高中生物 1.1《DNA重組技術基本工具》教學設計 新人教版選修3

1、1.1 DNA重組技術基本工具 教學設計設計思路 1指導思想：“DNA重組技術的基本工具”這節(jié)課位于人教版高中生物選修三第一專題第一節(jié)第二課時。基因工程是現(xiàn)代生物技術的核心內容，通過模擬DNA重組過程，將具體的操作程序有機聯(lián)系起來，加深對這一程序的理解，有利于提高學生的認知水平和接受能力。2理論依據：布魯納“學科基本結構”理論，表現(xiàn)方式有效性原則；模擬探究教學法；問題生成法。3.設計特色：針對重點難點對教學內容進行結構化處理，并與基因工程的實際操作練習起來；在模擬探究的過程中不斷生成問題，引導學生依據載體的特點，按照相似性原理，選擇和建立模型，進而對模型進行“剪”與“連”等操作，并分析操作結果

2、。教學分析1教材分析重點：DNA重組技術的三種基本工具難點：載體的特點及應用2學情分析通過上一節(jié)課的學習，學生們已初步掌握了“DNA重組技術的基本工具”有哪些，其作用是什么。但這些基本工具在實際應用中如何發(fā)揮作用，是非常抽象的內容，僅僅靠學生的想象，很難真正理解并融會貫通；同時，中學生的心理發(fā)育特點，決定了他們更樂于通過實際動手操作來解決遇到的問題，同時對自己新發(fā)現(xiàn)的問題有更加強烈的探究欲望。3教學條件分析對于本節(jié)課的教學設計而言，需要如下教學條件：電腦，投影儀，彩色復印紙，剪刀，雙面膠。幾乎所有省市級示范高中學校的教學條件都可以滿足本節(jié)課的要求教學目標簡述基因工程原理及基本操作程序掌握基因工

3、程基本操作程序的四個步驟通過動手操作、小組合作，提高學生自主學習及合作探究的能力。教學策略與手段教學模式：探究式教學，通過創(chuàng)設問題情境，在分析問題、解決問題的過程中不斷生成一系列新的問題，培養(yǎng)學生的自學能力，以及探究和思維能力。教學策略：利用教學多媒體，自制教具，使抽象的問題形象化，引導學生自主動手操作，解決每一程序中的技術難點和重點。教學手段：PPT，自制教具，投影儀等綜合教學輔助工具。本節(jié)課模擬探究的是載體與目的基因的連接，所以將教材提供的堿基序列加以調整，用彩色打印紙打印，如圖： 然后粘貼出環(huán)狀DNA和鏈狀DNA，同時提供剪刀、膠帶，如圖： 教學過程：（一）回顧舊知，

4、引入新課教師的組織和引導學生活動教學意圖利用多媒體展示多種轉基因產品。通過展示讓學生回憶上節(jié)課學過，基因工程需要哪些特殊工具？呈現(xiàn)：三種不同的工具，載體的四個特點。提出問題：在實際操作過程中，載體的這些特點是否能滿足實際需求呢？學生回憶并回答，補充。學生思考并討論。   通過活動，調動學生的學習興趣，導入課題。  引出本節(jié)課的重點：DNA重組技術的模擬操作。 通過回顧舊知，創(chuàng)設問題情境，確立本節(jié)課的重點，并激發(fā)學生的探究欲望。（二）模擬重組，講授新課教師活動學生活動設計意圖利用PPT給學生分別呈現(xiàn)限制性核酸內切酶EcoRI，BamHI識別的堿基

5、序列和酶切位點，酶切過程以及DNA連接酶的作用位點。(見附圖1) 給學生分發(fā)教具：每組發(fā)兩個帶堿基序列的環(huán)狀DNA，兩張鏈狀DNA，（且四個DNA上僅有EcoRI的酶切位點），剪刀，膠帶。（見附圖2） 學生首先動手模擬得到EcoRI酶切后的載體和目的基因。（見附圖3）讓學生觀察并思考：如果條件充分，此時我們得到的目的基因和載體是否能夠成功連接？繼續(xù)提出問題：將多個EcoRI酶切后的載體與目的基因混合后，加入DNA連接酶，其連接產物可能有哪些種？請大家嘗試操作。（操作結果見附圖4） 提出第二個問題：為什么會出現(xiàn)這么多種連接產物呢？（見附圖5，附圖6） 各小

6、組挑出本組制作的載體與目的基因連接后的重組DNA，互相觀察并比較是否有不同。（見附圖7） 提出第三個問題：我們如何解決目的基因定向插入這個問題呢？在這個過程中提醒學生：載體的特點之一是有多個不同的酶切位點。 分發(fā)另一套材料，每組兩個環(huán)狀DNA，兩個鏈狀DNA（都帶EcoRI，BamHI兩種酶切序列），讓學生再次模擬操作。（見附圖8）（見附圖9）給學生展示PPT，通過圖片和視頻使學生發(fā)現(xiàn)載體的特點中除有多個酶切位點外，還攜帶有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），標記基因可以參與鑒別受體細胞中是否含有目的基因。（見附圖10） 提出第四個問題：前面操作中，載體與載體重組得

7、到的DNA，載體與目的基因重組得到的DNA上都有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），如何篩選出含目的基因的重組DNA呢？（這個問題難度較高，適合能力較強的同學）如果學生未得到準確的結論，提示他們：在基因工程的實際操作中，科學家選擇的載體往往含兩個或更多的標記基因。利用PPT呈現(xiàn)：環(huán)狀DNA載體以及上面的兩個標記基因。（見附圖11）學生觀察。學生動手操作，模擬重組DNA，探究載體的特點。  思考，討論，得出結論。思考，討論，動手操作，得出結論。學生們除得到載體與目的基因之間的連接外，還有載體與載體之間的連接，目的基因與目的基因之間的連接，以及載體自身環(huán)化，和目的基因自身環(huán)化等。

8、其中載體及目的基因的自身環(huán)化是干擾重組的常見因素。 思考，討論。學生們觀察，討論后提出，一種限制性核酸內切酶切割后產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。在這些連接產物中，我們需要的是載體與目的基因連接而成的重組DNA。觀察比較。 學生討論。 模擬操作。 剪切后，學生們觀察發(fā)現(xiàn)，兩種限制酶切割產生的黏性末端是不同的，雖然載體與載體間，目的基因與目的基因間仍會連接，但載體及目的基因自身環(huán)化問題得到解決，根據堿基互補配對原則，目的基因與載體連接的方向是唯一的。這樣，通過模擬操作，學生們解決了剛才所提出的問題，得出結論：載體上含有多個酶切位點，

9、利用雙酶切的方法，可以保證目的基因的定向插入，同時還避免了載體及目的基因的自身環(huán)化，提高DNA重組率，實現(xiàn)目的基因的正確轉錄和表達。觀察，思考。學生通過討論，設計，提出如果將一個標記基因放在目的基因的插入位置，當目的基因插入時，這個標記基因將被破壞而無法表達，從而達到篩選的目的。得出結論：僅在青霉素培養(yǎng)基上生長的是含目的基因的受體細胞，在青霉素培養(yǎng)基和四環(huán)素培養(yǎng)基上都能生長的是載體自接的受體細胞。將情景引入到新課讓學生準確理解切割或連接部位。 在實際動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。 通過動手模擬操作，以及思考和討論，使所學知識逐步深入，并把記憶中的知識轉變?yōu)閷嶋H中的能力

10、。 學生通過比較，能夠發(fā)現(xiàn)有的小組目的基因插入方向與別組有不同，從而發(fā)現(xiàn)目的基因不同的插入方向將導致出現(xiàn)不同的基因產物。通過思考，部分學生能夠提出用兩種限制酶切割載體，從而使切口處的黏性末端不同的思路。 通過層層深入的問題，逐步突出重點，突破難點，學生們發(fā)現(xiàn)科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。課堂上的模擬重組可以大大降低空間想象的難度，使抽象的內容直觀化。利用具體直觀的信息媒體使學生對抽象的內容直觀化。  引導學生從基因工程的整體思考問題。 學生通過類比發(fā)現(xiàn)：多個酶切位點，多個標記基因，插入失活的篩選方法是基因工程中的重要設計思路，理解了基因工

11、程中使用的載體往往是人工合成的，并真正懂得了實踐是檢驗真理的唯一標準。（三）、歸納總結，理清脈絡教師活動學生活動設計意圖提問學生，之后用多媒體展示： 1DNA重組所需三種基本工具2載體特點a多酶切位點目的基因定向插入b多標記基因目的基因的篩選思考，討論，回答通過歸納總結回顧剛才的模擬探究過程，加深學生對DNA重組技術的理解，特別是載體的特點及其應用，為教材內容的深化拓展打好基礎。 作業(yè)設計1已知某種限制性內切酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如圖中箭頭所指，如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現(xiàn)在多個上述線性DNA分子

12、，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則從理論上講，經該酶切后，這些線性DNA分子最多能產生長度不同的DNA片段種類數是                      a        b          c 

13、0;          d A3種     B4種       C9種       D 12種2下表為幾種限制性核酸內切酶識別的序列和切割的位點。如圖，已知某DNA在目的基因的兩端1、2、3、4四處有BamH或EcoR或Pst的酶切位點。現(xiàn)用BamH和EcoR兩種酶同時切割該DNA片段（假設所用的酶均可將識別位點完全切開），下列各種酶切位

14、點情況中，可以防止酶切后單個含目的基因的DNA片段自身連接成環(huán)狀的是（     ）A1 為BamH，2為EcoR，3為BamH，4為Pst B1 為EcoR，2為BamH，3為BamH，4為PstC1 為Pst，2為EcoR，3為EcoR，4為BamH D1 為BamH，2為EcoR，3為Pst，4為EcoR 3某質粒上有Sal、Hind、BamH I三種限制酶切割位點，同時還含有抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因。利用此質粒獲得轉基因抗鹽煙草的過程如圖所示，請回答下列問題： 將含有目的基因的DNA與質粒分別用Sal I酶切，酶切產物用_ 催化連接后，兩個DNA片段的連接結果有_種。 構建重組質粒時，應選用_兩種酶對_進行切割，以保證重組DNA序列的唯一性。DNA重組技術基本工具的教學設計附圖 附圖1：附圖2：附圖3： 附圖4：載體與目的基因