接”2種反應(yīng)體系，學(xué)生對(duì)限制酶、dna連接酶這些工具的作用有了初步的認(rèn)識(shí)?；谝延械?/p>

4、認(rèn)知，學(xué)生更樂(lè)于從自己制作的模型中發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，再進(jìn)一步動(dòng)手解決問(wèn)題，完善模型，構(gòu)建表達(dá)載體，化抽象為直觀，真正做到知識(shí)的內(nèi)化和融會(huì)貫通。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1、 闡述構(gòu)建基因表達(dá)載體的必要性和基本要求。2、 根據(jù)基因表達(dá)的過(guò)程，利用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呙?，?gòu)建表達(dá)載體。3、 運(yùn)用“插入失活法”、“影印培養(yǎng)法”篩選含有目的基因的受體細(xì)胞。過(guò)程與方法1、通過(guò)動(dòng)手操作、小組合作，提高自主學(xué)習(xí)及合作探究的能力。2、運(yùn)用微課相關(guān)知識(shí)鋪墊，展開(kāi)課堂的深入探討，解決更深層次的問(wèn)題。情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、認(rèn)同在基因工程的誕生和發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)理論和技術(shù)實(shí)踐密切聯(lián)系。2、通過(guò)體驗(yàn)，學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯窟^(guò)程和細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。

5、教學(xué)重點(diǎn) 闡述構(gòu)建基因表達(dá)載體的必要性和基本要求。簡(jiǎn)述解決重、難點(diǎn)的措施基于微課的先學(xué)后教，有了一定的知識(shí)儲(chǔ)備，通過(guò)課堂的師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，學(xué)生運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決更深層次的問(wèn)題。教學(xué)難點(diǎn)1、 限制酶的選擇。2、 利用標(biāo)記基因篩選受體細(xì)胞。利用紙質(zhì)模型體驗(yàn)?zāi)康幕蚺c運(yùn)載體結(jié)合形成重組質(zhì)粒的過(guò)程。教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容教師的組織和引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)（預(yù)設(shè)）設(shè)計(jì)意圖 導(dǎo)入新課 基因長(zhǎng)度價(jià)格目的基因249bp（堿基對(duì)）￥888/個(gè)250-750bp ￥4/bp 751bp-1500bp ￥5/bp pet-32(a) （某種質(zhì)粒）￥800/個(gè)基因工程已發(fā)展了40多年，現(xiàn)在有專門(mén)的生物技術(shù)公司出售某些目的基因和質(zhì)粒

6、等轉(zhuǎn)基因所需的各種材料或工具。引導(dǎo)學(xué)生分析雖然方便，但價(jià)格不菲，后續(xù)導(dǎo)入、檢測(cè)手段也在不斷發(fā)展，但是基因工程的成功率比較低，常?；剡^(guò)頭重新修飾基因表達(dá)載體來(lái)解決問(wèn)題，可見(jiàn)基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。體會(huì)基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。學(xué)生通過(guò)直觀的價(jià)格感受，體會(huì)到材料來(lái)源相對(duì)容易，但價(jià)格不菲，而基因工程成功率低，明確構(gòu)建基因表達(dá)載體的重要性。一、目的基因和運(yùn)載體的連接目的基因片段本身不能穩(wěn)定的獨(dú)立遺傳，要選擇合適的載體將其導(dǎo)入受體細(xì)胞，而最常用的運(yùn)載體是質(zhì)粒，質(zhì)粒是不是直接拿來(lái)用？ 在構(gòu)建基因表達(dá)載體的過(guò)程中，首先要選擇合適的限制酶來(lái)切割含目的基因的外源dna和質(zhì)粒，使目的基因和運(yùn)

7、載體能夠連接上 。上節(jié)課學(xué)習(xí)了dna重組的基本工具，我們模擬了酶切和連接兩種反應(yīng)體系，只使用sal 一種限制酶切割含目的基因的外源dna和質(zhì)粒，然后在dna連接酶作用下形成重組質(zhì)粒。（見(jiàn)附件1）同學(xué)們用模型的方法推測(cè)實(shí)際可能產(chǎn)生的連接產(chǎn)物有哪幾種？（限于兩個(gè)及兩個(gè)以下片段的連接）教師點(diǎn)評(píng)并及時(shí)歸納板書(shū)為什么會(huì)出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物呢？各小組挑出本組制作的載體與目的基因連接后的重組質(zhì)粒，互相觀察并比較是否有不同。實(shí)物投影2種不同的連接方式，設(shè)問(wèn)：它們最終表達(dá)出的蛋白質(zhì)一樣嗎？教師提出目的基因的“正向連接”和“反向連接”。方向正確了，目的基因是不是就能正確表達(dá)呢？不行，因?yàn)樽匀唤缰匈|(zhì)粒一般不能同時(shí)具

8、備所需的各項(xiàng)條件，通常要進(jìn)行人工改造，加入啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因等。學(xué)生匯報(bào)。目的基因和目的基因連接質(zhì)粒和質(zhì)粒連接目的基因和質(zhì)粒連接目的基因的自身環(huán)化質(zhì)粒的自身環(huán)化一種限制性核酸內(nèi)切酶切割后產(chǎn)生的黏性末端只有一種，相同的黏性末端之間可以任意連接。學(xué)生通過(guò)比較，能夠發(fā)現(xiàn)有的小組目的基因插入方向與別組有不同。 啟動(dòng)子位于目的基因的上游，目的基因的反向連接，使得整個(gè)基因的堿基序列發(fā)生改變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄出來(lái)的mrna上的密碼子順序改變，使得翻譯不能正常進(jìn)行，無(wú)法得到正常的表達(dá)產(chǎn)物。還要依賴于終止子，使rna聚合酶從dna上脫落，防止產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。檢測(cè)微課的學(xué)習(xí)效果。從而發(fā)現(xiàn)目的基因不同的插入方向

9、將導(dǎo)致出現(xiàn)不同的基因產(chǎn)物。模擬科學(xué)家在實(shí)際動(dòng)手操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。二利用標(biāo)記基因篩選含目的基因的受體細(xì)胞基因工程的第三步是把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，但我們動(dòng)手模擬實(shí)際產(chǎn)生了這么多種連接產(chǎn)物，都有可能進(jìn)入受體細(xì)胞（大腸桿菌），但只需要哪一種？怎么篩選？具體怎么操作？引導(dǎo)學(xué)生，通過(guò)逐一分析連接產(chǎn)物上的抗性基因進(jìn)行判斷存活還是死亡。進(jìn)一步分析，有沒(méi)有更好的篩選方案？教師ppt展示該種鑒定法為“插入失活法”并介紹影印培養(yǎng)法。但是篩選結(jié)果還存在什么問(wèn)題。目的基因-質(zhì)粒正向連接。利用標(biāo)記基因。學(xué)生可能的回答：用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)，存活下來(lái)的就是導(dǎo)入目的基因-質(zhì)粒的大腸桿菌。用

10、含氨芐青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基培養(yǎng)，存活下來(lái)的就是導(dǎo)入目的基因-質(zhì)粒的大腸桿菌。學(xué)生一一分析后發(fā)現(xiàn)均不可行。先用氨芐青霉素培養(yǎng)基培養(yǎng)，后放入四環(huán)素培養(yǎng)。學(xué)生質(zhì)疑：先用氨芐青霉素培養(yǎng)基培養(yǎng)，存活下來(lái)的可能是導(dǎo)入目的基因-質(zhì)粒，質(zhì)粒-質(zhì)粒，質(zhì)粒自身環(huán)化，再加入四環(huán)素，死亡的是目的基因-質(zhì)粒的，都死了怎么篩選出來(lái)？學(xué)生恍然大悟。目的基因-質(zhì)粒有正向連接和反向連接無(wú)法篩選，各有50%的幾率。通過(guò)逐步深入的問(wèn)題，漸進(jìn)地突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)科學(xué)實(shí)踐的過(guò)程遠(yuǎn)非理論記憶那么簡(jiǎn)單。三、目的基因和啟動(dòng)子的相對(duì)位置關(guān)系看來(lái)一種限制酶切割（單酶切）不能解決這個(gè)問(wèn)題，隨著科學(xué)發(fā)展，越來(lái)越多的限制酶被發(fā)現(xiàn)，展示質(zhì)

11、粒上其他的酶切位點(diǎn)，（見(jiàn)附件2）同學(xué)們想想如何解決目的基因定向插入這個(gè)問(wèn)題呢？布置任務(wù)：用雙酶切能否保證目的基因的定向插入？用這種方法實(shí)際可能產(chǎn)生的連接產(chǎn)物有哪些？ 教師歸納板書(shū)。 “雙酶切”比“單酶切”有什么優(yōu)勢(shì)？雖然“雙酶切”具有優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際操作中，要根據(jù)載體和目的基因上酶切位點(diǎn)的情況選擇“單酶切”或者“雙酶切”。提出用兩種限制酶切割質(zhì)粒，從而使切口處的黏性末端不同的思路。讓學(xué)生取出另一套材料，每組3個(gè)環(huán)狀質(zhì)粒，3個(gè)鏈狀dna，讓學(xué)生再次模擬操作。學(xué)生小組形式討論、動(dòng)手模型制作。學(xué)生們觀察發(fā)現(xiàn)，兩種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是不同的。匯報(bào)：選用hindiii和sali兩種不同限制酶切能保證

12、目的基因-質(zhì)粒正向連接。連接產(chǎn)物有：質(zhì)粒-質(zhì)粒連接目的基因-目的基因連接目的基因-質(zhì)粒正向連接。1、降低了分子間任意連接的概率。2、保證目的基因的定向插入，實(shí)現(xiàn)目的基因的正確轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。在實(shí)際動(dòng)手操作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。課堂上的模擬可以大大降低空間想象的難度，使抽象的內(nèi)容直觀化。四、鞏固與檢測(cè)微課自學(xué)任務(wù)單第3題（見(jiàn)附件3），課前學(xué)生普遍反映困難。通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)，重新審視、交流。小組交流討論。學(xué)生代表利用智慧教室電子白板上臺(tái)講解。檢測(cè)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握情況。五、歸納總結(jié)基因工程的誕生和發(fā)展的歷程。學(xué)生明確原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)，技術(shù)又推動(dòng)科學(xué)的新發(fā)展。唯有創(chuàng)新才是科技發(fā)展的動(dòng)力?！景鍟?shū)設(shè)

13、計(jì)】專題1 1.2基因工程的基本操作程序之基因表達(dá)載體的構(gòu)建一、目的基因和運(yùn)載體的連接二、利用標(biāo)記基因篩選含目的基因的受體細(xì)胞三、目的基因和啟動(dòng)子的相對(duì)位置關(guān)系附件1：附件2：【教學(xué)反思】基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的關(guān)鍵步驟，空間想象難度大，科學(xué)理論和技術(shù)實(shí)踐密切聯(lián)系，思維跨度也大。福州屏東中學(xué)學(xué)生程度一般，正因如此，處理不好會(huì)提高學(xué)習(xí)難度，令學(xué)生視高科技為畏途，導(dǎo)致教學(xué)流于形式。本節(jié)課用微課和模型成功地化解了難點(diǎn)。 一方面基于學(xué)生課前微課的“先學(xué)”，學(xué)生對(duì)表達(dá)載體的構(gòu)建有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，然后以此為支架在課堂上填充和拓展內(nèi)容，當(dāng)學(xué)生在課堂上遇到相關(guān)問(wèn)題時(shí)，能盡快到達(dá) “最近發(fā)展區(qū)”，獲得進(jìn)一步

14、的發(fā)展，使學(xué)生逐漸對(duì)細(xì)節(jié)有更豐富更具體的理解，這種先整體后局部的處理符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律?；谖⒄n的先學(xué)后教模式實(shí)質(zhì)上是利用微課為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)情境，使學(xué)生帶著思考和疑惑走進(jìn)課堂，節(jié)省課堂的熱身時(shí)間，從而使高效率大容量的課堂教學(xué)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。另一方面高二學(xué)生具有抽象思維，但是仍然需要感性知識(shí)，形象知識(shí)作為支持，所以教師精心設(shè)計(jì)紙質(zhì)模型，基于教材原有的學(xué)習(xí)完“dna重組的基本工具”后的紙圈模擬活動(dòng)，再設(shè)計(jì)了雙酶切的活動(dòng)，化微觀為直觀，一系列問(wèn)題的發(fā)生都源自學(xué)生自己親手構(gòu)建的模型，從模型中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而逐步由淺入深。學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問(wèn)題、解決問(wèn)題，獲得成功的體驗(yàn)。由于是帶著問(wèn)題的探究模擬活動(dòng)，使學(xué)生的課堂參與是形式之上思維的積極參與。學(xué)生獲得的體驗(yàn)是：基因工程這么