1、DNA重组技术的基本工具教学设计1教材分析DNA重组技术的基本工具是人教版选修3专题1基因工程中第1节内容，本节是基因工程专题的基础，是掌握后面知识的保障。对于基因工程，学生接触得很少，文字描述中会感到抽象，为巩固三种基因操作工具的作用特点，强化学生的动手能力和小组成员间的协作能力，可以设置一个模拟制作活动构建重组DNA，将具体的操作程序有机联系起来，加深对这一程序的理解，有利于提高学生的认知水平和接受能力。2学情分析学生经过必修二的学习已经初步掌握DNA重组技术所需三种基本工具的作用等知识，基础知识较扎实，思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立。但基因工程一节对学生来说难点较多，如果处理不好
2、，会变成简单的死记硬背。因此在教学过程中，应在教师引导下适时加强学生解决问题等方面的能力。3教学目标3.1知识目标简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。DNA重组技术的模拟操作。3.2能力目标尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案3.3情感态度与价值观关注基因工程的发展认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。4教学重点与难点4.1教学重点DNA重组技术所需的三种基本工具的作用4.2教学难点基因工程载体需要具备的条件。5教学过程教学过程教学内容预期目标1.引入新课利用多媒体展示多种转基因产品。教师：引导学生讨论：1.这些生物在自然界中有没有？2.随着科学的发展，有没有可能
3、出现这些生物？通过哪些技术可以实现？学生：看图，完成讨论题。1.自然界中还没有这样组合的生物出现。2.但是基因工程技术可以实现这些生物的组合。调动学生的学习兴趣，导入课题。2、基因工程的概念3.DNA重组技术的基本工具5、模拟DNA重组教师：由于基因工程的发展，要实现一种生物的某些性状在另一种生物中的表达已经不再是天方夜谭。同学们，什么叫基因工程呢？让学生思考。请学生回答问题。学生：基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要
4、的基因产物。教师：评价学生答案，总结。课件展示：抗虫棉花的图片设问：如果让你来生产抗虫棉，你会怎么做呢？（请两个学生来说他的想法）教师：评价、讲述。培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入普通棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。设问：1.基因工程培育抗虫棉的关键步骤有哪一些？2.解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？学生讨论、回答。教师：培育抗虫棉有三个关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来；关键步骤二：形成重组DNA；关键步骤三：重组DNA导入受体(棉花)细胞。解决这三个关键步骤也需要三种工具：关键步骤一的工具
5、：分子手术刀限制性内切酶；关键步骤二的工具：分子缝合针DNA连接酶；关键步骤三的工具：分子运输车运载体。设问：什么是限制性内切酶？从哪里获得限制性内切酶？学生：阅读课本P4-5限制性核酸内切酶“分子手术刀”，寻找答案。学生回答：限制酶从原核生物中分离出来。教师：单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制酶。设问：这种酶有什么作用呢？学生看书回答：它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两
6、个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。教师：从这句话中，我们可以知道限制酶有两个作用：一是能识别特定核苷酸序列。比如说EcoRI只能识别GAATTC的核苷酸序列，SmaI只识别CCCGGG的核苷酸序列。二是从特定部位的两个核苷酸将磷酸二酯键切开。同学们看图，EcoRI从G和A之间切开，SmaI从C和G之间切开。限制酶识别和切割部位一般都具有反向重复序列，即一条链正向读的碱基顺序与另一条反向读的碱基顺序完全一致。(课件展示图)教师：每一种限制酶所识别的序列不同，所切割的序列也不相同，因此，限制酶有特异性的特点，即识别特定核苷酸序列，在特定的切点切割。那么，限制酶切割DNA后会形成什么样的结果呢？同学们请
7、看图回答。（课件展示图）想象一下切黄瓜！学生：一种形成黏性末端，一种形成平末端。设问：那么这两种末端是如何形成的呢？有什么区别？学生：限制酶在它识别序列的中心位置两侧将DNA两条单链分割开，就形成黏性末端，而从识别序列的中心位置切开就产生平末端。教师：展示图解，加以补充解释。被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。设问：要将切割下来的DNA片段接连在一起，需要用到什么酶？学生：DNA连接酶。教师：同学们说得对！是用DNA连接酶。开始时，我们学习了限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接，所用
8、DNA连接酶有什么不同呢？学生：看书，寻找答案。学生：所用的酶不一样，Ecoli DNA连接酶只能将双链DNA片段黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间连接起来。T4 DNA连接酶既可“缝合”双链黏性末端，也可“缝合”双链DNA的平末端，但平末端之间连接的效率比较低。教师：前面我们学习过DNA聚合酶，那么同学们比较一下，DNA聚合酶和DNA连接酶有什么不同？学生：DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来，而DNA聚合酶则是将一个个脱氧核苷酸连接起来。教师：说的很对！DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来，就是说DNA连接酶是同时连接双链的切口，而DNA聚合酶只是在单链上将一个个
9、脱氧核苷酸连接起来。相同之处都是通过形成磷酸二酯键来连接的。（展示图，正确指出磷酸二酯键的位置）教师：外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞？(如棉花细胞)学生：阅读教材。教师：要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去。能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。设问：作为运载体需要具备什么条件？教师：下面老师提出四个问题供大家思考。1.假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？2.作为载体没有切割位点将怎样？3.目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？4.如果载体对受体细胞有害将怎样？不能分离会怎样？学生活动：分组讨论，每一组负责一个问题，请
10、代表回答。学生：1.导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。2.载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。3.如果载体上有标记基因，这样，在载体进入受体细胞后，就可通过标记基因的表达来检测。4.载体对受体有害，将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的目的基因无法表达。教师：可见以上内容，都是在选择合适载体时必须考虑的。所以充当运载体的要具备以下几个必要条件：1.能自我复制；2.有切割位点；3.有遗传标记基因；4.对受体细胞无害、易分离。教师：目前通常利用的运载体是“质粒”。质粒来自大肠杆菌，是一种小型的环状DNA。下面让我们通过插图一起来认识质粒。（展示图片）设问：为什么质粒能作为运
11、载体？学生：有“复制原点”说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制。有“目的基因的插入位点”说明质粒有切割位点。有“氨苄青霉素抗性基因”说明有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。此质粒来自大肠杆菌说明没有危害，大肠杆菌是非致病菌，大肠杆菌分裂快，也便于从大量复制个体中分离出来。教师总结：让学生分组模拟DNA重组模型操作，加深和巩固学生对这三种工具的理解。通过师生共同讨论帮助学生理解什么是基因工程。结合具体实例，导出新知。让学生准确理解切割或连接部位。通过思考对比，部分学生能够得出有两种末端。抽象的知识具体化，有利于学生学习新知。结合具体实例，加深巩固。通过层层深入的问题，逐步突出重点，突破难点，学生们发现科学实践的过程远非理论记忆那么简单。通过动手模拟操作，以及思考和讨论，使所学知识逐步深入，并把记忆中的知识转变为实际中的能力。6教学反思学生了解到的基因工程实例是激发他们学习的兴趣。我们通过创设情境，提出问题，引导学生积极参与教学活动，这既有利于调动学生学习的积极性，也有利于学生科学素养的全面提高。比如：在介绍限制酶的的来源时，可以通过问题“限制酶从哪里来寻找”，诱导学生思考、阅读教材得出结论。另外，本节内容比较抽象，上课过程中结合一些图片、动画，特别是让学生亲自去动手模拟制作DNA重组的模型，这样更能激发学生学习的热情，效果会更好。