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研究成果
《基因工程》专题复习(1)的教学设计
发布时间:2014-11-02 00:00:00  发布人:帖步霞
基因工程》专题复习(1)的教学设计
帖步霞 (江苏省苏州实验中学 215011)
摘 要 以设计转基因抗虫棉研制过程为主线,重点落在高考热点基因表达载体构建的内容上。教学中通过引入图片、视频等新的情景资料突破难点,由浅入深加强思维训练。通过新情景下的师生互动形成生物学概念,从而实现高效课堂。
关键词 限制酶 基因表达载体 问题串 合作学习 教学设计
1 教材分析
人教版高中生物学教材《现代生物科技专题》专题1基因工程,主要内容包括DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序及基因工程的应用等。其中基因工程的基本操作程序是《基因工程》专题的核心,上承《DNA重组技术的基本工具》一节,下接《基因工程的应用》。作为高考一轮复习课,学生已经具备一定的常识基础,如果采用直白、平淡的方式进行常识梳理,不利于调动学生学习的积极性,也不利于学生科学素养的全面提高。应当通过创设情境,提出问题,诱导学生积极参与教学活动。所以整节课以设计转基因抗虫棉研制过程为主线,让学生亲自设计和体验基因工程的基本操作程序,形成整体认识。同时,采取化整为零,各个击破的策略。通过问题串的形式,以小组合作学习的方式引导学生掌握限制酶、基因表达载体构建等重点常识。教学中通过引入图片、视频等新的情景资料突破难点,由浅入深加强思维训练。通过新情景下的师生互动形成生物学概念,从而实现高效课堂。
2 教学目标
2.1 常识目标 简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用;简述基因工程原理及基本操作程序;尝试设计转基因抗虫棉的研制过程。
2.2 能力目标 能通过资料阅读及小组合作学习方式构建常识体系;培养观察、分析、总结归纳的能力。
2.3 情感态度与价值观目标 认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新;体验科学设计严谨细致的过程。
3 教学过程
3.1 利用视频,导入新课 师生一起观看关于转基因抗虫棉的资讯报道,转基因抗虫棉的广泛种植,有效地遏制了棉虫危害,提高了棉花产量,为我国农业生产创造了巨大的经济效益。同时大大降低了农药的使用量,减少了环境污染。视频资料的呈现既体现了基因工程技术在生产生活中的作用,又激发了学生的学习兴趣。
3.2 基因工程的基本操作程序 教师设疑:本节课大家一起尝试利用学习过的基因工程常识,设计转基因抗虫棉的研制过程。请同学们思考讨论一下,基因工程的基本操作程序可以分为哪四步?学生分组进行讨论,归纳总结答案。教师随机抽取一名学生作为代表展示答案:目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定。
设计意图:学生通过新课的学习,对基因工程的内容有了初步的认识。复习课的重点就应该落在帮助学生构建完善的常识体系上。让学生回忆总结基因工程的操作步骤,可以使学生从整体上把握基因工程的操作过程,而后再进行化整为零,各个击破。避免学生产生“不识庐山真面目,只缘身在此山中”的感觉。
3.3 目的基因的获取 教师设疑:要通过基因工程手段获得抗虫棉,大家如何获得抗虫基因?引导学生针对教材中的资料分析,小组合作思考得出结论:从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、化学方法人工合成。教师引导:科学家就是通过建立苏云金杆菌的基因文库,从中筛选出了杀虫基因Bt毒蛋白基因。要建立苏云金杆菌的基因文库,就必需使用限制酶对其基因组DNA进行切割。针对限制酶相关常识,设计探究问题串:①限制酶有什么作用特性?②磷酸二酯键如何形成?③所有限制酶都只能识别一种核苷酸序列么?④限制酶切点位置和切割后形成的末端有什么关系?学生进行分组思考讨论,归纳总结完善答案。教师随机抽取、展示4个小组问题的答案,师生一并针对错误答案进行点评。
设计意图:因为本节课重点要突破的内容是基因表达载体的构建,所以对于目的基因获取的三个方法,不作展开分析。对于这三个方法的具体操作,特别是PCR技术的内容,可以在以后的学习中另开专题重点分析。本段内容重点分析了限制酶的相关常识,限制酶不但是目的基因获取的重要工具,而且在基因表达载体构建过程中起重要作用。在此重点分析限制酶的作用,也是为下面内容的学习做好常识铺垫。
3.4 基因表达载体的构建 教师引导:目的基因片段不能稳定的独立遗传,要选择适合的载体将其导入受体细胞,基因工程中最常用的载体是质粒。在构建基因表达载体的过程中,要选择合适的限制酶来切割含目的基因的外源DNA和质粒。设计问题1:下图箭头表示EcoRⅠ的酶切位点,EcoRⅠ识别序列及切点为G/AATTC(PPT展示外源DNA和质粒上EcoRⅠ酶切位点的位置),若只使用EcoRⅠ一种限制酶切割外源DNA 和质粒,构建基因表达载体时,可以形成哪些连接产物?学生分组讨论,合作探究得出结论:质粒和外源DNA的自身环化;分子间任意连接; 质粒和目的基因反向连接;质粒和目的基因正向连接 。教师引导:使用一种限制酶切割,会产生这么多种连接产物,大大降低了目的基因和质粒的连接效率,如何解决这个问题?学生思考得出结论:选用两种限制酶进行切割。设计问题2:下图箭头表示两种限制酶的酶切位点,EcoRⅠ和Hind Ⅲ识别序列及切点分别为G/AATTC,A/AGCTT(PPT展示 EcoRⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶在外源DNA和质粒上的酶切位点),若选用EcoRⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶切割外源DNA和质粒,可以形成哪些连接产物?学生分组探讨,得出结论:重组质粒、分子间任意连接。教师追问:选用两种限制酶切割外源DNA和质粒,与选用一种限制酶切割对比,有什么优点?学生思考讨论,总结归纳得出答案:避免了质粒和外源DNA的自身环化,不会出现质粒和目的基因的反向连接,降低了分子间任意连接的概率。
难点突破:设计“真题演练”环节,让学生实战演练限制酶的选择过程。下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图l、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。
设问:为了提高基因表达载体的连接效率,应选择哪两种限制酶切割外源DNA和质粒?学生分组讨论,思考探究得出答案:选择BamH Ⅰ和Hind  。教师引导,设计问题串:①为什么不选择SmaⅠ切割?②若选择EcoRⅠ和Hind Ⅲ切割,会有哪些连接产物?③大家在构建基因表达载体时,在限制酶的选择上需要注意哪些问题?学生思考讨论,师生一起探讨得出结论。
设计意图:基因表达载体的构建是基因工程的核心,相关常识也是高考考查的热点,所以成为本节课要重点突破的难点。在基因表达载体构建过程中,对限制酶的选择又是重中之重。设计让学生探究一种限制酶切割外源DNA和质粒,与两种限制酶切割分别可以获得哪些连接产物,并将结果进行横向对比,让学生直观清晰的了解选择两种限制酶切割的优点。设计真题演练环节,促进学生将现有常识向新情境中迁移的能力。
3.5 将目的基因导入受体细胞 教师设疑:构建了基因表达载体后,若要将其导入棉花细胞,理论上可以有哪些方法?学生思考讨论,得出答案:农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。教师引导:农杆菌转化法是植物基因工程研究中最常用的方法,现在成功转化的植物实例中有80%左右是通过农杆菌介导实现的,请同学思考回忆农杆菌转化法的大致过程。学生分组讨论,总结归纳,教师随机抽取一名学生为代表展示答案。教师点评并引导:农杆菌到底是如何介导实现遗传转化的,语言描述非常抽象,大家一起来看一段先容农杆菌遗传转换机制的视频(通过PPT播放视频资料)。
设计意图:农杆菌转化法作为植物基因工程中最常用的研究方法,教材作了详细的图文先容,但是依然过于抽象。通过观看农杆菌遗传转化机制的视频资料,可以使学生对转化过程有直观的认识,加深学生对农杆菌转化法过程的识记和理解。
3.6 留下思考,期待下节课 教师设疑:本节课大家一起尝试设计转基因抗虫棉的研制过程,重点学习了基因表达载体的构建过程,那么基因表达载体导入受体细胞后,如何进行筛选和鉴定?获得转基因抗虫棉后,如何实现植株的纯化?通过对学生感兴趣的常识留下困惑,激发学生对下节课的期待,提高学生自主预习下节课的积极性。
4 教学反思
4.1 问题引领激发学生思考
对于《基因工程》这一专题的复习,传统的设计是按照教材顺序,逐一对DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、基因工程的应用进行常识梳理。采用直白、平淡的方式先容,不利于调动学生学习的积极性,也不利于学生科学素养的全面提高。本节课的教学,以设计转基因抗虫棉研制过程为主线。通过设计问题串引导学生进行小组合作学习探究,教师对其进行引导和鼓励,较好地激发学生学习的兴趣。教师在整个教学环节恰当引入图片、视频等新的情景资料突破难点,由浅入深加强思维训练。不断调动学生的情绪,使学生始终保持良好的学习状态,有效提高了复习课课堂的兴趣和生气。
4.2突出生物学核心概念教学
生物学核心概念是生物学最核心的概念性常识,是反映学科本质的概念,它们相互组合能够反映生物学科的基本面貌。本单元的核心概念有:基因工程的工具,包括限制酶、DNA连接酶和运载体;操作步骤,包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达。而这些概念之间是有联系的,通过具体事实来学习这些概念,从而形成基因工程的概念框架。本节课围绕这些基本概念是什么?怎么用(或操作)?通过具体的操作实例来说明,如限制酶是切磷酸二酯键的,可以用于处理目的基因和质粒。在此基础上,学习一种限制酶切后构建表达载体的缺陷,进而确立选择两种限制酶的优点,最后学习选择两种限制酶的方法。从而将限制酶概念的学习与实际事实结合起来,使限制酶概念形成后确立在基因工程概念框架中的位置,以及与其他相关概念之间的联系。
4.3合理应用多媒体辅助教学
多媒体技术在教学的应用越来越广,但多媒体技术的应用应该合理,并且是突出辅助的功能,不能用多媒体限制学生的思维。多媒体一般是用来处理常规教学手段解决不了的问题,而不能一味地为了赶时髦而勉强使用,多媒体的使用应该恰到好处。如转化法导入目的基因到植物细胞中,这个过程比较抽象,我选用了一个动画,通过对动画的观察就能比较直观地认识转化过程,了解T-DNA的作用,形成一个图像概念,从而充分利用了右脑,这样比较容易形成长期记忆。
总之,本节课的设计符合新课程的教育理念,突显生物学核心概念的教学,合理利用多媒体技术,充分调动学生的学习主动性,从而形成概念框架,对提升学生的综合素质起到推动作用。


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