《基因工程的基本操作程序》（第1課時）公開課教案

6/6《基因工程的基本操作程序（第1課時）》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析本節(jié)課是人教版新課標(biāo)高中生物選修3《現(xiàn)代生物科技專題》專題1基因工程中第二節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)是《基因工程》專題的核心，上承《DNA重組技術(shù)的基本工具》一節(jié)，下接《基因工程的應(yīng)用》。對于基因工程，學(xué)生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為此，教材中采用形象化得呈現(xiàn)方式簡述了基因工程基本操作程序的四個步驟。例如，基因文庫中把基因組文庫比作國家圖書館，而把cDNA文庫比作某市圖書館，這樣便于學(xué)生理解和掌握。此外，在教材處理中還呈現(xiàn)主干，割舍枝杈，將非主干內(nèi)容以《生物技術(shù)資料卡》、《拓展視野》等方式呈現(xiàn)，做到有主有次。二、學(xué)情分析學(xué)生經(jīng)過上一節(jié)的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用及基因工程載體所需條件等知識，具備學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序一節(jié)的基礎(chǔ)；而且經(jīng)過一年必修教材的學(xué)習(xí)，學(xué)生的生物基礎(chǔ)知識較扎實(shí)，思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性已初步建立。但基因工程一節(jié)對學(xué)生來說難點(diǎn)較多，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。因此在教學(xué)過程中，應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時加強(qiáng)學(xué)生解決問題和運(yùn)用概念圖等生物學(xué)語言歸納結(jié)論等方面的能力。教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能：1、簡述基因工程的基本操作步驟。2、了解獲取目的基因方法。3、了解基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程及基因表達(dá)載體的組成。（二）過程與方法：1、通過討論、進(jìn)展追蹤等活動，提高收集資料、處理資料、提取關(guān)鍵信息的能力。2、嘗試運(yùn)用基因工程的原理，提出解決某一實(shí)際問題的方案。（三）情感態(tài)度與價值觀：1、初步形成生物體的結(jié)構(gòu)與功能、局部與整體、多樣性與共同性相統(tǒng)一的觀點(diǎn)。樹立辯證唯物主義自然觀，逐步形成科學(xué)的世界觀。2、關(guān)注基因工程的過程，體會科學(xué)探究的艱辛以及科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。3、認(rèn)識生物科學(xué)的價值，樂于學(xué)習(xí)生物科學(xué)，初步養(yǎng)成質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新及勇于實(shí)踐的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。四、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：簡述基因工程的基本操作前兩個步驟。2、了解獲取目的基因方法。3、了解基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程及基因表達(dá)載體的組成。教學(xué)難點(diǎn)：1．了解獲取目的基因方法。2．了解基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程及基因表達(dá)載體的組成。五、教學(xué)方法：采用從“整體-部分-整體”的教學(xué)思路，首先引用基因工程案例使學(xué)生從整體上了解基因工程的四個步驟，其次采用分步探究的形式幫助學(xué)生理解各個步驟的原理、方法和過程，最后教師引導(dǎo)學(xué)生用概念圖將所學(xué)的知識從整體上再次整合。六、教學(xué)實(shí)施程序?qū)胄抡n同學(xué)們，你們見過會發(fā)光的兔子嗎？今天我們就來見識一下。這個視頻中有一個小錯誤，誰來說一說？漂亮的熒光兔，自然界中存在嗎？它是基因工程的產(chǎn)物。具體是如何獲得的呢，我們來學(xué)習(xí)今天的內(nèi)容。板書題目基因工程的基本操作程序回顧舊知回憶基因工程需要哪些工具？限制酶、DNA連接酶、運(yùn)載體。必修二學(xué)習(xí)了基因工程的四部曲：目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定今天我們來詳細(xì)學(xué)習(xí)一下前兩步。板書一、目的基因的獲取目的基因主要是指編碼蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有調(diào)控作用的因子。比如抗蟲基因，還有植物的抗?。共《?、抗細(xì)菌）基因、熒光蛋白基因等。請同學(xué)們快速瀏覽課本9-11頁，找出獲取目的基因的方法有哪些？板書1、從基因文庫中獲取目的基因請同學(xué)們閱讀教材P8~P9頁，完成自主學(xué)習(xí)1的內(nèi)容1分鐘1、基因文庫的定義2、基因文庫的種類3、如何從基因文庫中獲得目的基因？時間到，請一個小組同學(xué)交流一下學(xué)習(xí)結(jié)果，另一個小組補(bǔ)充，突破難點(diǎn)師講解：如何構(gòu)建一個基因文庫呢？我們先來看一個視頻。師：將某種生物的全部DNA提取出來，選用適當(dāng)?shù)南拗泼?，將DNA切成一定范圍大小的DNA片段，然后將這些DNA片段分別與運(yùn)載體連接起來，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存。每個受體菌都含有不同的DNA片段，也就是說這個群體中包含了這種生物的所有基因，叫做這種生物的基因組文庫。隨著受體菌的增殖，目的基因也進(jìn)行擴(kuò)增。接下來請同學(xué)們總結(jié)出構(gòu)建基因組文庫的過程。提取某種生物的全部DNA→用適當(dāng)?shù)南拗泼盖懈睢玫皆S多DNA片段，與載體連接→侵染大腸桿菌→建立基因組文庫。合作探究1請同學(xué)們對照基因組文庫的構(gòu)建過程，結(jié)合生物技術(shù)資料卡，小組討論構(gòu)建cDNA文庫的過程？時間到，請小組成員匯報你們的探究結(jié)果，接下來請一個小組的兩個成員上來演示一下構(gòu)建過程，其他同學(xué)認(rèn)真觀察，質(zhì)疑。從構(gòu)建基因文庫可以得到目的基因，但是目的基因的數(shù)目較少，如何得到大量的目的基因呢？板書2、利用PCR擴(kuò)增目的基因。自主學(xué)習(xí)2請同學(xué)們閱讀課本文字，結(jié)合插圖找出PCR技術(shù)的定義，原理，反應(yīng)條件（9）觀看PCR過程動畫，質(zhì)疑：PCR擴(kuò)增的過程注意溫度的變化目的基因DNA受熱變性后解鏈為單鏈，引物與單鏈相應(yīng)互補(bǔ)序列結(jié)合，然后在DNA聚合酶作用下進(jìn)行延伸，如此重復(fù)循環(huán)多次。目的基因以指數(shù)形式擴(kuò)增。DNA聚合酶有什么特點(diǎn)？耐高溫合作探究2列表比較利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制的異同如果目的基因核苷酸序列已知，又比較小，還可以通過DNA合成儀人工合成。板書3人工合成通過以上方法獲得目的基因，能不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞呢？不能，單獨(dú)DNA片段可能被受體細(xì)胞中的DNA酶水解，所以要構(gòu)建基因表達(dá)載體探究新知板書二、基因表達(dá)載體的構(gòu)建也是基因工程的核心提問：回憶載體需要具備的條件a能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定的保存，并能夠復(fù)制（復(fù)制原點(diǎn)，控制復(fù)制的起點(diǎn)）b具有一個至多個限制酶切點(diǎn)（目的基因的插入）c具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測和篩選d對宿主細(xì)胞無害根據(jù)學(xué)生回答引出基因表達(dá)載體也應(yīng)具備復(fù)制原點(diǎn)、標(biāo)記基因等條件，進(jìn)一步明確基因表達(dá)載體最終要表達(dá)出人類所需的蛋白質(zhì)產(chǎn)物基因表達(dá)載體只包括這三部分行不行呢？展示資料，不能表達(dá)的抗蟲棉基因質(zhì)疑：如果要實(shí)現(xiàn)目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并成功表達(dá)，基因表達(dá)載體還需哪些元件？啟動子終止子講解啟動子終止子的作用總結(jié)基因表達(dá)載體構(gòu)成，并說明各個元件的作用復(fù)制原點(diǎn)：控制復(fù)制起始的位點(diǎn)；抗性基因：檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞；多個限制酶切點(diǎn)：目的基因插入；啟動子：位于基因首端；是RNA聚合酶識別和結(jié)合位點(diǎn)，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得蛋白質(zhì)；終止子：轉(zhuǎn)錄在所需地方停下來基因表達(dá)載體只有具備這5部分才能實(shí)現(xiàn)目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且遺傳給下一代，使目的基因表達(dá)和發(fā)揮作用。所以這一步也是基因工程的核心步驟?！竞献魈骄?】1、試著畫出完整的基因表達(dá)載體學(xué)生利用白板拼圖2、簡述構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程學(xué)生在白板上補(bǔ)充完整【小結(jié)】請學(xué)生總結(jié)這節(jié)課學(xué)習(xí)了哪些內(nèi)容?；蛭膸斓臉?gòu)建，PCR的過程是本節(jié)課的難點(diǎn)，基因表達(dá)載體的構(gòu)建是重點(diǎn)也是核心，就像我們做事情要有始有終一樣。目的基因的正常表達(dá)要有啟動子、終止子，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能的相適應(yīng)。【達(dá)標(biāo)檢測】【課后作業(yè)】作業(yè)完成名師的課后作業(yè)思考1：為什么要構(gòu)建基因文庫？直接從含目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎？思考2：將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡單嗎？如果這么做，結(jié)果會怎樣？請同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱資料，找出答案，在班級qq群里交流討論。教學(xué)評價1/天然的玫瑰沒有藍(lán)色花，這是由于缺少控制藍(lán)色色素合成的基因B，而開藍(lán)色花的矮牽牛中存在序列已知的基因B?，F(xiàn)用基因工程技術(shù)培育藍(lán)玫瑰，下列操作正確的是（）A.提取矮牽牛藍(lán)色花的mRNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得互補(bǔ)DNA，再擴(kuò)增基因BB.利用限制性核酸內(nèi)切酶從開藍(lán)色花矮牽牛的基因文庫中獲取基因BC.利用DNA聚合酶將基因B與質(zhì)粒連接后導(dǎo)入玫瑰細(xì)胞D.將基因B直接導(dǎo)入大腸桿菌，然后感染并轉(zhuǎn)入玫瑰細(xì)胞2、下列有關(guān)PCR過程的敘述中不正確的是（）A．變性過程中破壞的是DNA分子內(nèi)堿基對之間的氫鍵，也可利用解旋酶實(shí)現(xiàn)B．復(fù)性過程中引物與DNA模板鏈的結(jié)合是依靠堿基互補(bǔ)配對原則完成C．延伸過程中需要DNA聚合酶、ATP、四種核糖核苷酸D．PCR與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制相比所需要酶的最適溫度較高3、嗜熱土壤芽胞桿菌產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶（BglB）是一種耐熱纖維素酶，為使其在工業(yè)生產(chǎn)中更好地應(yīng)用，開展了以下試驗(yàn)：Ⅰ.利用大腸桿菌表達(dá)BglB酶（1）PCR擴(kuò)增bglB基因時，選用基因組DNA作模板。（2）右圖為質(zhì)粒限制酶酶切圖譜。bglB基因不含圖中限制酶識別序列。為使PCR擴(kuò)增的bglB基因重組進(jìn)該質(zhì)粒，擴(kuò)增的bglB基因兩端需分別引入和不同限制酶的識別序列。（3）大腸桿菌不能降解纖維素，但轉(zhuǎn)入上述建構(gòu)好的表達(dá)載體后則獲得了降解纖維素的能力，這是因?yàn)?。八、教學(xué)反思對于基因工程，學(xué)生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，巧妙運(yùn)用插圖及多媒體技術(shù)，化“抽象”為“形象”，把知識顯性化、可視化，實(shí)現(xiàn)新課程有效教與學(xué)的策略。首先，通過實(shí)例視頻導(dǎo)入新課，激發(fā)興趣。如在講授如何構(gòu)建基因文庫時，通過自制視頻動畫，結(jié)合圖文提出相應(yīng)問題，誘導(dǎo)學(xué)生思考，從而把學(xué)習(xí)的注意力從簡單的死記硬背引導(dǎo)到分析、批判、創(chuàng)新等有利于學(xué)生終身發(fā)展的能力上來。在介紹PCR技術(shù)時，利用圖像