高中生物选修3专题《基因工程：DNA重组技术基本工具》教学设计.doc

DNA重组技术基本工具的教学设计
设计思路

“DNA重组技术的基本工具”这节课位于人教版高中生物选修三第一专题第一节第二课时。基因工程是现代生物技术的核心内容，通过模拟DNA重组过程，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。针对重点难点对教学内容进行结构化处理，并与基因工程的实际操作练习起来；在模拟探究的过程中不断生成问题，引导学生依据载体的特点，按照相似性原理，选择和建立模型，进而对模型进行“剪”与“连”等操作，并分析操作结果。

教学分析

1．教材分析
重点：DNA重组技术的三种基本工具
难点：载体的特点及应用
2．学情分析
通过上一节课的学习，学生们已初步掌握了“DNA重组技术的基本工具”有哪些，其作用是什么。但这些基本工具在实际应用中如何发挥作用，是非常抽象的内容，仅仅靠学生的想象，很难真正理解并融会贯通；同时，中学生的心理发育特点，决定了他们更乐于通过实际动手操作来解决遇到的问题，同时对自己新发现的问题有更加强烈的探究欲望。
3．教学条件分析
对于本节课的教学设计而言，需要如下教学条件：电脑，投影仪，彩色复印纸，剪刀，双面胶。

教学目标

简述基因工程原理及基本操作程序
掌握基因工程基本操作程序的四个步骤
通过动手操作、小组合作，提高学生自主学习及合作探究的能力。

教学策略与手段

教学模式：探究式教学，通过创设问题情境，在分析问题、解决问题的过程中不断生成一系列新的问题，培养学生的自学能力，以及探究和思维能力。
教学策略：利用教学多媒体，自制教具，使抽象的问题形象化，引导学生自主动手操作，解决每一程序中的技术难点和重点。
教学手段：PPT，自制教具，投影仪等综合教学辅助工具。本节课模拟探究的是载体与目的基因的连接，所以将教材提供的碱基序列加以调整，用彩色打印纸打印，如图： 

然后粘贴出环状DNA和链状DNA，同时提供剪刀、胶带，如图： 

教学过程

教师的组织和引导
学生活动
教学意图

回
顾
旧知，引
入
新
课
利用多媒体展示多种转基因产品。

通过展示让学生回忆上节课学过，基因工程需要哪些特殊工具？

呈现：三种不同的工具，载体的四个特点。

提出问题：在实际操作过程中，载体的这些特点是否能满足实际需求呢？

学生回忆并回答，补充。

学生思考并讨论。
通过活动，调动学生的学习兴趣，导入课题。  

引出本节课的重点：DNA重组技术的模拟操作。 
通过回顾旧知，创设问题情境，确立本节课的重点，并激发学生的探究欲望。

模
拟
重组，讲
授
新
课
利用PPT给学生分别呈现限制性核酸内切酶EcoRI，BamHI识别的碱基序列和酶切位点，酶切过程以及DNA连接酶的作用位点。(见附图1) 

给学生分发教具：每组发两个带碱基序列的环状DNA，两张链状DNA，（且四个DNA上仅有EcoRI的酶切位点）。（见附图2） 

学生首先动手模拟得到EcoRI酶切后的载体和目的基因。（见附图3）

让学生观察并思考：

问题1：如果条件充分，此时我们得到的目的基因和载体是否能够成功连接？

继续提出问题：

问题2：将多个EcoRI酶切后的载体与目的基因混合后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种？请大家尝试操作。

（操作结果见附图4） 

问题3：为什么会出现这么多种连接产物呢？（见附图5，附图6） 

各小组挑出本组制作的载体与目的基因连接后的重组DNA，互相观察并比较是否有不同。（见附图7） 

提出第4个问题：我们如何解决目的基因定向插入这个问题呢？

在这个过程中提醒学生：载体的特点之一是有多个不同的酶切位点

（见附图8）

（见附图9）

给学生展示PPT，通过图片和视频使学生发现载体的特点中除有多个酶切位点外，还携带有标记基因（如氨苄青霉素抗性基因），标记基因可以参与鉴别受体细胞中是否含有目的基因。

（见附图10） 

提出第四个问题：前面操作中，载体与载体重组得到的DNA，载体与目的基因重组得到的DNA上都有标记基因（如氨苄青霉素抗性基因），如何筛选出含目的基因的重组DNA呢？

如果学生未得到准确的结论，提示他们：在基因工程的实际操作中，科学家选择的载体往往含两个或更多的标记基因。

利用PPT呈现：环状DNA载体以及上面的两个标记基因。

（见附图11）
学生观察。

学生动手操作，模拟重组DNA，探究载体的特点。  

思考，讨论，得出结论。

思考，讨论，动手操作，得出结论。

学生们除得到载体与目的基因之间的连接外，还有载体与载体之间的连接，目的基因与目的基因之间的连接，以及载体自身环化，和目的基因自身环化等。其中载体及目的基因的自身环化是干扰重组的常见因素。 

思考，讨论。学生们观察，讨论后提出，一种限制性核酸内切酶切割后产生的黏性末端只有一种，相同的黏性末端之间可以任意连接。

在这些连接产物中，我们需要的是载体与目的基因连接而成的重组DNA。

观察比较。 

学生讨论。 

模拟操作。 

剪切后，学生们观察发现，两种限制酶切割产生的黏性末端是不同的，虽然载体与载体间，目的基因与目的基因间仍会连接，但载体及目的基因自身环化问题得到解决，根据碱基互补配对原则，目的基因与载体连接的方向是唯一的。这样，通过模拟操作，学生们解决了刚才所提出的问题，得出结论：载体上含有多个酶切位点，利用双酶切的方法，可以保证目的基因的定向插入，同时还避免了载体及目的基因的自身环化，提高DNA重组率，实现目的基因的正确转录和表达。

观察，思考。

学生通过讨论，设计，提出如果将一个标记基因放在目的基因的插入位置，当目的基因插入时，这个标记基因将被破坏而无法表达，从而达到筛选的目的。

得出结论：仅在青霉素培养基上生长的是含目的基因的受体细胞，在青霉素培养基和四环素培养基上都能生长的是载体自接的受体细胞。

将情景引入到新课

让学生准确理解切割或连接部位。 

在实际动手操作的过程中发现问题，解决问题。 

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。

学生通过比较，能够发现有的小组目的基因插入方向与别组有不同，从而发现目的基因不同的插入方向将导致出现不同的基因产物。

通过思考，部分学生能够提出用两种限制酶切割载体，从而使切口处的黏性末端不同的思路。 

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。课堂上的模拟重组可以大大降低空间想象的难度，使抽象的内容直观化。

利用具体直观的信息媒体使学生对抽象的内容直观化。 

引导学生从基因工程的整体思考问题。 

学生通过类比发现：多个酶切位点，多个标记基因，插入失活的筛选方法是基因工程中的重要设计思路，理解了基因工程中使用的载体往往是人工合成的。

归
纳
总结，理
清
脉
络
提问：①DNA重组需要哪几种工具？
②载体应该具备什么特点？
之后用多媒体展示：

1．DNA重组所需三种基本工具

2．载体特点
a．多酶切位点──目的基因定向插入
b．多标记基因──目的基因的筛选
c.在受体细胞内能稳定存在并复制

思考，讨论，回答

通过归纳总结回顾刚才的模拟探究过程，加深学生对DNA重组技术的理解，特别是载体的特点及其应用，为教材内容的深化拓展打好基础。

DNA重组技术基本工具的教学设计附图 

附图1：

附图2：仅有EcoRI的酶切位点的4个DNA

附图3：

附图4：DNA分子片断连接的 5种类型

载体与目的基因之间的连接

 载体与载体之间的连接

目的基因与目的基因之间的连接

  载体自身环化

目的基因自身环化
附图5：

附图6：

一种限制酶切割后产生的黏性末端只有一种，相同的黏性末端之间可以任意连接。 
附图7：

同向插入

反向插入

  目的基因插入方向不同将导致出现不同的基因产物

附图8：有EcoRI和BamHⅠ两种酶切位点的4个DNA

附图9：

两种限制酶切割产生的黏性末端不同

载体与载体间，目的基因与目的基因间仍可连接

  载体及目的基因无法自身环化

无法连接

 正确连接
附图10：

附图11：