人教版《基因工程的基本操作程序》教學(xué)設(shè)計(jì)

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基因工程的基本操作程序 一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì) 1 教材分析 基因工程的基本操作程序 是人教版選修 3 專(zhuān)題 1 基因工程中第 2 節(jié)內(nèi)容 本節(jié)是 基因工程 專(zhuān)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(duì)于基因工程 學(xué)生接觸得很少 文字描述中會(huì)感到抽象 為此 教材中采用形象化得呈 現(xiàn)方式簡(jiǎn)述了基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟 例如 基因文庫(kù)中把基因組文庫(kù)比作國(guó) 家圖書(shū)館 而把 cDNA 文庫(kù)比作某市圖書(shū)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 1 2 學(xué)情分析 學(xué)生經(jīng)過(guò)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(shí) 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(guò)一年必修教材的 學(xué)習(xí) 學(xué)生的生物基礎(chǔ)知識(shí)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(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難點(diǎn)較多 如果處理不好 會(huì)變成簡(jiǎn)單的死記硬背 因此在教學(xué)過(guò)程 中 應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時(shí)加強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題和運(yùn)用概念圖等生物學(xué)語(yǔ)言歸納結(jié)論等方面的 能力 3 教學(xué)目標(biāo) 3 1 知識(shí)目標(biāo) 簡(jiǎn)述基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)進(jìn)步催化了基因工程 簡(jiǎn)述基因工程的原理和基本步驟 3 2 能力目標(biāo) 學(xué)會(huì)運(yùn)用概念圖總結(jié)基因工程的基本步驟及方法 嘗試運(yùn)用基因工程原理 提出解決某一實(shí)際問(wèn)題的方案 3 3 情感態(tài)度與價(jià)值觀 關(guān)注基因工程的發(fā)展 認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提高 4 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 4 1 教學(xué)重點(diǎn) 基因工程基本操作程序的四個(gè)步驟 4 2 教學(xué)難點(diǎn) 從基因文庫(kù)中獲取目的基因 利用 PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因 5 教學(xué)整體思路 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(gè)步驟 其次采用分步探究的形式幫助學(xué)生理解各個(gè)步驟的原理 方法和過(guò)程 最后教師引導(dǎo)學(xué)生用概念圖將所學(xué)的知識(shí)從整體上再次整合 2 6 教學(xué)過(guò)程 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師行為 學(xué)生活動(dòng) 導(dǎo)入新課 1 出示我國(guó)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的培育圖解 2 質(zhì)疑 轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉培育的四個(gè)關(guān)鍵步驟 3 根據(jù)學(xué)生回答補(bǔ)充還需檢測(cè)抗蟲(chóng)基因是否已經(jīng)進(jìn)入棉花植株 并由此引出基因工程的 四部曲 看圖并回答 首先要獲得目的基因 其次將目的基因連接到 Ti 質(zhì)粒上 再次將重組的 Ti 質(zhì) 粒導(dǎo)入受體細(xì)胞 最后要重建轉(zhuǎn)基因植物 目的基因的獲取 教學(xué)環(huán)節(jié) 目的基因的獲取 1 提問(wèn)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉培育需要哪些工具 2 講授目的基因的概念 3 指導(dǎo)學(xué)生看書(shū)并質(zhì)疑 獲取目的基因總的來(lái)說(shuō)有哪兩種方式 4 根據(jù)學(xué)生回答強(qiáng)調(diào)如果已知抗蟲(chóng)基因核苷酸序列且序列較短小 可通過(guò) DNA 合成儀 直接進(jìn)行人工合成 5 質(zhì)疑 如果對(duì)抗蟲(chóng)基因的堿基序列完全不知 怎樣才能得到蘇云金芽孢桿菌體內(nèi)的抗 蟲(chóng)基因 6 針對(duì)學(xué)生回答引出基因文庫(kù)概念 7 指導(dǎo)學(xué)生看圖并歸納構(gòu)建基因文庫(kù)時(shí)的操作條件 應(yīng)用工具和過(guò)程 8 對(duì)學(xué)生回答給與肯定并強(qiáng)調(diào)構(gòu)建基因組文庫(kù)時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn) 1 每個(gè)受體菌 DNA 分子 都包含一段不同的外源 DNA 片段 2 本方法適用于獲取原核細(xì)胞的基因 9 指導(dǎo)學(xué)生看書(shū) 說(shuō)出部分基因文庫(kù) cDNA 概念 10 教師補(bǔ)充如想知道一種生物在個(gè)體發(fā)育不同階段表達(dá)基因不同 應(yīng)構(gòu)建 cDNA 文庫(kù) 11 指導(dǎo)學(xué)生看書(shū) 質(zhì)疑 如何構(gòu)建部分基因文庫(kù) 12 引出如果已知抗蟲(chóng)基因的一部分 則可通過(guò) PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因 教師行為 13 指導(dǎo)學(xué)生看書(shū)質(zhì)疑 PCR 技術(shù)擴(kuò)增目的基因需要的條件 14 觀看 PCR 過(guò)程插圖 質(zhì)疑 PCR 擴(kuò)增的過(guò)程 15 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 回憶舊知識(shí)并回答 看書(shū)并回答 從自然界已有的物種中分離和人工合成 思考并回答 先獲取蘇云金芽孢桿菌的全部基因 再?gòu)闹刑崛】瓜x(chóng)基因 思考并回答 操作條件 對(duì)目的基因序列未知 應(yīng)用工具 限制性?xún)?nèi)切酶 DNA 連接酶 載體 過(guò)程 從基因組中提取 DNA 酶切 純化 與載體連接 侵染大腸桿菌 建立基因組文庫(kù) 看書(shū)并回答 只包含一種生物部分基因的文庫(kù) 看書(shū)并回答 提取某種生物發(fā)育某個(gè)時(shí)期的 mRNA 反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ) DNA 與載體連接 侵 染大腸桿菌 建立部分基因文庫(kù) 學(xué)生活動(dòng) 看書(shū)并回答 模板 原料 引物 TaqDNA 聚合酶 討論并回答 變性 90 95 高溫下雙鏈 DNA 解鏈成單鏈 退火 55 60 引物結(jié)合 到互補(bǔ) DNA 鏈 延伸 72 Taq 酶從引物起始進(jìn)行互補(bǔ)鏈的合成 第 2 輪循環(huán) 學(xué)生獨(dú)立完成 教師給予指導(dǎo) 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 1 引出基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心及構(gòu)建基因表達(dá)載體的意義 2 質(zhì)疑 將生物的所有 DNA 直接導(dǎo)入受體細(xì)胞是否可行 如果這樣做 結(jié)果怎樣 3 提問(wèn) 回憶載體需要具備的條件 4 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(lèi)所需的蛋白質(zhì)產(chǎn)物 5 質(zhì)疑 從 cDNA 文庫(kù)中獲取的目的基因沒(méi)有啟動(dòng)子 如果要實(shí)現(xiàn)將編碼序列導(dǎo)入受體 生物中并成功表達(dá) 基因表達(dá)載體還需哪些元件 6 提問(wèn) 總結(jié)基因表達(dá)載體構(gòu)成 并說(shuō)明各個(gè)元件的作用 思考并回答 1 該方法針對(duì)性差 完全靠運(yùn)氣 2 不方便檢測(cè) 無(wú)法確定目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 討論并回答 啟動(dòng)子和終止子 它們分別位于目的基因的兩側(cè) 思考并回答 復(fù)制原點(diǎn) 控制復(fù)制起始的位點(diǎn) 抗性基因 檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 多個(gè)限制酶切點(diǎn) 目的基因插入 啟動(dòng)子 位于基因首端 是 RNA 聚合酶識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)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(lái) 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 教學(xué)環(huán)節(jié) 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 1 引出轉(zhuǎn)化的概念 并強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)化的最終目的是目的基因在受體細(xì)胞維持穩(wěn)定和表達(dá) 2 講授 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞有三種方法 其中最常用的是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 3 引導(dǎo)學(xué)生看書(shū) 質(zhì)疑 農(nóng)桿菌有何特點(diǎn) 教師行為 4 引導(dǎo)學(xué)生看插圖 概述農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的過(guò)程 5 質(zhì)疑 將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞中的常用方法及常用的受體細(xì)胞 6 質(zhì)疑 培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物時(shí) 受體細(xì)胞能否采用動(dòng)物體細(xì)胞 為何采用受精卵 7 引出原核生物的特點(diǎn) 早期基因工程都用原核生物作受體細(xì)胞 質(zhì)疑 目的基因?qū)?微生物細(xì)胞采用的方法 8 講授 怎樣篩選含外源基因的受體細(xì)胞 主要是應(yīng)用標(biāo)記基因的插入失活特性 向?qū)W 生展示圖 并配以習(xí)題 看書(shū)并回答 1 農(nóng)桿菌生活在土壤中 自然條件下能感染雙子葉植物和裸子植物 2 農(nóng)桿菌中 Ti 質(zhì)粒上的 T DNA 可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞 并且整合到受體細(xì)胞染色體 DNA 上 學(xué)生活動(dòng) 討論并回答 將目的基因?qū)?Ti 質(zhì)粒 轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌 含重組 Ti 質(zhì)粒的農(nóng)桿菌 導(dǎo)入植物細(xì) 胞 植物組織培養(yǎng) 轉(zhuǎn)基因植物 看書(shū)并回答 顯微注射法 受體細(xì)胞是受精卵 思考并回答 動(dòng)物體細(xì)胞沒(méi)有全能性 受精卵全能性高 并且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富 看書(shū)并回答 用 Ca2 處理制備感受態(tài)細(xì)胞 聽(tīng)講并根據(jù)習(xí)題理解 目的基因的檢測(cè)與鑒定 1 質(zhì)疑 用什么方法可以知道抗蟲(chóng)棉賦予了植物抗蟲(chóng)特性 2 質(zhì)疑 檢測(cè)與鑒定有何不同 基因工程成功的標(biāo)志 提示學(xué)生應(yīng)用真核生物中心法則 思考 3 引出檢測(cè)分為 DNA mRNA 和蛋白質(zhì)水平 強(qiáng)調(diào)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因生物染色體的 DNA 上是否 插入目的基因是目的基因能否在真核生物中穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵 4 指導(dǎo)學(xué)生看書(shū) 質(zhì)疑 DNA 水平上的檢測(cè)應(yīng)用什么方法 探針是什么 如何標(biāo)記 檢 測(cè)如何操作 5 根據(jù)學(xué)生回答 補(bǔ)充探針還可以用地高辛和生物素標(biāo)記 質(zhì)疑 DNA 分子雜交原理 6 檢測(cè)目的基因是否轉(zhuǎn)錄 mRNA 應(yīng)用方法 依據(jù)原理 7 質(zhì)疑 用什么方法檢測(cè)目的基因是否翻譯出蛋白質(zhì) 原理是什么 8 講授 除上述分子水平上的檢測(cè)外 還可以應(yīng)用個(gè)體生物學(xué)水平的鑒定 如給棉鈴蟲(chóng)喂 食抗蟲(chóng)棉 看蟲(chóng)子生活狀況等 思考并回答 給棉鈴蟲(chóng)喂食抗蟲(chóng)棉 看蟲(chóng)子生活狀況 檢測(cè)抗蟲(chóng)棉染色體 DNA 上是否插入 目的基因 看書(shū)并回答 檢測(cè)是分子水平上的 而鑒定是個(gè)體水平上的 成功標(biāo)志是表達(dá)出人類(lèi)所需 蛋白質(zhì) 思考并回答 方法 DNA 分子雜交 探針 含有目的基因的單鏈 DNA 用放射性同位素標(biāo)記 步驟 轉(zhuǎn)基因生物 提取基因組 DNA 和探針雜交 有雜交帶 證明目的基因已插入染色體 DNA 中 思考并回答 堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 思考并回答 轉(zhuǎn)基因生物 mRNA 與 DNA 探針雜交 原理 堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 思考并回答 轉(zhuǎn)基因生物 提取蛋白質(zhì) 用其作抗原 與抗體反應(yīng) 有雜交帶 目的基因 已形成蛋白質(zhì)產(chǎn)品 原理 抗原 抗體特異性結(jié)合 整體水平上歸納總結(jié) 教師引導(dǎo)下 學(xué)生討論總結(jié)出基因工程的基本操作程序概念圖 在整體上把握知識(shí)脈絡(luò) 見(jiàn)圖 3 7 教學(xué)反思 1 巧妙布置預(yù)習(xí)作業(yè) 化 復(fù)雜 為 簡(jiǎn)約 由于基因工程內(nèi)容上的 高 與 新 處理不好 會(huì)提高學(xué)習(xí)難度 令學(xué)生視高科技為畏途 致使教學(xué)流于形式 所以在課前以 學(xué)生較為熟悉的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的培育過(guò)程案例為預(yù)習(xí)作業(yè) 使學(xué)生首先從整體上了解基因 工程的四個(gè)步驟 起到了突破難點(diǎn)及培養(yǎng)自學(xué)能力的目的 2 巧妙運(yùn)用插圖及多媒體技術(shù) 化 抽象 為 形象 對(duì)于基因工程 學(xué)生接觸得少 只運(yùn)用文字來(lái)教學(xué)會(huì)感到很抽象 如在講授如何構(gòu)建基因文庫(kù)時(shí) 教師會(huì)提供一幅非常形 象的插圖 結(jié)合圖文提出相應(yīng)問(wèn)題 誘導(dǎo)學(xué)生思考 從而把學(xué)習(xí)的注意力從簡(jiǎn)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(lái) 1