《目的基因的表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定》教學(xué)設(shè)計(jì)

《目的基因的表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析1、教材版本與章節(jié)教材采用北師大版（2019）高中選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》，本節(jié)課的內(nèi)容位于第3章基因工程的第三節(jié)基因工程的操作程序中的四、目的基因的表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定。2、教材內(nèi)容主旨這部分內(nèi)容主要講述目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，如何實(shí)現(xiàn)表達(dá)以及對(duì)其表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)和鑒定的方法。這是基因工程操作程序中的重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到基因工程是否成功，也是對(duì)前面所學(xué)基因工程基本原理、工具等知識(shí)的綜合運(yùn)用與延伸。3、教材的地位和作用在整個(gè)基因工程的知識(shí)體系中，目的基因的表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定是關(guān)鍵的一步。它上承目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建和目的基因的導(dǎo)入，下啟基因工程的應(yīng)用和安全性等內(nèi)容。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，能夠更深入地理解基因工程的操作流程，也為后續(xù)學(xué)習(xí)生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。二、學(xué)情分析1、知識(shí)基礎(chǔ)學(xué)生在之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了基因工程的基本工具，如限制酶、DNA連接酶和載體等，也了解了目的基因的獲取方法以及基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，對(duì)基因工程有了初步的認(rèn)識(shí)。但是對(duì)于目的基因在受體細(xì)胞中如何表達(dá)以及如何檢測(cè)和鑒定其表達(dá)產(chǎn)物，學(xué)生還缺乏系統(tǒng)的知識(shí)。2、能力基礎(chǔ)高中學(xué)生已經(jīng)具備了一定的邏輯思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。他們能夠理解一些較為復(fù)雜的生物學(xué)概念和原理，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)操作有著濃厚的興趣。但是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果方面，還需要進(jìn)一步的引導(dǎo)和訓(xùn)練。3、情感態(tài)度基礎(chǔ)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)充滿好奇，對(duì)基因工程在改善人類生活、解決全球性問題等方面有著較高的期待。但是他們也可能對(duì)基因工程的安全性存在一些擔(dān)憂。在教學(xué)過程中，需要引導(dǎo)學(xué)生正確看待基因工程的利弊，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感。三、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)目標(biāo)理解目的基因表達(dá)的基本原理，包括轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。掌握目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)和鑒定的常用方法，如分子水平的核酸分子雜交、抗原抗體雜交以及個(gè)體水平的檢測(cè)方法等。2、能力目標(biāo)通過分析目的基因表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定的實(shí)驗(yàn)案例，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力和邏輯思維能力。讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)鑒定實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)感受基因工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)人類生活和社會(huì)進(jìn)步的巨大影響，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)的興趣和探索欲望。引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)基因工程的安全性問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。四、教學(xué)重難點(diǎn)1、教學(xué)重點(diǎn)目的基因表達(dá)的原理，尤其是轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)和鑒定的方法及其原理，如核酸分子雜交、抗原抗體雜交的原理。2、教學(xué)難點(diǎn)理解核酸分子雜交、抗原抗體雜交等檢測(cè)方法的原理及其操作要點(diǎn)。如何引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)合理的目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)鑒定實(shí)驗(yàn)方案。五、教學(xué)方法1、講授法對(duì)于目的基因表達(dá)的基本原理，如轉(zhuǎn)錄和翻譯的復(fù)雜過程，采用講授法能夠系統(tǒng)、準(zhǔn)確地向?qū)W生傳授知識(shí)。例如，在講解轉(zhuǎn)錄時(shí)，詳細(xì)介紹RNA聚合酶如何識(shí)別啟動(dòng)子、如何以DNA的一條鏈為模板合成mRNA等過程。2、案例分析法通過分析實(shí)際的基因工程案例，如轉(zhuǎn)基因植物中目的基因表達(dá)產(chǎn)物的檢測(cè)，讓學(xué)生更好地理解目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)和鑒定的方法及其意義。例如，在講解轉(zhuǎn)基因抗蟲棉時(shí)，分析如何檢測(cè)棉花中是否表達(dá)了抗蟲蛋白。3、小組討論法在學(xué)習(xí)目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)鑒定的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論。每個(gè)小組可以針對(duì)一個(gè)特定的目的基因，討論并設(shè)計(jì)檢測(cè)其表達(dá)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)方案，然后進(jìn)行小組間的交流和評(píng)價(jià)。這樣可以激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。六、教學(xué)過程（一）導(dǎo)入（5分鐘）1、趣味引入教師：“同學(xué)們，咱們都知道蜘蛛俠被蜘蛛咬了一口后就擁有了超能力。假如現(xiàn)在我們有一個(gè)來自蜘蛛的‘超能力基因’，想把它導(dǎo)入到人類細(xì)胞中，讓人類也擁有蜘蛛的某些能力，那這個(gè)基因?qū)牒笠鯓硬拍馨l(fā)揮作用呢？而且我們?cè)趺粗肋@個(gè)基因真的表達(dá)出我們想要的東西了呢？這就涉及到我們今天要學(xué)習(xí)的目的基因的表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定啦。”2、聯(lián)系時(shí)事教師：“現(xiàn)在基因工程在醫(yī)療領(lǐng)域可是非常熱門呢。就像最近科學(xué)家們?cè)谘芯坑没蚬こ痰姆椒▉碇委熌承┻z傳疾病，他們把正常的目的基因?qū)牖颊呒?xì)胞中，但是要想知道治療有沒有效果，就得看這個(gè)目的基因是不是正確表達(dá)了。比如說，有一種基因療法是針對(duì)先天性失明的，科學(xué)家把能讓眼睛正常感光的目的基因?qū)牖颊叩难鄄考?xì)胞，那怎么知道這個(gè)基因表達(dá)出感光蛋白了呢？這就是我們今天要一起探索的問題哦?！保ǘ┬抡n講授（30分鐘）1、目的基因的表達(dá)（10分鐘）教師：“同學(xué)們，目的基因要表達(dá)首先得進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。這個(gè)過程就像是照著菜譜做菜，DNA就是菜譜，RNA聚合酶就是廚師。RNA聚合酶找到DNA上目的基因的啟動(dòng)子這個(gè)‘起始信號(hào)’，然后以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成mRNA。這個(gè)mRNA就像是菜譜的復(fù)印件，它攜帶著目的基因的信息?！苯處熆梢栽诤诎迳虾?jiǎn)單畫出轉(zhuǎn)錄的示意圖，標(biāo)注出DNA模板鏈、RNA聚合酶、啟動(dòng)子和mRNA等重要結(jié)構(gòu)。教師：“轉(zhuǎn)錄完了，mRNA就從細(xì)胞核跑到細(xì)胞質(zhì)里，然后進(jìn)行翻譯。翻譯就像是按照菜譜復(fù)印件做菜的過程。mRNA上的密碼子就像是菜譜上的步驟，tRNA就像是小廚師，它一端帶著氨基酸，另一端有反密碼子能識(shí)別mRNA上的密碼子。一個(gè)個(gè)氨基酸按照mRNA上密碼子的順序連接起來，就形成了蛋白質(zhì)，這個(gè)蛋白質(zhì)就是目的基因的表達(dá)產(chǎn)物啦?！苯處熢俅瓮ㄟ^簡(jiǎn)單的示意圖來展示翻譯的過程，標(biāo)注出mRNA、tRNA、核糖體、密碼子、反密碼子和氨基酸等結(jié)構(gòu)。2、目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)和鑒定的方法（20分鐘）分子水平的檢測(cè)核酸分子雜交（10分鐘）教師：“同學(xué)們，當(dāng)我們要檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的時(shí)候，就可以用核酸分子雜交這個(gè)厲害的方法。就好比我們要找一個(gè)和某個(gè)特定的人長(zhǎng)得很像的人，我們可以通過比較他們的照片（這里的照片就是核酸序列）。我們先把目的基因或者它轉(zhuǎn)錄出的mRNA固定在一個(gè)膜上，然后用放射性標(biāo)記或者熒光標(biāo)記的核酸探針去和它雜交。這個(gè)核酸探針是一段能和目的基因或者mRNA互補(bǔ)的核酸序列。如果有雜交信號(hào)，就說明目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA了。這就像是兩個(gè)人的照片對(duì)比，有相似之處就說明找對(duì)人了?！苯處熆梢杂脛?dòng)畫或者圖片來展示核酸分子雜交的過程，讓學(xué)生更直觀地理解?？乖贵w雜交（5分鐘）教師：“如果我們要檢測(cè)目的基因表達(dá)出的蛋白質(zhì)呢？這時(shí)候就可以用抗原抗體雜交啦。目的基因表達(dá)出的蛋白質(zhì)就是抗原，我們有專門針對(duì)這個(gè)蛋白質(zhì)的抗體。把蛋白質(zhì)和抗體放在一起，如果它們能特異性結(jié)合，就像鑰匙和鎖一樣匹配，那就說明目的基因表達(dá)出我們想要的蛋白質(zhì)了?！苯處熆梢耘e例，比如檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物中是否表達(dá)出特定的藥用蛋白，可以用這種方法。個(gè)體水平的檢測(cè)（5分鐘）教師：“除了分子水平的檢測(cè)，我們還可以在個(gè)體水平進(jìn)行檢測(cè)。比如說轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，我們?cè)趺粗浪娴挠锌瓜x能力呢？那就把棉鈴蟲放上去，如果棉鈴蟲吃了棉花葉子后死了或者生長(zhǎng)不正常，那就說明目的基因在棉花里表達(dá)出了抗蟲蛋白，棉花有了抗蟲能力。這種個(gè)體水平的檢測(cè)能直接看到基因工程的效果呢?！保ㄈ┱n堂互動(dòng)（15分鐘）1、小組討論（10分鐘）教師：“現(xiàn)在咱們分組來討論一個(gè)問題哈。假如我們有一個(gè)目的基因，這個(gè)基因能讓植物合成一種特殊的香味物質(zhì)，我們要怎么檢測(cè)這個(gè)目的基因在植物中是否表達(dá)了呢？每個(gè)小組可以討論出一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案哦?！睂W(xué)生分組討論，教師巡視各小組，給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和提示。例如，引導(dǎo)學(xué)生思考是先從分子水平檢測(cè)還是個(gè)體水平檢測(cè)，分子水平檢測(cè)時(shí)用哪種方法更合適等。2、小組匯報(bào)與評(píng)價(jià)（5分鐘）每個(gè)小組推選一名代表來匯報(bào)本小組的實(shí)驗(yàn)方案。其他小組可以進(jìn)行提問和評(píng)價(jià)，教師最后進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。教師可以從實(shí)驗(yàn)方案的合理性、創(chuàng)新性、可行性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)學(xué)生在討論過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行糾正和補(bǔ)充。（四）課堂小結(jié)（5分鐘）1、知識(shí)回顧教師：“同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了目的基因的表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定。目的基因的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過程，就像我們做菜先抄菜譜再按步驟做菜一樣。而檢測(cè)鑒定的方法有分子水平的核酸分子雜交、抗原抗體雜交和個(gè)體水平的檢測(cè)。大家要記住這些方法的原理和適用情況哦?！?、重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)教師：“這里面的重點(diǎn)是核酸分子雜交和抗原抗體雜交的原理，還有在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)要考慮的因素，比如選擇合適的檢測(cè)水平、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法等?！保ㄎ澹┱n堂練習(xí)（10分鐘）1、選擇題（3題）（1）檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA可以采用哪種方法（）A.抗原抗體雜交B.核酸分子雜交C.觀察個(gè)體性狀D.以上都不對(duì)（2）在目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)的抗原抗體雜交中，抗體的作用是（）A.作為反應(yīng)物B.作為催化劑C.與目的基因結(jié)合D.與目的基因表達(dá)出的蛋白質(zhì)特異性結(jié)合（3）以下屬于個(gè)體水平檢測(cè)目的基因表達(dá)的是（）A.檢測(cè)轉(zhuǎn)基因植物中目的基因轉(zhuǎn)錄出的mRNAB.檢測(cè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中目的基因表達(dá)出的蛋白質(zhì)C.觀察轉(zhuǎn)基因植物是否具有抗蟲性D.用核酸分子雜交檢測(cè)目的基因是否存在答案：（1）B；（2）D；（3）C。2、簡(jiǎn)答題（1題）請(qǐng)簡(jiǎn)要描述核酸分子雜交檢測(cè)目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA的原理。答案：首先將目的基因或者其轉(zhuǎn)錄出的mRNA固定在膜上，然后用放射性標(biāo)記或者熒光標(biāo)記的核酸探針（一段能和目的基因或者mRNA互補(bǔ)的核酸序列）去與之雜交。如果有雜交信號(hào)，就說明目的基因轉(zhuǎn)錄出mRNA了，這是基于堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。（六）課后作業(yè)（5分鐘）1、基礎(chǔ)作業(yè)讓學(xué)生繪制目的基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）的過程圖，并標(biāo)注出主要的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)。2、拓展作業(yè)查閱資料，了解一種目前正在研究或者已經(jīng)應(yīng)用的基因工程產(chǎn)品，如基因工程疫苗，然后闡述在這個(gè)產(chǎn)品中是如何進(jìn)行目的基因表達(dá)產(chǎn)物檢測(cè)和鑒定的。七、教學(xué)反思1、教學(xué)成功之處在教學(xué)過程中，通過趣味引入和聯(lián)系時(shí)事的方式，成功地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，以蜘蛛俠的超能力基因?qū)肴祟惣?xì)胞的假設(shè)和基因療法治療先天性失明的實(shí)例，讓學(xué)生更容易進(jìn)入學(xué)習(xí)情境。在講授目的基因表達(dá)及產(chǎn)物檢測(cè)鑒定的方法時(shí)，運(yùn)用了多種教學(xué)方法，如講授法、案例分析法、小組討論法等。特別是小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的環(huán)節(jié)，有效地鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，學(xué)生的參與度較高。2、教學(xué)不足之處在講解核酸分子雜交和抗原抗體雜交的原理時(shí)，雖然