1DNA重組技術(shù)的基本工具教學設(shè)計1．教材分析《DNA重組技術(shù)的基本工具》是人教版選修3專題1基因工程中第1節(jié)內(nèi)容，本節(jié)是《基因工程》專題的基礎(chǔ)，是掌握后面知識的保障。對于基因工程，學生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為鞏固三種基因操作工具的作用特點，強化學生的動手能力和小組成員間的協(xié)作能力，可以設(shè)置一個模擬制作活動──構(gòu)建重組DNA，將具體的操作程序有機聯(lián)系起來，加深對這一程序的理解，有利于提高學生的認知水平和接受能力。具體如下（1）、指導(dǎo)思想：“DNA重組技術(shù)的基本工具”這節(jié)課位于人教版高中生物選修三專題1基因工程第一?；蚬こ淌乾F(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容，通過模擬DNA重組過程，將具體的操作程序有機聯(lián)系起來，加深對這一程序的理解，有利于提高學生的認知水平和接受能力。（2）、理論依據(jù)：布魯納“學科基本結(jié)構(gòu)”理論，表現(xiàn)方式有效性原則；模擬探究教學法；問題生成法。（3）、設(shè)計特色：針對重點難點對教學內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化處理，并與基因工程的實際操作練習起來；在模擬探究的過程中不斷生成問題，引導(dǎo)學生依據(jù)載體的特點，按照相似性原理，選擇和建立模型，進而對模型進行“剪”與“連”等操作，并分析操作結(jié)果。2．學情分析學生經(jīng)過必修二的學習已經(jīng)初步掌握DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用等知識，基礎(chǔ)知識較扎實，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)對學生來說難點較多，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。因此在教學過程中，應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時加強學生解決問題等方面的能力。在教學中還要與學生經(jīng)驗的聯(lián)系，報刊、雜志、廣播、電視等媒體都有基因工程技術(shù)的介紹。高中學生已經(jīng)或多或少了解一些基因工程的內(nèi)容，知道人的生長激素基因可在鯉魚中表達，使鯉魚生長迅速；知道寒冷水域中魚的抗寒基因可在植物中表達，從而培育出抗寒性能高的植物，由于基因工程的誕生，實現(xiàn)了在微生物、動物、植物之間的基因交流，人類以前不能實現(xiàn)的種種奇思妙想將變?yōu)楝F(xiàn)實。在現(xiàn)實生活中，轉(zhuǎn)基因生物也來到了人們的身邊：超市中擺放著轉(zhuǎn)基因大豆榨出的油；大田里種植了轉(zhuǎn)基因的抗蟲棉；藥品商店出售著轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)的胰島素，可以說，以上內(nèi)容都是學生學習新知識可聯(lián)系的經(jīng)驗。還有一些必修課中學習過的知識可作為學習新知識的鋪墊。在學習限制酶與DNA連接酶時，可與必修本中有關(guān)DNADNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，才能較好地理解這兩種酶的功能。在學習限制酶與DNA連接酶是，可與必修本中有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的知識緊密聯(lián)系。有了DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，才能較好地理解這兩種酶的功能。在學習目的基因檢測時，可與必修本中DNA知指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過程聯(lián)系。這樣才能理解，為什么要在三個層次上檢測：檢測轉(zhuǎn)基因生物是否插入了目的基因；檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA；檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。總之應(yīng)鼓勵學生主動聯(lián)系當?shù)厣a(chǎn)、生活中的具體事例，引導(dǎo)學生思考用基因工程的方法解決實際問題。3．教學目標3.1知識目標⑴簡述DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。⑵DNA重組技術(shù)的模擬操作。3.2能力目標嘗試運用基因工程原理，提出解決某一實際問題的方案3.3情感態(tài)度與價值觀⑴關(guān)注基因工程的發(fā)展⑵認同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。4．教學重點與難點4.1教學重點DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具的作用4.2教學難點基因工程載體需要具備的條件。5．教學條件分析對于本節(jié)課的教學設(shè)計而言，需要如下教學條件：電腦，彩色復(fù)印紙，剪刀，透明膠帶。教學策略與手段教學模式：探究式教學，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，在分析問題、解決問題的過程中不斷生成一系列新的問題，培養(yǎng)學生的自學能力，以及探究和思維能力。教學策略：利用教學多媒體，自制教具，使抽象的問題形象化，引導(dǎo)學生自主動手操作，解決每一程序中的技術(shù)難點和重點。教學手段：PPT，自制教具等綜合教學輔助工具。本節(jié)課模擬探究的是載體與目的基因的連接，所以將教材提供的堿基序列加以調(diào)整，用彩色打印紙打印，如圖：然后粘貼出環(huán)狀DNA和鏈狀DNA，同時提供剪刀、膠帶，如圖：6．教學過程：（一）視頻播放：生物技術(shù)與健康、農(nóng)業(yè)國際論壇：我們的生活離不開基因工程，引入新課。教師的組織和引導(dǎo)學生活動教學意圖利用多媒體播放視頻：生物技術(shù)與健康、農(nóng)業(yè)國際論壇。利用多媒體展示多種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品轉(zhuǎn)基因發(fā)熒光小豬、小魚、藍色妖姬、超級老鼠。提出問題：在實際操作過程中，能否離開基因工程？能否離開DNA重組技術(shù)的基本工具？展示教學目標和教學重難點。學生觀看視頻。學生觀看圖片。學生思考并討論。通過視頻，調(diào)動學生的學習興趣，導(dǎo)入課題。引出本節(jié)課的重點：DNA重組技術(shù)的模擬操作。

通過視頻和圖片，創(chuàng)設(shè)問題情境，確立本節(jié)課的重點，并激發(fā)學生的探究欲望。（二）講授新課教師活動學生活動設(shè)計意圖創(chuàng)設(shè)問題情境：設(shè)想一：能否培養(yǎng)出具有抗蟲性狀的抗蟲棉呢？設(shè)想二：能否讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素等珍貴藥物？基因工程的概念：教師：由于基因工程的發(fā)展，要實現(xiàn)一種生物的某些性狀在另一種生物中的表達已經(jīng)不再是天方夜譚。同學們，什么叫基因工程呢？列表辨析課件展示：抗蟲棉花的圖片設(shè)問：如果讓你來生產(chǎn)抗蟲棉，你會怎么做呢？（請兩個學生來說他的想法）教師：評價、講述。培育抗蟲棉首先要在體外對含有抗蟲基因的DNA分子進行“切割”、改造、修飾和“拼接”，然后，導(dǎo)入普通棉花體細胞內(nèi)，并使重組DNA在細胞中表達。設(shè)問：1.基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟有哪一些？2.解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？設(shè)問：（一）、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”1、從噬菌體侵染細菌的實驗來看，細菌等單細胞原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，那么這類原核生物之所以長期進化而不絕滅，有什么保護機制？由此可知，限制酶可以從哪些生物中分離出來？2、限制性核酸內(nèi)切酶的種類？作用？結(jié)果？3、限制酶是如何切割DNA分子的？參考課本P4圖1—2，指出限制酶能破壞的那個磷酸二酯鍵。4、以EcoRI、SmaI為例，讓學生用剪刀剪出并展示限制酶切割后形成的末端。5、總結(jié)：限制酶識別的序列有什么特點？教師：單細胞生物比多細胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶?？茖W家們經(jīng)過不懈的努力，終于從原核生物中分離純化出這種酶，叫做限制酶。迄今已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。設(shè)問：這種酶有什么作用呢？教師：從這句話中，我們可以知道限制酶有兩個作用：一是能識別特定核苷酸序列。比如說EcoRI只能識別GAATTC的核苷酸序列，SmaI只識別CCCGGG的核苷酸序列。二是從特定部位的兩個核苷酸將磷酸二酯鍵切開。同學們看圖，EcoRI從G和A之間切開，SmaI從C和G之間切開。限制酶識別和切割部位一般都具有反向重復(fù)序列，即一條鏈正向讀的堿基順序與另一條反向讀的堿基順序完全一致。(課件展示圖)教師：每一種限制酶所識別的序列不同，所切割的序列也不相同，因此，限制酶有特異性的特點，即識別特定核苷酸序列，在特定的切點切割。那么，限制酶切割DNA后會形成什么樣的結(jié)果呢？同學們請看圖回答。（課件展示圖）設(shè)問：那么這兩種末端是如何形成的呢？有什么區(qū)別？學生：限制酶在它識別序列的中心位置兩側(cè)將DNA兩條單鏈分割開，就形成黏性末端，而從識別序列的中心位置切開就產(chǎn)生平末端。教師：展示圖解，加以補充解釋。被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端。（二）、DNA連接酶——“分子縫合針”1、DNA連接酶是怎么分類的？作用結(jié)果？2、DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事兒嗎？有哪些區(qū)別？（比較DNA連接酶與DNA聚合酶）相同點：不同點：教師：外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細胞？(如棉花細胞)教師：要讓一個從甲生物細胞內(nèi)取出來的基因在乙生物體內(nèi)進行表達，首先得將這個基因送到乙生物的細胞內(nèi)去。能將外源基因送入細胞的工具就是運載體。設(shè)問：（三）、基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”1、用什么方法把外源基因送入細胞？2、常用的載體都有什么？3、思考以下四個問題，總結(jié)載體需要具備的條件？（1）如果載體上沒有限制酶切割位點，能否把目的基因運輸進入受體細胞？（2）我們選用從霍亂弧菌中分離出來的質(zhì)粒做載體，可以嗎？為什么？（3）加入目的基因進入受體細胞后不能復(fù)制或不能轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)基因生物會有預(yù)想的效果嗎？（4）我們能不能用肉眼直接觀察到載體進入受體細胞？那如何鑒定呢？（5）載體需要具備的條件？4、如何認識常用的載體—質(zhì)粒？作為運載體需要具備什么條件？教師：下面老師提出四個問題供大家思考。1.假如目的基因?qū)胧荏w細胞后不能復(fù)制將怎樣？2.作為載體沒有切割位點將怎樣？3.目的基因是否進入受體細胞，你如何去察覺？4.如果載體對受體細胞有害將怎樣？不能分離會怎樣？學生活動：分組討論，每一組負責一個問題，請代表回答。教師：目前通常利用的運載體是“質(zhì)粒”。質(zhì)粒來自大腸桿菌，是一種小型的環(huán)狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認識質(zhì)粒。（展示圖片）設(shè)問：為什么質(zhì)粒能作為運載體？學生思考并回答。

讓學生思考。請學生回答問題。學生：基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。該技術(shù)是在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞內(nèi)進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。學生討論思考，并完成討論題學生討論、回答。培育抗蟲棉有三個關(guān)鍵步驟：關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來；關(guān)鍵步驟二：形成重組DNA；關(guān)鍵步驟三：重組DNA導(dǎo)入受體(棉花)細胞。解決這三個關(guān)鍵步驟也需要三種工具：關(guān)鍵步驟一的工具：分子手術(shù)刀—限制性內(nèi)切酶；關(guān)鍵步驟二的工具：分子縫合針—DNA連接酶；關(guān)鍵步驟三的工具：分子運輸車—運載體。學生：閱讀課本P4-5限制性核酸內(nèi)切酶—“分子手術(shù)刀”，尋找答案。學生看書回答：它們能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。學生展示限制酶的酶切位點。學生：看書，尋找答案。學生：所用的酶不一樣，E·coliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段黏性末端之間連接起來，不能將雙鏈DNA片段平末端之間連接起來。T4DNA連接酶既可“縫合”雙鏈黏性末端，也可“縫合”雙鏈DNA的平末端，但平末端之間連接的效率比較低。學生到黑板板書相同點和不同點，由學生辨析，老師補充。學生到黑板畫出磷酸二酯鍵的位置。學生：閱讀教材。學生：閱讀教材，小組討論。學生：1.導(dǎo)入受體細胞的目的基因不能復(fù)制，將在細胞增殖中丟失。2.載體沒有切割位點，外源的目的基因不可能插入。3.如果載體上有標記基因，這樣，在載體進入受體細胞后，就可通過標記基因的表達來檢測。4.載體對受體有害，將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉(zhuǎn)入的目的基因無法表達。教師：可見以上內(nèi)容，都是在選擇合適載體時必須考慮的。所以充當運載體的要具備以下幾個必要條件：1.能自我復(fù)制；2.有切割位點；3.有遺傳標記基因；4.對受體細胞無害、易分離。學生：有“復(fù)制原點”──說明質(zhì)粒能復(fù)制并能帶著插入的目的基因一起復(fù)制。有“目的基因的插入位點”──說明質(zhì)粒有切割位點。有“氨芐青霉素抗性基因”──說明有標記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。此質(zhì)粒來自大腸桿菌──說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復(fù)制個體中分離出來。問題引入到新課教師：評價學生答案，總結(jié)。使學生明確基因工程的概念。結(jié)合具體實例，導(dǎo)出新知。讓學生準確理解切割部位。通過思考對比，部分學生能夠得出有兩種末端。

抽象的知識具體化，有利于學生學習新知。結(jié)合具體實例，加深鞏固。通過層層深入的問題，逐步突出重點，突破難點，學生們發(fā)現(xiàn)科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。

充分調(diào)動學生的學習積極性。

通過動手模擬操作，以及思考和討論，使所學知識逐步深入，并把記憶中的知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H中的能力。

（二）模擬重組，講授新課教師活動學生活動設(shè)計意圖讓學生利用提前分發(fā)好的教具：每組發(fā)多個帶堿基序列的環(huán)狀DNA，兩張鏈狀DNA，（且四個DNA上僅有EcoRI的酶切位點），剪刀，膠帶。（見附圖2）

學生首先動手模擬得到EcoRI酶切后的載體和目的基因。（見附圖3）讓學生觀察并思考：如果條件充分，此時我們得到的目的基因和載體是否能夠成功連接？繼續(xù)提出問題：將多個EcoRI酶切后的載體與目的基因混合后，加入DNA連接酶，其連接產(chǎn)物可能有哪些種？請大家嘗試操作。（操作結(jié)果見附圖4）

提出第二個問題：為什么會出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物呢？（見附圖5，附圖6）

各小組挑出本組制作的載體與目的基因連接后的重組DNA，互相觀察并比較是否有不同。（見附圖7）

提出第三個問題：我們?nèi)绾谓鉀Q目的基因定向插入這個問題呢？在這個過程中提醒學生：載體的特點之一是有多個不同的酶切位點。

分發(fā)另一套材料，每組兩個環(huán)狀DNA，兩個鏈狀DNA（都帶EcoRI，BamHI兩種酶切序列），讓學生再次模擬操作。（見附圖8）（見附圖9）給學生展示PPT，通過圖片和視頻使學生發(fā)現(xiàn)載體的特點中除有多個酶切位點外，還攜帶有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），標記基因可以參與鑒別受體細胞中是否含有目的基因。（見附圖10）

提出第四個問題：前面操作中，載體與載體重組得到的DNA，載體與目的基因重組得到的DNA上都有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），如何篩選出含目的基因的重組DNA呢？（這個問題難度較高，適合能力較強的同學）如果學生未得到準確的結(jié)論，提示他們：在基因工程的實際操作中，科學家選擇的載體往往含兩個或更多的標記基因。利用PPT呈現(xiàn)：環(huán)狀DNA載體以及上面的兩個標記基因。（見附圖11）學生思考并回答。學生動手操作，模擬重組DNA，探究載體的特點。

思考，討論，得出結(jié)論。思考，討論，動手操作，得出結(jié)論。學生們除得到載體與目的基因之間的連接外，還有載體與載體之間的連接，目的基因與目的基因之間的連接，以及載體自身環(huán)化，和目的基因自身環(huán)化等。其中載體及目的基因的自身環(huán)化是干擾重組的常見因素。

思考，討論。學生們觀察，討論后提出，一種限制性核酸內(nèi)切酶切割后產(chǎn)生的黏性末端只有一種，相同的黏性末端之間可以任意連接。在這些連接產(chǎn)物中，我們需要的是載體與目的基因連接而成的重組DNA。觀察比較。

學生討論。

模擬操作。

剪切后，學生們觀察發(fā)現(xiàn)，兩種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是不同的，雖然載體與載體間，目的基因與目的基因間仍會連接，但載體及目的基因自身環(huán)化問題得到解決，根據(jù)堿基互補配對原則，目的基因與載體連接的方向是唯一的。這樣，通過模擬操作，學生們解決了剛才所提出的問題，得出結(jié)論：載體上含有多個酶切位點，利用雙酶切的方法，可以保證目的基因的定向插入，同時還避免了載體及目的基因的自身環(huán)化，提高DNA重組率，實現(xiàn)目的基因的正確轉(zhuǎn)錄和表達。觀察，思考。學生通過討論，設(shè)計，提出如果將一個標記基因放在目的基因的插入位置，當目的基因插入時，這個標記基因?qū)⒈黄茐亩鵁o法表達，從而達到篩選的目的。得出結(jié)論：僅在青霉素培養(yǎng)基上生長的是含目的基因的受體細胞，在青霉素培養(yǎng)基和四環(huán)素培養(yǎng)基上都能生長的是載體自接的受體細胞。問題引入到新課讓學生準確理解切割或連接部位。

在實際動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

通過動手模擬操作，以及思考和討論，使所學知識逐步深入，并把記憶中的知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H中的能力。

學生通過比較，能夠發(fā)現(xiàn)有的小組目的基因插入方向與別組有不同，從而發(fā)現(xiàn)目的基因不同的插入方向?qū)?dǎo)致出現(xiàn)不同的基因產(chǎn)物。通過思考，部分學生能夠提出用兩種限制酶切割載體，從而使切口處的黏性末端不同的思路。

通過層層深入的問題，逐步突出重點，突破難點，學生們發(fā)現(xiàn)科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。課堂上的模擬重組可以大大降低空間想象的難度，使抽象的內(nèi)容直觀化。利用具體直觀的信息媒體使學生對抽象的內(nèi)容直觀化。

引導(dǎo)學生從基因工程的整體思考問題。

學生通過類比發(fā)現(xiàn)：多個酶切位點，多個標記基因，插入失活的篩選方法是基因工程中的重要設(shè)計思路，理解了基因工程中使用的載體往往是人工合成的，并真正懂得了實踐是檢驗真理的唯一標準。（三）、歸納總結(jié)，理清脈絡(luò)教師活動學生活動設(shè)計意圖課堂總結(jié)：多媒體展示：1．基因工程的概念2.DNA重組所需三種基本工具3.模擬制作重組DNA分子讓學生完成當堂檢測課后作業(yè)布置思考，討論，回答完成練習并討論通過歸納總結(jié)回顧剛才的模擬探究過程，加深學生對DNA重組技術(shù)的理解，特別是載體的特點及其應(yīng)用，為教材內(nèi)容的深化拓展打好基礎(chǔ)。分層次布置作業(yè)。7.作業(yè)設(shè)計【當堂檢測】1、下圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個基本步驟，這一步需用到的工具是（）A．DNA連接酶和解旋酶B．DNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶C．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶D．DNA聚合酶和RNA聚合酶2、依右圖有關(guān)基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是（）A.切斷a處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶B.連接a處的酶為DNA連接酶C.切斷b處的酶為解旋酶D.切斷b處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶3、以下說法正確的是（）

A．所有的限制酶只能識別同一種特定的核苷酸序列

B．質(zhì)粒是基因工程中惟一的載體

C．載體必備的條件之一是：具有一個或多個限制酶切點，以便與外源基因連接

D．基因治療主要是對有缺陷的細胞進行修復(fù)4、不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理由是（）

A．能復(fù)制B．有多個限制酶切點

C．具有標記基因D．它是環(huán)狀DNA5、科學家選用的細菌質(zhì)粒往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是（）A．提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐熱性B．有利于檢測目的基因否導(dǎo)入受體細胞C．增加質(zhì)粒分子的相對分子質(zhì)量D．便于與外源基因連接【課后練習與提高】1、在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個脫氧核苷酸對，其中腺嘌呤脫氧核苷酸460個，放入DNA擴增儀中擴增4代，那么，在擴增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個數(shù)是（）A．540個 B．7560個C．8100個 D．17280個2、基因工程是DNA分子水平的操作，下列有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是()A、限制酶只用于切割獲取目的基因B、載體與目的基因必須用同一種限制酶處理C、基因工程所用的工具酶是限制酶，DNA連接酶D、帶有目的基因的載體是否進入受體細胞需檢測3、下列關(guān)于DNA連接酶的敘述中，正確的是（）A.DNA連接酶連接的是兩條鏈堿基對之間的氫鍵B.DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖C.DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和核糖D.同一種DNA連接酶可以切出不同的黏性末端4、與“限制性內(nèi)切酶”作用部位完全相同的酶是：（）A．反轉(zhuǎn)錄酶

B．RNA聚合酶

C．DNA連接酶

D．解旋酶5、下圖是利用基因工程辦法生產(chǎn)人白細胞干擾素的基本過程圖，據(jù)圖回答：（1）①過程需要___________酶的參與。（2）②物質(zhì)是從大腸桿菌分離出的_________________。其化學本質(zhì)是________________，它必須能在宿主細胞中__________________________。(3)③過程表明目的基因______________________________________________。5、(1)限制性內(nèi)切酶(2)質(zhì)粒DNA復(fù)制并穩(wěn)定地保存(3)在大腸桿菌內(nèi)表達DNA重組技術(shù)基本工具的教學設(shè)計附圖附圖1：附圖2：附圖3：

附圖4：載體與目的基因之間的連接載體與載體之間的連接

目的基因與目的基因之間的連接載體自身環(huán)化目的基因自身環(huán)化附圖5：

附圖6：一種限制酶切割后產(chǎn)生的黏性末端只有一種，相同的黏性末端之間可以任意連接。

附圖7：同向插入反向插入目的基因插入方向不同將導(dǎo)致出現(xiàn)不同的基因產(chǎn)物附圖8：

附圖9：兩種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端不同載體與載體間，目的基因與目的基因間仍可連接載體及目的基因無法自身環(huán)化無法連接正確連接附圖10：附圖11：DNA重組技術(shù)的基本工具學情分析學生經(jīng)過必修二的學習已經(jīng)初步掌握DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用等知識，基礎(chǔ)知識較扎實，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)對學生來說難點較多，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。因此在教學過程中，應(yīng)在教師引導(dǎo)下適時加強學生解決問題等方面的能力。在教學中還要與學生經(jīng)驗的聯(lián)系，報刊、雜志、廣播、電視等媒體都有基因工程技術(shù)的介紹。高中學生已經(jīng)或多或少了解一些基因工程的內(nèi)容，知道人的生長激素基因可在鯉魚中表達，使鯉魚生長迅速；知道寒冷水域中魚的抗寒基因可在植物中表達，從而培育出抗寒性能高的植物，由于基因工程的誕生，實現(xiàn)了在微生物、動物、植物之間的基因交流，人類以前不能實現(xiàn)的種種奇思妙想將變?yōu)楝F(xiàn)實。在現(xiàn)實生活中，轉(zhuǎn)基因生物也來到了人們的身邊：超市中擺放著轉(zhuǎn)基因大豆榨出的油；大田里種植了轉(zhuǎn)基因的抗蟲棉；藥品商店出售著轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)的胰島素，可以說，以上內(nèi)容都是學生學習新知識可聯(lián)系的經(jīng)驗。還有一些必修課中學習過的知識可作為學習新知識的鋪墊。在學習限制酶與DNA連接酶時，可與必修本中有關(guān)DNADNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，才能較好地理解這兩種酶的功能。在學習限制酶與DNA連接酶是，可與必修本中有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的知識緊密聯(lián)系。有了DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，才能較好地理解這兩種酶的功能。在學習目的基因檢測時，可與必修本中DNA知指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過程聯(lián)系。這樣才能理解，為什么要在三個層次上檢測：檢測轉(zhuǎn)基因生物是否插入了目的基因；檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA；檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)。總之應(yīng)鼓勵學生主動聯(lián)系當?shù)厣a(chǎn)、生活中的具體事例，引導(dǎo)學生思考用基因工程的方法解決實際問題。DNA重組技術(shù)的基本工具效果分析（一）視頻播放：生物技術(shù)與健康、農(nóng)業(yè)國際論壇：我們的生活離不開基因工程，引入新課。教師的組織和引導(dǎo)學生活動效果分析利用多媒體播放視頻：生物技術(shù)與健康、農(nóng)業(yè)國際論壇。利用多媒體展示多種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品轉(zhuǎn)基因發(fā)熒光小豬、小魚、藍色妖姬、超級老鼠。提出問題：在實際操作過程中，能否離開基因工程？能否離開DNA重組技術(shù)的基本工具？展示教學目標和教學重難點。學生觀看視頻。學生觀看圖片。學生思考并討論。通過視頻導(dǎo)入，在調(diào)動學生的學習興趣上效果很好。通過視頻和圖片，創(chuàng)設(shè)問題情境，確立本節(jié)課的重點，并激發(fā)學生的探究欲望。（二）講授新課教師活動學生活動效果分析創(chuàng)設(shè)問題情境：設(shè)想一：能否培養(yǎng)出具有抗蟲性狀的抗蟲棉呢？設(shè)想二：能否讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素等珍貴藥物？基因工程的概念：教師：由于基因工程的發(fā)展，要實現(xiàn)一種生物的某些性狀在另一種生物中的表達已經(jīng)不再是天方夜譚。同學們，什么叫基因工程呢？列表辨析課件展示：抗蟲棉花的圖片設(shè)問：如果讓你來生產(chǎn)抗蟲棉，你會怎么做呢？（請兩個學生來說他的想法）教師：評價、講述。培育抗蟲棉首先要在體外對含有抗蟲基因的DNA分子進行“切割”、改造、修飾和“拼接”，然后，導(dǎo)入普通棉花體細胞內(nèi)，并使重組DNA在細胞中表達。設(shè)問：1.基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟有哪一些？2.解決培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟需要哪些工具？設(shè)問：（一）、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”1、從噬菌體侵染細菌的實驗來看，細菌等單細胞原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，那么這類原核生物之所以長期進化而不絕滅，有什么保護機制？由此可知，限制酶可以從哪些生物中分離出來？2、限制性核酸內(nèi)切酶的種類？作用？結(jié)果？3、限制酶是如何切割DNA分子的？參考課本P4圖1—2，指出限制酶能破壞的那個磷酸二酯鍵。4、以EcoRI、SmaI為例，讓學生用剪刀剪出并展示限制酶切割后形成的末端。5、總結(jié)：限制酶識別的序列有什么特點？（二）、DNA連接酶——“分子縫合針”1、DNA連接酶是怎么分類的？作用結(jié)果？2、DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事兒嗎？有哪些區(qū)別？（比較DNA連接酶與DNA聚合酶）相同點：不同點：設(shè)問：（三）、基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”1、用什么方法把外源基因送入細胞？2、常用的載體都有什么？3、思考以下四個問題，總結(jié)載體需要具備的條件？（1）如果載體上沒有限制酶切割位點，能否把目的基因運輸進入受體細胞？（2）我們選用從霍亂弧菌中分離出來的質(zhì)粒做載體，可以嗎？為什么？（3）加入目的基因進入受體細胞后不能復(fù)制或不能轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)基因生物會有預(yù)想的效果嗎？（4）我們能不能用肉眼直接觀察到載體進入受體細胞？那如何鑒定呢？（5）載體需要具備的條件？4、如何認識常用的載體—質(zhì)粒？作為運載體需要具備什么條件？學生思考并回答。

讓學生思考。請學生回答問題。學生：基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。該技術(shù)是在生物體外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細胞內(nèi)進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。學生討論思考，并完成討論題學生：閱讀課本P4-5限制性核酸內(nèi)切酶—“分子手術(shù)刀”，尋找答案。學生看書回答：它們能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。學生展示限制酶的酶切位點。學生：看書，尋找答案。學生到黑板板書相同點和不同點，由學生辨析，老師補充。學生到黑板畫出磷酸二酯鍵的位置。學生：閱讀教材。學生：閱讀教材，小組討論。通過問題引入到新課，既聯(lián)系了之前的知識也導(dǎo)入了新知識。學生在列表辨析時，實現(xiàn)了對知識的辨析，能透徹地理解知識點。結(jié)合具體抗蟲棉的實例，使學生深刻體會到：學以致用。學生自己畫圖、自己剪切、自己拼接，不清楚的地方再討論，效果很好，充分地調(diào)動了學生的主觀能動性，且能很好地提高學生的解決問題的能力。抽象的知識具體化，有利于學生學習新知。結(jié)合具體實例，加深鞏固。通過層層深入的問題，逐步突出重點，突破難點，學生們發(fā)現(xiàn)科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。充分調(diào)動學生的學習積極性。（二）模擬重組，講授新課教師活動學生活動效果分析讓學生利用提前分發(fā)好的教具：每組發(fā)多個帶堿基序列的環(huán)狀DNA，兩張鏈狀DNA，（且四個DNA上僅有EcoRI的酶切位點），剪刀，膠帶。學生首先動手模擬得到EcoRI酶切后的載體和目的基因。讓學生觀察并思考：如果條件充分，此時我們得到的目的基因和載體是否能夠成功連接？繼續(xù)提出問題：將多個EcoRI酶切后的載體與目的基因混合后，加入DNA連接酶，其連接產(chǎn)物可能有哪些種？請大家嘗試操作。提出第二個問題：為什么會出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物呢？各小組挑出本組制作的載體與目的基因連接后的重組DNA，互相觀察并比較是否有不同。提出第三個問題：我們?nèi)绾谓鉀Q目的基因定向插入這個問題呢？在這個過程中提醒學生：載體的特點之一是有多個不同的酶切位點。

分發(fā)另一套材料，每組兩個環(huán)狀DNA，兩個鏈狀DNA（都帶EcoRI，BamHI兩種酶切序列），讓學生再次模擬操作。給學生展示PPT，通過圖片和視頻使學生發(fā)現(xiàn)載體的特點中除有多個酶切位點外，還攜帶有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），標記基因可以參與鑒別受體細胞中是否含有目的基因。提出第四個問題：前面操作中，載體與載體重組得到的DNA，載體與目的基因重組得到的DNA上都有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），如何篩選出含目的基因的重組DNA呢？（這個問題難度較高，適合能力較強的同學）如果學生未得到準確的結(jié)論，提示他們：在基因工程的實際操作中，科學家選擇的載體往往含兩個或更多的標記基因。利用PPT呈現(xiàn)：環(huán)狀DNA載體以及上面的兩個標記基因。學生思考并回答。學生動手操作，模擬重組DNA，探究載體的特點。

思考，討論，得出結(jié)論。思考，討論，動手操作，得出結(jié)論。學生們除得到載體與目的基因之間的連接外，還有載體與載體之間的連接，目的基因與目的基因之間的連接，以及載體自身環(huán)化，和目的基因自身環(huán)化等。其中載體及目的基因的自身環(huán)化是干擾重組的常見因素。

思考，討論。學生們觀察，討論后提出，一種限制性核酸內(nèi)切酶切割后產(chǎn)生的黏性末端只有一種，相同的黏性末端之間可以任意連接。在這些連接產(chǎn)物中，我們需要的是載體與目的基因連接而成的重組DNA。觀察比較。

學生討論。

模擬操作。

剪切后，學生們觀察發(fā)現(xiàn)，兩種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是不同的，雖然載體與載體間，目的基因與目的基因間仍會連接，但載體及目的基因自身環(huán)化問題得到解決，根據(jù)堿基互補配對原則，目的基因與載體連接的方向是唯一的。這樣，通過模擬操作，學生們解決了剛才所提出的問題，得出結(jié)論：載體上含有多個酶切位點，利用雙酶切的方法，可以保證目的基因的定向插入，同時還避免了載體及目的基因的自身環(huán)化，提高DNA重組率，實現(xiàn)目的基因的正確轉(zhuǎn)錄和表達。觀察，思考。學生通過討論，設(shè)計，提出如果將一個標記基因放在目的基因的插入位置，當目的基因插入時，這個標記基因?qū)⒈黄茐亩鵁o法表達，從而達到篩選的目的。得出結(jié)論：僅在青霉素培養(yǎng)基上生長的是含目的基因的受體細胞，在青霉素培養(yǎng)基和四環(huán)素培養(yǎng)基上都能生長的是載體自接的受體細胞。讓學生準確理解切割或連接部位。

在實際動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

通過動手模擬操作，以及思考和討論，使所學知識逐步深入，并把記憶中的知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H中的能力。

學生通過比較，能夠發(fā)現(xiàn)有的小組目的基因插入方向與別組有不同，從而發(fā)現(xiàn)目的基因不同的插入方向?qū)?dǎo)致出現(xiàn)不同的基因產(chǎn)物。通過思考，部分學生能夠提出用兩種限制酶切割載體，從而使切口處的黏性末端不同的思路。

通過層層深入的問題，逐步突出重點，突破難點，學生們發(fā)現(xiàn)科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。課堂上的模擬重組可以大大降低空間想象的難度，使抽象的內(nèi)容直觀化。利用具體直觀的信息媒體使學生對抽象的內(nèi)容直觀化。

引導(dǎo)學生從基因工程的整體思考問題。

學生通過類比發(fā)現(xiàn)：多個酶切位點，多個標記基因，插入失活的篩選方法是基因工程中的重要設(shè)計思路，理解了基因工程中使用的載體往往是人工合成的，并真正懂得了實踐是檢驗真理的唯一標準。（三）、歸納總結(jié)，理清脈絡(luò)教師活動學生活動效果分析課堂總結(jié)：多媒體展示：1．基因工程的概念2.DNA重組所需三種基本工具3.模擬制作重組DNA分子讓學生完成當堂檢測課后作業(yè)布置思考，討論，回答完成練習并討論通過歸納總結(jié)回顧剛才的模擬探究過程，加深學生對DNA重組技術(shù)的理解，特別是載體的特點及其應(yīng)用，為教材內(nèi)容的深化拓展打好基礎(chǔ)。針對不同層次的學生分層次布置作業(yè)。DNA重組技術(shù)的基本工具教材分析《DNA重組技術(shù)的基本工具》是人教版選修3專題1基因工程中第1節(jié)內(nèi)容，本節(jié)是《基因工程》專題的基礎(chǔ)，是掌握后面知識的保障。對于基因工程，學生接觸得很少，文字描述中會感到抽象，為鞏固三種基因操作工具的作用特點，強化學生的動手能力和小組成員間的協(xié)作能力，可以設(shè)置一個模擬制作活動──構(gòu)建重組DNA，將具體的操作程序有機聯(lián)系起來，加深對這一程序的理解，有利于提高學生的認知水平和接受能力。具體如下（1）、指導(dǎo)思想：“DNA重組技術(shù)的基本工具”這節(jié)課位于人教版高中生物選修三專題1基因工程第一?；蚬こ淌乾F(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容，通過模擬DNA重組過程，將具體的操作程序有機聯(lián)系起來，加深對這一程序的理解，有利于提高學生的認知水平和接受能力。（2）、理論依據(jù)：布魯納“學科基本結(jié)構(gòu)”理論，表現(xiàn)方式有效性原則；模擬探究教學法；問題生成法。（3）、設(shè)計特色：針對重點難點對教學內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化處理，并與基因工程的實際操作練習起來；在模擬探究的過程中不斷生成問題，引導(dǎo)學生依據(jù)載體的特點，按照相似性原理，選擇和建立模型，進而對模型進行“剪”與“連”等操作，并分析操作結(jié)果。DNA重組技術(shù)的基本工具評測練習【當堂檢測】1、下圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個基本步驟，這一步需用到的工具是（）A．DNA連接酶和解旋酶B．DNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶C．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶D．DNA聚合酶和RNA聚合酶2、依右圖有關(guān)基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是（）A.切斷a處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶B.連接a處的酶為DNA連接酶C.切斷b處的酶為解旋酶D.切斷b處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶3、以下說法正確的是（）

A．所有的限制酶只能識別同一種特定的核苷酸序列

B．質(zhì)粒是基因工程中惟一的載體

C．載體必備的條件之一是：具有一個或多個限制酶切點，以便與外源基因連接

D．基因治療主要是對有缺陷的細胞進行修復(fù)4、不屬于質(zhì)粒被選為基因運載體的理由是（）

A．能復(fù)制B．有多個限制酶切點

C．具有標記基因D．它是環(huán)狀DNA5、科學家選用的細菌質(zhì)粒往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是（）A．提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐熱性B．有利于檢測目的基因否導(dǎo)入受體細胞C．增加質(zhì)粒分子的相對分子質(zhì)量D．便于與外源基因連接【課后練習與提高】1、在基因工程中，把選出的目的基因（共1000個脫氧核苷酸對，其中腺嘌呤脫氧核苷酸460個，放入DNA擴增儀中擴增4代，那么，在擴增儀中應(yīng)放入胞嘧啶脫氧核苷酸的個數(shù)是（）A．540個 B．7560個C．8100個 D．17280個2、基因工程是DNA分子水平的操作，下列有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是()A、限制酶只用于切割獲取目的基因B、載體與目的基因必須用同一種限制酶處理C、基因工程所用的工具酶是限制酶，DNA連接酶D、帶有目的基因的載體是否進入受體細胞需檢測3、下列關(guān)于DNA連接酶的敘述中，正確的是（）A.DNA連接酶連接的是兩條鏈堿基對之間的氫鍵B.DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖C.DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和核糖D.同一種DNA連接酶可以切出不同的黏性末端4、與“限制性內(nèi)切酶”作用部位完全相同的酶是：（）A．反轉(zhuǎn)錄酶

B．RNA聚合酶

C．DNA連接酶

D．解旋酶5、下圖是利用基因工程辦法生產(chǎn)人白細胞干擾素的基本過程圖，據(jù)圖回答：（1）①過程需要___________酶的參與。（2）②物質(zhì)是從大腸桿菌分離出的_________________。其化學本質(zhì)是________________，它必須能在宿主細胞中__________________________。(3)③過程表明目的基因_________________________________________