選修模塊3現(xiàn)代生物科技專題的教學(xué)建議

選修模塊3現(xiàn)代生物科技專題的教學(xué)建議廣大附中 洪麗亞一、本模塊內(nèi)容及其目標(biāo)概述 本模塊的內(nèi)容包括基因工程、細(xì)胞工程、胚胎工程、生物技術(shù)的安全和倫理問題、生態(tài)工程五部分，以專題的形式介紹現(xiàn)代生物科學(xué)和技術(shù)中一些重要領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前景。本模塊的核心知識(shí)關(guān)系圖如下:現(xiàn)代生物科技專題基因工程 的誕生蛋白質(zhì)工程基因工程應(yīng)用基因工程的原理及技術(shù)基因工程胚胎工程應(yīng)用胚胎工程理論基礎(chǔ)動(dòng)物胚胎發(fā)育基本過程胚胎干細(xì)胞移植胚胎工程植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物體細(xì)胞核移植細(xì)胞工程應(yīng)用細(xì)胞融合與單克隆抗體細(xì)胞工程生態(tài)工程原理生態(tài)工程實(shí)例生態(tài)工程生態(tài)工程建設(shè)轉(zhuǎn)基因生物 的安全性生物技術(shù)中的倫理問題生物武器對(duì)人類的威脅根據(jù)“課程標(biāo)準(zhǔn)”，選修3的內(nèi)容及其教學(xué)目標(biāo)如下表：關(guān)注生態(tài)工程的建設(shè)關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題討論生物技術(shù)中的倫理問題舉例說出生態(tài)工程的實(shí)例簡(jiǎn)述生態(tài)工程的原理舉例說出生物武器對(duì)人類的威脅舉例說出胚胎工程的應(yīng)用舉例說出胚胎干細(xì)胞的移植簡(jiǎn)述胚胎工程的理論基礎(chǔ)簡(jiǎn)述動(dòng)物胚胎發(fā)育的基本過程舉例說出細(xì)胞融合與單克隆抗體簡(jiǎn)述動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆簡(jiǎn)述植物的組織培養(yǎng)簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程舉例說出基因工程的應(yīng)用簡(jiǎn)述基因工程的原理及技術(shù)簡(jiǎn)述基因工程的誕生關(guān)注 生態(tài)工程（建設(shè)）17關(guān)注 轉(zhuǎn)基因生物（安全性問題）情感216討論 生物技術(shù)（倫理問題）（基因工程、克隆、干細(xì)胞、生物武器）情感115舉例說出 生態(tài)工程（實(shí)例）14簡(jiǎn)述 生態(tài)工程（概念、原理）13舉例說出 生物武器（危害）12舉例說出 胚胎工程（應(yīng)用）11舉例說出 胚胎干細(xì)胞（概念、移植）10簡(jiǎn)述 胚胎工程（概念、理論基礎(chǔ)）9簡(jiǎn)述 動(dòng)物胚胎發(fā)育（基本過程）8舉例說出 細(xì)胞融合（方法） 單克隆抗體7簡(jiǎn)述 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)（過程） 核移植和體細(xì)胞克隆6簡(jiǎn)述 植物組織培養(yǎng)（概念、一般過程）5簡(jiǎn)述 蛋白質(zhì)工程（概念）4舉例說出 基因工程的（應(yīng)用、動(dòng)、植物） 3簡(jiǎn)述 基因工程的原理 技術(shù)（工具、技術(shù)環(huán)節(jié)）2簡(jiǎn)述 基因工程（概念） 誕生（主要事件）知識(shí)11上表小結(jié)如下：2114選修3(17)情感（內(nèi)化）情感（認(rèn)同）情感（經(jīng)歷）技能（獨(dú)立）技能（模仿）知識(shí)（應(yīng)用）知識(shí)（理解）知識(shí)（了解）可以看出，本模塊的知識(shí)性目標(biāo)以了解水平為主，情感性目標(biāo)以經(jīng)歷（感受）水平為主，技能性目標(biāo)體現(xiàn)在活動(dòng)建議中，主要是調(diào)查、資料收集和處理以及實(shí)踐操作等。鑒于課程標(biāo)準(zhǔn)中的目標(biāo)要求大多是了解水平，教學(xué)中要避免教學(xué)內(nèi)容過深過專。二、教學(xué)建議課程標(biāo)準(zhǔn)提出了七條教學(xué)建議深化對(duì)課程理念的認(rèn)識(shí)、全面落實(shí)課程目標(biāo)、組織好探究性學(xué)習(xí)、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)踐活動(dòng)的教學(xué)、注意學(xué)科間的聯(lián)系、注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)。這七條建議十分重要，適用于高中生物課程的所有模塊。對(duì)這七條教學(xué)建議的具體內(nèi)容，這里不再重復(fù)，我只是提出教學(xué)過程中的一些體會(huì)，供老師們參考。（1）鑒于課程標(biāo)準(zhǔn)中要求大多是了解水平，教學(xué)中要避免講得過深過專。（2）重視現(xiàn)代生物科技的基本概念和原理的教學(xué)，避免變成泛泛的科普介紹。如基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、胚胎工程和生態(tài)工程的基本概念和原理等。（3）有些內(nèi)容較難理解，教師要想辦法將這些內(nèi)容深入淺出、通俗生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)生。如結(jié)合教材中“重組DNA分子的模擬制作”，幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解限制酶的切割部位和DNA連接酶的連接部位，理解兩種酶的作用。（4）注意建立起各模塊相關(guān)知識(shí)間的聯(lián)系，以達(dá)到知識(shí)的融匯貫通、加強(qiáng)知識(shí)的理解與應(yīng)用。例如在結(jié)合細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞的全能性和分化、基因突變及其他變異在育種中的應(yīng)用以及內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)等知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)胞工程的學(xué)習(xí)。（5）在教學(xué)中，要注意不同知識(shí)的比較與綜合。例如比較DNA聚合酶和DNA連接酶的異同；分析基因工程與蛋白質(zhì)工程的差異；細(xì)胞工程中植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交的區(qū)別與聯(lián)系，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆的區(qū)別與聯(lián)系，植物組織培養(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)條件的區(qū)別；胚胎工程中精子和卵子的產(chǎn)生過程的比較等。（6）充分利用活的教學(xué)資源和多媒體的教學(xué)手段?；畹慕虒W(xué)資源是指實(shí)際生活中的鮮活事例。如以1999年4月23日，在廣州中山醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院出生一健康試管女嬰的資料，引入“體外受精和早期胚胎培養(yǎng)”的學(xué)習(xí)。利用多媒體展示圖片、播放有關(guān)的影像資料和一些動(dòng)態(tài)的操作過程。例如播放植物組織培養(yǎng)過程的錄像；在教學(xué)“利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因”這部分內(nèi)容時(shí)，結(jié)合PCR動(dòng)畫讓學(xué)生回憶選修1學(xué)過的PCR反應(yīng)原理。（7）要積極引導(dǎo)和組織學(xué)生查閱有關(guān)資料，圍繞生物科技與生活實(shí)際的關(guān)系，組織好資料搜集分析、討論和辯論等活動(dòng)；并指導(dǎo)學(xué)習(xí)撰寫綜述報(bào)告12篇；同時(shí)通過科學(xué)實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)中的情感目標(biāo)。 （8）要結(jié)合高考要求，強(qiáng)化有效訓(xùn)練和階段性考試?？梢詮母鞣N資源中精選習(xí)題，或者改編、自編。這些習(xí)題必須包括知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，而且應(yīng)該理論聯(lián)系實(shí)際，以提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。以下是我對(duì)各個(gè)專題的教學(xué)策略和教學(xué)活動(dòng)的建議：1 基因工程必修課有關(guān)基因工程的知識(shí)為本專題的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)，其中基因工程的原理及其操作程序、基因工程的應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程的原理是本專題教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。教學(xué)中要重視設(shè)計(jì)問題情境，積極引導(dǎo)學(xué)生在思索中學(xué)習(xí)新知識(shí)。例如，在學(xué)習(xí)載體必須具備的條件時(shí)，設(shè)置“假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將怎樣？” “作為載體沒有切割位點(diǎn)會(huì)怎樣？” “你怎么知道目的基因是否進(jìn)入了受體細(xì)胞？”等問題，引入該部分知識(shí)的學(xué)習(xí)。這樣，比采用直白的講授更有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并幫助學(xué)生理解載體必須具備的條件。在分析基因工程表達(dá)產(chǎn)物時(shí)，可通過天然蛋白質(zhì)是不同生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要等問題，分析蛋白質(zhì)工程的誕生及原理。其次，要重視與學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系。例如理解兩種工具酶的作用，必須重溫DNA的結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制等基礎(chǔ)知識(shí)（展示以前課件中的相關(guān)圖片和動(dòng)畫），并比較DNA聚合酶和DNA連接酶有何相同和不同點(diǎn)。學(xué)習(xí)基因工程的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)聯(lián)系基因控制性狀的過程，聯(lián)系抗原、抗體、激素、某些營(yíng)養(yǎng)品的化學(xué)本質(zhì)及功能。在教學(xué)“利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因”這部分內(nèi)容時(shí)，讓學(xué)生回憶選修1學(xué)過的PCR反應(yīng)原理，并結(jié)合動(dòng)畫進(jìn)行補(bǔ)充講解。蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸和發(fā)展，教學(xué)中應(yīng)重視分析基因工程與蛋白質(zhì)工程的差異，結(jié)合蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)的合成等基礎(chǔ)知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)蛋白質(zhì)工程原理的理解。教師要加強(qiáng)教學(xué)媒體（插圖、動(dòng)畫等）的運(yùn)用，結(jié)合教材中的模擬制作，準(zhǔn)確理解限制酶的切割部位和DNA連接酶的連接部位，理解兩種酶的作用；緊密結(jié)合質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖，便于學(xué)生直觀地掌握理解，也更容易學(xué)習(xí)第二節(jié)中構(gòu)建載體的有關(guān)內(nèi)容。利用多媒體教學(xué)課件，展示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性與特異性等。此外，要重視本專題與生產(chǎn)生活實(shí)際的聯(lián)系，關(guān)注基因工程的發(fā)展。在介紹基因工程的應(yīng)用時(shí)，通過收集資料和小組討論等活動(dòng)，既加深了基因工程的操作程序及其應(yīng)用的理解，又提高學(xué)生收集和處理信息、合作學(xué)習(xí)的能力。2細(xì)胞工程本專題內(nèi)容是從細(xì)胞水平了解植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程兩個(gè)方面。細(xì)胞工程看似抽象、神奇，但其實(shí)生活中從各種媒介可以看到相關(guān)的介紹，比如“克隆”算是家喻戶曉的了。本專題的學(xué)習(xí)是在必修中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞的全能性和分化、基因突變及其他變異在育種中的應(yīng)用以及內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)等知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。教學(xué)中要重視設(shè)計(jì)問題情境或以實(shí)例激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)導(dǎo)入新內(nèi)容的學(xué)習(xí)。例如，可用教材中的菊花圖和問題“為什么用菊花的一個(gè)花瓣就可以培育出菊花呢？”引入細(xì)胞的全能性及其分化，并在學(xué)生回顧這部分知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行講解。再如設(shè)問：“菊花的花瓣要長(zhǎng)成一株完整的菊花植株，應(yīng)該如何操作呢?”結(jié)合實(shí)驗(yàn)和已學(xué)知識(shí)引入植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在教學(xué)中，要注意不同知識(shí)的比較與綜合，如植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交的區(qū)別與聯(lián)系，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克隆的區(qū)別與聯(lián)系，植物組織培養(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)條件的區(qū)別等。對(duì)克隆技術(shù)的原理不必拓展得過深，對(duì)克隆技術(shù)的操作不必介紹得過細(xì)。教師可通過設(shè)計(jì)啟發(fā)性問題來引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行技術(shù)流程的學(xué)習(xí)，做到擴(kuò)展和深化。如“植物組織培養(yǎng)技術(shù)”的教學(xué)，展示必修中胡蘿卜細(xì)胞組織培養(yǎng)的示意圖和文字流程，同時(shí)提出問題（1）植物細(xì)胞表現(xiàn)全能性的必要條件是什么？（2）離體的器官、組織或細(xì)胞如果不進(jìn)行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整的植株？（3）決定植物細(xì)胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？（4）在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么要進(jìn)行一序列的消毒、滅菌，并且要求無(wú)菌操作？如何進(jìn)行消毒、滅菌？（5）脫分化和再分化需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和光照條件有何異同？為什么？（6）移栽時(shí)還需要加有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)嗎？為什么？（7）表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性的階段是什么？這些問題引導(dǎo)學(xué)生在原有知識(shí)基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的思考。再例如“植物體細(xì)胞雜交技術(shù)”的教學(xué)，可提出問題（1）兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞進(jìn)行融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去壁方法呢？（聯(lián)系酶的專一性）（3）兩個(gè)來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合，下一部該如何處理？（4）誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法有哪些？(5) 原生質(zhì)體和原生質(zhì)層的區(qū)別？（6）如何將雜種細(xì)胞培育成植株？（7）雜種植株已不是原有物種，那么它屬于哪種變異類型？此外，動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)也是利用類似的方法進(jìn)行教與學(xué)。教師要充分利用相關(guān)科學(xué)史，實(shí)現(xiàn)教學(xué)中的情感目標(biāo)。例如，可布置學(xué)生搜集有關(guān)動(dòng)物體細(xì)胞核移植進(jìn)行克隆動(dòng)物的歷史、成果，以及克隆動(dòng)物的安全性和倫理性問題等資料，課堂上進(jìn)行交流。通過科學(xué)實(shí)例，拓展學(xué)生的視野，激發(fā)求知熱情，從中得到啟迪而產(chǎn)生科學(xué)暢想，并進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力等。3 胚胎工程本專題是在動(dòng)物生殖與發(fā)育的基礎(chǔ)上，了解動(dòng)物早期胚胎發(fā)育的規(guī)律，理解胚胎工程的操作流程，關(guān)注胚胎工程在生物學(xué)基礎(chǔ)研究、醫(yī)療、畜牧業(yè)等方面的應(yīng)用及其發(fā)展前景，關(guān)注胚胎干細(xì)胞的研究對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的影響。這部分內(nèi)容對(duì)教師和學(xué)生來說比較陌生，因此教師要注重從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其中第一節(jié)是學(xué)習(xí)本專題的基礎(chǔ)，教師要重點(diǎn)闡述精子和卵的發(fā)生過程、受精過程；對(duì)哺乳動(dòng)物的早期胚胎發(fā)育，教師不僅要簡(jiǎn)述其過程，更要突出卵裂期的特點(diǎn)（包括細(xì)胞分裂方式、細(xì)胞總體積的變化、每個(gè)細(xì)胞體積變化、細(xì)胞內(nèi)總DNA量變化和有機(jī)物總量的變化等）、桑椹胚細(xì)胞的全能性以及囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的分化能力。至于第二節(jié)的學(xué)習(xí)，我是以一則試管嬰兒的資料引入，并讓學(xué)生根據(jù)資料思考有關(guān)問題，接著便很自然地引入體外受精的學(xué)習(xí)。本節(jié)內(nèi)容圖文并茂，可以讓學(xué)生通過閱讀來知記，教師只需做簡(jiǎn)單的說明和總結(jié)。有關(guān)第三節(jié)的教學(xué)，是在第二節(jié)的基礎(chǔ)上，以問題：“當(dāng)我們?cè)隗w外獲得了早期胚胎,下一步應(yīng)怎樣做才能得到幼體呢?”引入，結(jié)合教材插圖介紹胚胎移植的定義、現(xiàn)狀和意義；結(jié)合教材討論題幫助學(xué)生理解胚胎移植的生理學(xué)基礎(chǔ)。關(guān)于胚胎分割的教學(xué)，讓學(xué)生閱讀教材后討論問題，如（1）什么是胚胎分割？（2）來自同一胚胎的后代性狀一樣嗎？為什么？（3）對(duì)囊胚進(jìn)行分割要注意什么？為什么？（4）為什么說胚胎分割技術(shù)也是動(dòng)物克隆方法之一?最后，讓學(xué)生在閱讀教材的基礎(chǔ)上，通過各種媒介收集有關(guān)胚胎干細(xì)胞的資料（課后完成），在課堂上以小組形式進(jìn)行匯報(bào)和交流。4 生物技術(shù)的安全性和倫理問題本部分內(nèi)容的教學(xué)目的是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，了解當(dāng)今社會(huì)有關(guān)生物技術(shù)的安全性和倫理等熱點(diǎn)問題，并引領(lǐng)他們科學(xué)地、理性地看待這一問題。在教學(xué)“關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物安全問題”的內(nèi)容時(shí)，教師可通過組織學(xué)生收集資料、討論和交流等活動(dòng)，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)和了解轉(zhuǎn)基因生物安全性問題的重要性和復(fù)雜性。關(guān)于“生物技術(shù)中的倫理問題”的教學(xué)處理與第一節(jié)類似。對(duì)“禁止生物武器”等內(nèi)容，教師可以播放與生物武器有關(guān)的影像資料，并利用教材插圖或其他資料，讓學(xué)生了解生物武器的種類及其給人類帶來的威脅，從而形成堅(jiān)決禁止生物武器的明確而鑒定的態(tài)度。5 生態(tài)工程本專題的教學(xué)，教師可以組織學(xué)生調(diào)查當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)工