3.2《基因工程的基本操作程序第2課時(shí)》教學(xué)設(shè)計(jì)教材分析《基因工程的基本操作程序》這一節(jié)是基因工程這一章的核心，具有承上啟下的作用。本節(jié)內(nèi)容體現(xiàn)了前一節(jié)介紹的“分子工具”的綜合運(yùn)用，涉及的技術(shù)和操作流程又是后一節(jié)介紹的基因工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。本節(jié)對(duì)基因工程基本操作程序的介紹貫串在培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的情境中。有了情境的依托，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性被調(diào)動(dòng)起來(lái)，相關(guān)的知識(shí)不再孤立，便于學(xué)生理解和掌握。由于限定在一個(gè)具體的情境中，因此知識(shí)內(nèi)容的范圍會(huì)發(fā)生一定的變化。教材在保證學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性和完整性的基礎(chǔ)上，對(duì)有的內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充，有的內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)化。例如，因?yàn)楹Y選合適的目的基因是基因工程操作的第一步，也是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的重要保障，所以教材中增加了對(duì)相關(guān)內(nèi)容的闡述；因?yàn)樵谖覈?guó)首批具有較高抗蟲(chóng)活性的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的培育過(guò)程中，科學(xué)家是人工合成了目的基因，而現(xiàn)在常用PCR特異性地快速擴(kuò)增目的基因，所以教材不再詳細(xì)闡述從基因文庫(kù)中獲取目的基因的方法，只是簡(jiǎn)要提及還可以通過(guò)構(gòu)建基因文庫(kù)來(lái)獲取目的基因；因?yàn)榭茖W(xué)家是通過(guò)花粉管通道法將目的基因?qū)肆嗣藁?xì)胞，所以教材正文介紹了花粉管通道法，而將另一種導(dǎo)入目的基因的方法——農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法的介紹放在了“資料卡”中，讓學(xué)生閱讀和了解等。上述內(nèi)容的變化并不會(huì)對(duì)學(xué)生掌握本節(jié)學(xué)習(xí)的要點(diǎn)產(chǎn)生影響。本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)頗多，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定的困難，削枝強(qiáng)干能降低他們學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，提高學(xué)習(xí)的效果。在闡明了培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的四個(gè)基本步驟后，教材再推而廣之，概括了基因工程的基本操作流程，并簡(jiǎn)單補(bǔ)充介紹了基因工程涉及的其他技術(shù)和方法。借鑒于教材的設(shè)計(jì)，教師在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，可以采取別的情境貫穿，但要保證情境的真實(shí)性，需要查閱相當(dāng)?shù)馁Y料來(lái)確定實(shí)際具體的操作是怎樣的。當(dāng)然，基因工程這部分知識(shí)有其特有的難度和復(fù)雜性，查閱的資料當(dāng)中，有很多會(huì)晦澀難懂，教師需要?jiǎng)h繁就簡(jiǎn)，適當(dāng)改編，在不影響科學(xué)性的前提下為教學(xué)所用教學(xué)目標(biāo)：1.掌握基因表達(dá)載體常規(guī)組件構(gòu)成，通過(guò)動(dòng)手操作，能理解雙酶切和單酶切后連接的不同產(chǎn)物。2.通過(guò)實(shí)例，理解通過(guò)標(biāo)記基因篩選重組載體的方法教學(xué)重難點(diǎn)：能夠闡明操作程序各步驟，也就是要能夠深刻理解每一步驟的原理，這就需要教師創(chuàng)設(shè)情境、創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生一步步在思維上完成整個(gè)操作程序。對(duì)于“基因表達(dá)載體構(gòu)建”來(lái)說(shuō)，相對(duì)微觀(guān)和抽象，特別是限制酶切割后的黏性末端是怎樣的，兩兩相連的連接產(chǎn)物有哪些，不動(dòng)手操作的話(huà)，相對(duì)較難理解。而連接產(chǎn)物的種類(lèi)也直接影響后續(xù)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，受體細(xì)胞的類(lèi)型，進(jìn)而影響最終對(duì)于重組載體的篩選過(guò)程。這所有的探究過(guò)程，可以很好地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，提高科學(xué)探究能力，而這其中，也滲透了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)等生命觀(guān)念。學(xué)生課前學(xué)習(xí)活動(dòng)為了達(dá)成本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生需要課前復(fù)習(xí)本節(jié)課用到的相關(guān)知識(shí)，比如：1、限制酶的切割部位是？并能畫(huà)出以下限制酶切割后的黏性末端2、轉(zhuǎn)錄過(guò)程；RNA聚合酶的作用等課堂教學(xué)過(guò)程：學(xué)習(xí)任務(wù)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課引入展示熒光水母照片，介紹科學(xué)家首先從水母體內(nèi)提取出了綠色熒光蛋白【提問(wèn)】那么水母體內(nèi)為什么會(huì)有綠色熒光蛋白呢？根本原因是？展示能發(fā)出綠色熒光的大腸桿菌。介紹“之后的研究，有科學(xué)家將綠色熒光蛋白基因?qū)氪竽c桿菌，并使該基因在大腸桿菌中完成了表達(dá)”【提問(wèn)】外源的綠色熒光基因是如何導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)并得以表達(dá)的呢？學(xué)生回答以熒光水母作為情境導(dǎo)入，提出“外源的綠色熒光基因是如何導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)并得以表達(dá)的呢？”問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考，激起學(xué)習(xí)興趣回顧聯(lián)系上節(jié)課所學(xué)【介紹】首先，綠色熒光基因是如何獲取的？實(shí)際上科學(xué)家是通過(guò)PCR技術(shù)來(lái)獲取的為后續(xù)熒光基因兩側(cè)通過(guò)PCR添加限制酶識(shí)別序列做了鋪墊基因表達(dá)載體的構(gòu)建【提問(wèn)】獲取綠色熒光蛋白基因以后，我們就想將基因直接導(dǎo)入大腸桿菌就可以了，但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這樣做不行，原因是什么呢？【提問(wèn)】常用的載體是質(zhì)粒?；虮磉_(dá)載體有哪些組件呢？【展示問(wèn)題】1、基因表達(dá)載體相比普通載體，還必須含有的組件是什么？說(shuō)出表達(dá)載體上各組件的功能2、對(duì)目的基因插入表達(dá)載體的位點(diǎn)有何要求？3、RNA聚合酶的移動(dòng)方向是怎樣的？展示實(shí)際用到質(zhì)粒的模式圖【提問(wèn)】1、圖中氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因作為什么來(lái)發(fā)揮作用？2、啟動(dòng)子和終止子之間有兩種限制酶，如何選擇？展示實(shí)際用到的綠色熒光基因【介紹】實(shí)際用到的綠色熒光基因兩側(cè)無(wú)質(zhì)粒上兩種限制酶的識(shí)別序列，通過(guò)對(duì)引物的設(shè)計(jì)，最終通過(guò)PCR學(xué)生回答展現(xiàn)構(gòu)建基因表達(dá)載體的必要性獲得了兩種含有綠色熒光基因的DNA分子。介紹所有小組根據(jù)所分到的含有綠色熒光基因的DNA分子不同，分為兩大陣營(yíng)介紹用到的工具限制酶：剪刀；DNA連接酶：膠帶【展示示意圖】介紹操作步驟，第一步，先分別用相同的限制酶去切割質(zhì)粒和含熒光基因的DNA分子；第二步，混合兩大體系，用DNA連接酶連接，看連接產(chǎn)物有哪幾種，并將連接后的產(chǎn)物固定到白板上（連接部分盡量朝上），標(biāo)注名稱(chēng)【展示注意事項(xiàng)】呈現(xiàn)兩種限制酶的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)。【巡視指導(dǎo)】在學(xué)生小組合作，剪、連的時(shí)候，教師巡視指導(dǎo)，用手機(jī)拍照學(xué)生完成的連接產(chǎn)物【運(yùn)用希沃授課助手（希沃課堂助手）展示】在學(xué)生小組展示的同時(shí)，與學(xué)生同步，教師通過(guò)希沃授課助手APP，將之前拍照的學(xué)生完成的連接產(chǎn)物照片，上傳到大屏，便于學(xué)生看清楚連接部分【PPT展示問(wèn)題】1、為什么采用單酶切和雙酶切，連接后的產(chǎn)物不一樣？2、連接后的產(chǎn)物中，熒光蛋白基因都可以正常表達(dá)嗎？哪些可以？哪些不可以？3、總結(jié)雙酶切（兩種切出黏性末端不同的限制酶）相比單酶切的優(yōu)勢(shì)有哪些？【PPT展示圖片】教師展示采用雙酶切構(gòu)建成功的基因表達(dá)載體，提問(wèn)確認(rèn)，此時(shí)四環(huán)素抗性基因還能正常發(fā)揮功能嗎？【構(gòu)建模型】在學(xué)案上畫(huà)出表達(dá)載體模式圖，標(biāo)注各組件一名學(xué)生到黑板前完成，并回答問(wèn)題學(xué)生回答學(xué)生小組合作，剪、連學(xué)生小組用小白板展示成果學(xué)生思考，小組討論并回答問(wèn)題學(xué)生回答突出強(qiáng)調(diào)啟動(dòng)子和終止子的作用，以及轉(zhuǎn)錄模板鏈問(wèn)題，為后續(xù)工作做鋪墊為后續(xù)探究用一種限制酶和兩種限制酶做鋪墊此處需要教師額外耐心做好介紹，讓學(xué)生熟悉手頭的材料及要探究的問(wèn)題，為后續(xù)小組合作探究工作的展開(kāi)打好基礎(chǔ)此處同樣需要教師耐心介紹，并且通過(guò)PPT流程圖的形式來(lái)更清楚地介紹借助新的信息技術(shù)賦能教育將綠色熒光基因?qū)氪竽c桿菌教師提問(wèn)引導(dǎo)導(dǎo)入方法學(xué)生自主閱讀課本回答重組載體的篩選【提問(wèn)】①將用雙酶切法切割后的連接產(chǎn)物導(dǎo)大腸桿菌后，會(huì)存在哪些受體細(xì)胞類(lèi)型？【提問(wèn)】②如何依據(jù)標(biāo)記基因最終篩選出含有重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞？【提問(wèn)】對(duì)于含有重組質(zhì)粒和質(zhì)粒+質(zhì)粒的這兩種受體細(xì)胞如何篩選呢？【介紹】通過(guò)PCR等進(jìn)行的分子水平的檢測(cè)，這是我們下節(jié)課要繼續(xù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。學(xué)生思考，小組討論并回答問(wèn)題學(xué)生思考，小組討論并回答問(wèn)題學(xué)生回答為下節(jié)課的學(xué)習(xí)做了鋪墊總結(jié)歸納總結(jié)以獲得轉(zhuǎn)入綠色熒光蛋白基因大腸桿菌為例，基因工程的操作程序，強(qiáng)調(diào)基因表達(dá)載體構(gòu)建為核心拓展延伸【介紹】包含綠色熒光蛋白在內(nèi)的多種熒光蛋白可以發(fā)出穩(wěn)定的熒光，不具有物種專(zhuān)一性，易于在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，已作為標(biāo)記物廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域?qū)W生課下進(jìn)一步搜集熒光蛋白相關(guān)資料《基因工程的基本操作程序第2課時(shí)》評(píng)測(cè)練習(xí)1、圖1表示含有目的基因D的DNA片段長(zhǎng)度(bp即堿基對(duì))和部分堿基序列,圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspI、BamHI、MboI、SmaI4種限制性核酸內(nèi)切酶切割的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:1.圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個(gè)堿基之間依次由__________連接。2.若用限制酶SmaI完全切割圖1中DNA片段,產(chǎn)生的末端是__________末端,其產(chǎn)物長(zhǎng)度為_(kāi)_________。3.若圖1中虛線(xiàn)方框內(nèi)的堿基對(duì)被T-A堿基對(duì)替換,那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子分離出圖1及其對(duì)應(yīng)的DNA片段,用限制酶SmaI完全切割,產(chǎn)物中共有__________種不同DNA片段。4.若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過(guò)同種限制酶處理后進(jìn)行,形成重組質(zhì)粒,那么應(yīng)選用的限制酶是__________。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后,為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌,一般需要用添加__________的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)檢測(cè),部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá),其最可能的原因是__________。2、如圖1為某種常用質(zhì)粒的序列圖，LacZ基因編碼的酶能使無(wú)色的X﹣gal變?yōu)樗{(lán)色，Ampr為氨芐青霉素抗性基因。圖2為目的基因的序列及其相關(guān)限制酶的識(shí)別序列。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)若要篩選成功導(dǎo)入目的基因的重組質(zhì)粒，培養(yǎng)基中應(yīng)加入的物質(zhì)有_______________________，構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)需要的工具酶有________________，對(duì)獲取的目的基因可用PCR技術(shù)對(duì)其擴(kuò)增。(2)實(shí)驗(yàn)小組用BamHI和BglII兩種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，構(gòu)建重組質(zhì)粒后導(dǎo)入大腸桿菌中，在篩選重組質(zhì)粒的培養(yǎng)基上，若大腸桿菌菌落顯藍(lán)色，說(shuō)明導(dǎo)入了____________________________。沒(méi)有導(dǎo)入任何外源DNA的大腸桿菌_________(填“能”或“不能”)在該培養(yǎng)基上生存。(3)若質(zhì)粒和目的基因用BamHI和BglII兩種限制酶切割后，用DNA連接酶相連，然后再用BamHI和EcoRI切割成功連接后的重組質(zhì)粒，可獲得長(zhǎng)度不同的_______種DNA片段《基因工程的基本操作程序第2課時(shí)》課后反思本堂課以外源熒光基因如何轉(zhuǎn)入大腸桿菌并得以表達(dá)，如何篩選獲得熒光大腸桿菌為主線(xiàn)，涉及到了完整的基因工程的基本操作程序，其中，設(shè)計(jì)了模擬構(gòu)建基因表達(dá)載體的學(xué)生活動(dòng)，將相對(duì)抽象的