專題5 基因工程的操作程序2023-2024學(xué)年新教材高中生物選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（蘇教版2019）

專題5基因工程的操作程序2023-2024學(xué)年新教材高中生物選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（蘇教版2019）主備人備課成員設(shè)計(jì)意圖本章節(jié)旨在通過(guò)深入淺出地解析基因工程的操作程序，幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握基因工程的基本步驟和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合選擇性必修第三冊(cè)高中生物課程內(nèi)容，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力及科學(xué)探究精神。針對(duì)2023-2024學(xué)年新教材特點(diǎn)，本教學(xué)設(shè)計(jì)將引導(dǎo)學(xué)生理解基因工程在現(xiàn)實(shí)生活和生物技術(shù)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)的興趣。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐能力，通過(guò)基因工程操作程序的學(xué)習(xí)，使其能夠運(yùn)用生物學(xué)原理和方法，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的基因工程實(shí)驗(yàn)方案，提高實(shí)驗(yàn)操作技能。同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)其分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感，為未來(lái)從事生物科學(xué)領(lǐng)域工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：基因工程的基本操作步驟，包括目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞以及目的基因的檢測(cè)與鑒定。

難點(diǎn)：基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，以及目的基因?qū)氩煌荏w細(xì)胞的方法。

解決辦法：通過(guò)詳細(xì)講解和案例分析，使用多媒體輔助教學(xué)，展示基因工程操作的動(dòng)態(tài)過(guò)程，幫助學(xué)生形象理解。針對(duì)基因表達(dá)載體的構(gòu)建，可以設(shè)計(jì)互動(dòng)討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與構(gòu)建過(guò)程的討論，加深理解。對(duì)于導(dǎo)入受體細(xì)胞的方法，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示和模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自操作，突破難點(diǎn)，鞏固知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，布置針對(duì)性的練習(xí)題，加強(qiáng)鞏固和反饋。學(xué)具準(zhǔn)備Xxx課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：人手一冊(cè)《高中生物選擇性必修第三冊(cè)》（蘇教版2019）。

2.輔助材料：收集基因工程操作相關(guān)視頻、動(dòng)畫及PPT課件。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備DNA提取試劑盒、限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶、受體細(xì)胞等實(shí)驗(yàn)材料，并檢查實(shí)驗(yàn)器材的完整性與安全性。

4.教室布置：設(shè)置實(shí)驗(yàn)操作區(qū)、討論區(qū)，確保教學(xué)環(huán)境整潔有序。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

-創(chuàng)設(shè)情境：播放一段關(guān)于基因編輯技術(shù)的新聞視頻，讓學(xué)生了解基因工程在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

-提出問(wèn)題：視頻中提到的基因編輯技術(shù)是如何操作的？它對(duì)我們生活有哪些影響？

-學(xué)生思考并回答，教師總結(jié)并引出本節(jié)課主題。

2.講授新課（20分鐘）

-講解基因工程操作的基本步驟：

-目的基因的獲?。?分鐘）：介紹基因克隆、PCR等技術(shù)。

-基因表達(dá)載體的構(gòu)建（5分鐘）：講解質(zhì)粒、噬菌體、病毒等載體的選擇和構(gòu)建過(guò)程。

-將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（5分鐘）：介紹轉(zhuǎn)化、感染等導(dǎo)入方法。

-目的基因的檢測(cè)與鑒定（5分鐘）：講解PCR、酶切、電泳等檢測(cè)方法。

-結(jié)合多媒體資源（PPT、動(dòng)畫等）進(jìn)行講解，確保學(xué)生理解和掌握新知識(shí)。

3.鞏固練習(xí)（10分鐘）

-練習(xí)1（5分鐘）：給出一個(gè)簡(jiǎn)單的基因工程實(shí)驗(yàn)案例，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

-練習(xí)2（5分鐘）：小組討論，分析實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問(wèn)題及解決策略。

-教師選取部分學(xué)生分享答案，并進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。

4.師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（10分鐘）

-提問(wèn)1（3分鐘）：請(qǐng)學(xué)生復(fù)述基因工程操作的基本步驟。

-提問(wèn)2（3分鐘）：針對(duì)某個(gè)具體步驟，讓學(xué)生提出疑問(wèn)，教師解答。

-小組討論（4分鐘）：如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題（如疾病治療、農(nóng)業(yè)改良等）？

-各小組代表分享討論成果，教師點(diǎn)評(píng)并總結(jié)。

5.課堂小結(jié)（5分鐘）

-教師總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)基因工程操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

-強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)際操作中應(yīng)遵循的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

6.作業(yè)布置（5分鐘）

-布置一道關(guān)于基因工程操作的練習(xí)題，要求學(xué)生獨(dú)立完成并上交。

-提醒學(xué)生預(yù)習(xí)下一節(jié)課的內(nèi)容，為深入學(xué)習(xí)基因工程做好鋪墊。

總用時(shí)：45分鐘學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生在本節(jié)課學(xué)習(xí)后，取得了以下幾方面的效果：

1.知識(shí)掌握：學(xué)生能夠熟練掌握基因工程的操作程序，包括目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞以及目的基因的檢測(cè)與鑒定等基本步驟。

2.實(shí)踐能力：通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的基因工程實(shí)驗(yàn)方案，提高實(shí)驗(yàn)操作技能。

3.科學(xué)思維：學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，逐漸形成了科學(xué)思維，能夠分析實(shí)際問(wèn)題，提出解決方案，并運(yùn)用生物學(xué)原理進(jìn)行推理和論證。

4.核心素養(yǎng)：學(xué)生在本節(jié)課中，培養(yǎng)了以下核心素養(yǎng)：

（1）科學(xué)探究與實(shí)踐：學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并從中獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，遵循科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果負(fù)責(zé)。

（3）信息獲取與處理：學(xué)生能夠從教材、多媒體資源等途徑獲取基因工程相關(guān)資料，并進(jìn)行有效處理。

（4）團(tuán)隊(duì)合作與溝通：學(xué)生在小組討論和分享環(huán)節(jié)，積極與他人合作，溝通實(shí)驗(yàn)方案和成果，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

5.創(chuàng)新能力：學(xué)生在本節(jié)課中，不僅掌握了基因工程的基本操作程序，還能夠在實(shí)際應(yīng)用中提出創(chuàng)新性思路，為解決實(shí)際問(wèn)題提供新方法。

6.情感態(tài)度：學(xué)生對(duì)生物學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，對(duì)基因工程在實(shí)際生活中的應(yīng)用充滿好奇，激發(fā)了探索生命科學(xué)的熱情。板書設(shè)計(jì)①基因工程操作基本步驟：

-目的基因的獲取

-基因表達(dá)載體的構(gòu)建

-將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

-目的基因的檢測(cè)與鑒定

②關(guān)鍵概念：

-基因克隆

-質(zhì)粒

-噬菌體

-轉(zhuǎn)化

-感染

-PCR

-酶切

-電泳

③核心句子：

-基因工程是利用生物學(xué)技術(shù)對(duì)生物體基因進(jìn)行操作和改造的過(guò)程。

-目的基因的獲取是基因工程的第一步，關(guān)鍵在于選擇合適的方法。

-基因表達(dá)載體的構(gòu)建是連接目的基因與受體細(xì)胞的重要橋梁。

-將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞需要考慮細(xì)胞類型及導(dǎo)入方法的適用性。

-目的基因的檢測(cè)與鑒定是驗(yàn)證基因工程成功與否的關(guān)鍵步驟。教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：學(xué)生在課堂上的參與度較高，能夠積極回答問(wèn)題，對(duì)基因工程的操作程序表現(xiàn)出濃厚的興趣。在講授新課環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠跟隨教師的講解思路，理解和掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

2.小組討論成果展示：小組討論環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠積極交流，共同探討實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。各小組代表在分享討論成果時(shí)，展示了對(duì)基因工程操作步驟的深入理解和創(chuàng)新性思考。

3.隨堂測(cè)試：隨堂測(cè)試結(jié)果顯示，大部分學(xué)生能夠準(zhǔn)確回答關(guān)于基因工程操作程序的問(wèn)題，表明學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)有了較好的掌握。但仍有少數(shù)學(xué)生對(duì)某些細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)理解不夠深入，需要進(jìn)一步鞏固。

4.作業(yè)完成情況：學(xué)生能夠按時(shí)完成作業(yè)，作業(yè)質(zhì)量較高。通過(guò)作業(yè)，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生在基因工程實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方面有了明顯提高，但個(gè)別學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作步驟的描述上還存在一定的模糊性。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：針對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、小組討論成果、隨堂測(cè)試和作業(yè)完成情況，教師給予以下評(píng)價(jià)與反饋：

（1）對(duì)學(xué)生在課堂上的積極表現(xiàn)給予肯定，鼓勵(lì)他們繼續(xù)參與課堂討論，提高自己的生物學(xué)素養(yǎng)。

（2）對(duì)小組討論成果給予肯定，指出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提出改進(jìn)意見，以便學(xué)生進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)方案。

（3）針對(duì)隨堂測(cè)試結(jié)果，教師對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行分析，對(duì)易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，幫助學(xué)生鞏固理解。

（4）在作業(yè)批改過(guò)程中，教師對(duì)學(xué)生的進(jìn)步給予肯定，對(duì)存在的問(wèn)題提出具體的改進(jìn)建議，幫助學(xué)生提高作業(yè)質(zhì)量。

（5）總體來(lái)說(shuō)，學(xué)生在本節(jié)課中表現(xiàn)良好，對(duì)基因工程操作程序有了較好的掌握。但仍有提升空間，教師將針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況，調(diào)整教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)。課后作業(yè)1.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，利用基因工程技術(shù)將一個(gè)抗病基因?qū)氲剿局?，使其具有抗病性。?qǐng)?jiān)敿?xì)描述實(shí)驗(yàn)步驟及所需材料。

答案：實(shí)驗(yàn)方案如下：

步驟：

（1）獲取目的基因：從已知抗病性植物中提取抗病基因。

（2）構(gòu)建基因表達(dá)載體：將目的基因插入到質(zhì)粒中，構(gòu)建基因表達(dá)載體。

（3）轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞：將構(gòu)建好的基因表達(dá)載體通過(guò)轉(zhuǎn)化方法導(dǎo)入到水稻細(xì)胞中。

（4）篩選轉(zhuǎn)化細(xì)胞：利用選擇性培養(yǎng)基篩選成功轉(zhuǎn)化的水稻細(xì)胞。

（5）轉(zhuǎn)化細(xì)胞再生：將篩選出的轉(zhuǎn)化細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，誘導(dǎo)其再生為完整植株。

所需材料：抗病基因、質(zhì)粒、轉(zhuǎn)化試劑、選擇性培養(yǎng)基、組織培養(yǎng)試劑等。

2.描述基因工程中常用的兩種目的基因獲取方法，并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

答案：兩種常用的目的基因獲取方法如下：

（1）基因克隆：通過(guò)PCR技術(shù)擴(kuò)增目標(biāo)基因片段，然后將其插入到載體中。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、快速，缺點(diǎn)是依賴于已知基因序列。

（2）cDNA文庫(kù)篩選：構(gòu)建含有目標(biāo)基因的cDNA文庫(kù)，然后通過(guò)篩選方法獲取目的基因。優(yōu)點(diǎn)是能夠獲取未知基因，缺點(diǎn)是操作較為復(fù)雜，需要大量的起始材料。

3.解釋基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，并說(shuō)明其在基因工程中的作用。

答案：基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程是將目的基因插入到載體中，使其能夠在受體細(xì)胞中自我復(fù)制和表達(dá)。構(gòu)建過(guò)程一般包括以下步驟：

（1）選擇合適的載體：根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇適合的質(zhì)粒、噬菌體或病毒等載體。

（2）目的基因的插入：通過(guò)限制酶切割載體和目的基因，將目的基因插入到載體中。

（3）載體的自我復(fù)制和表達(dá)：將構(gòu)建好的基因表達(dá)載體導(dǎo)入到受體細(xì)胞中，使其自我復(fù)制并在受體細(xì)胞中表達(dá)目的基因。

基因表達(dá)載體在基因工程中的作用是將目的基因引入受體細(xì)胞，并使其在受體細(xì)胞中穩(wěn)定傳遞和表達(dá)。

4.針對(duì)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的常用方法，進(jìn)行比較并說(shuō)明各自的應(yīng)用場(chǎng)景。

答案：將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的常用方法如下：

（1）農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法：利用農(nóng)桿菌的自然轉(zhuǎn)化特性，將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。適用于大多數(shù)雙子葉植物。

（2）基因槍法：利用高速微粒子將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。適用于難以轉(zhuǎn)化的植物或植物組織。

（3）電轉(zhuǎn)化法：利用電脈沖瞬間打開細(xì)胞膜通道，將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。適用于植物原生質(zhì)體或懸浮細(xì)胞。

應(yīng)用場(chǎng)景：

-農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法適用于大多數(shù)雙子葉植物，如擬南芥、番茄等。

-基因槍法適用于難以轉(zhuǎn)化的植物或植物組織，如小麥、水稻等。

-電轉(zhuǎn)化法適用于植物原生質(zhì)體或懸浮細(xì)胞，如煙草、胡蘿卜等。

5.解釋目的基因檢測(cè)與鑒定的意義，并列舉兩種常用的檢測(cè)方法。

答案：目的基因檢測(cè)與鑒定是驗(yàn)證基因工程成功與否的重要步驟，其意義在于確認(rèn)目的基因是否成功導(dǎo)入受體細(xì)胞，并表達(dá)出預(yù)期的性狀。兩種常用的檢測(cè)方法如下：

（1）PCR檢測(cè)：通過(guò)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因片段，然后進(jìn)行電泳分析，檢測(cè)目的基因是否存在。

（2）酶切檢測(cè)：利用限制酶切割目的基因所在的載體，然后進(jìn)行電泳分析，檢測(cè)目的基因是否正確插入到載體中。教學(xué)反思與改進(jìn)在完成了關(guān)于基因工程操作程序的教學(xué)后，我進(jìn)行了以下反思活動(dòng)，以評(píng)估教學(xué)效果并識(shí)別需要改進(jìn)的地方。

首先，我回顧了學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)。他們積極參與討論，對(duì)基因工程的概念和操作步驟表現(xiàn)出濃厚的興趣。然而，我也注意到在一些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)上，學(xué)生的理解并不深入，比如在基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程中，一些學(xué)生對(duì)于載體的選擇和構(gòu)建方法還存在困惑。

為了更準(zhǔn)確地評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，我設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的課后測(cè)試，讓學(xué)生獨(dú)立完成。測(cè)試結(jié)果顯示，雖然大部分學(xué)生能夠回憶起課堂上的內(nèi)容，但在實(shí)際應(yīng)用方面，比如設(shè)計(jì)一個(gè)具體的基因工程實(shí)驗(yàn)方案，一些學(xué)生仍然感到困難。

基于這些反思，我制定了以下改進(jìn)措施，計(jì)劃在未來(lái)的教學(xué)中實(shí)施：

1.強(qiáng)化關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的講解：在課堂上，我將更多地使用具體案例和圖示來(lái)解釋基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，確保學(xué)生能夠清晰地理解每一步的目的和方法。

2.增加互動(dòng)環(huán)節(jié)：為了提高學(xué)生的參與度，我計(jì)劃在課堂上增加更多的互動(dòng)環(huán)節(jié)，比如小組討論和角色扮演活動(dòng)。這樣不僅能夠讓學(xué)生更加積極地參與到學(xué)習(xí)中，還能夠