《基因工程專題復(fù)習(xí)——轉(zhuǎn)基因“造血”水稻的培育》教材分析本節(jié)課選自人教版高中生物學(xué)選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》第三章“基因工程”?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》要求學(xué)生能夠針對(duì)人類生產(chǎn)或生活的某一需求，選取恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)和方法，提出初步的工程學(xué)設(shè)計(jì)構(gòu)想并完成簡(jiǎn)單應(yīng)用。學(xué)生已經(jīng)熟練掌握了基因工程的基本操作程序，對(duì)基因表達(dá)載體的構(gòu)建也已熟悉，因此，在高二專題復(fù)習(xí)中，基于真實(shí)情境的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)成為進(jìn)一步提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要舉措。本節(jié)課以轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的培育為主體任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過合作探究、模型構(gòu)建等手段，逐步完成各項(xiàng)任務(wù)，從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。二、教學(xué)目標(biāo)1、通過設(shè)計(jì)培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的技術(shù)路線圖，能夠用流程圖概括基因工程的基本操作程序，形成單元大概念“基因工程賦予生物新的遺傳特性”，發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，提高解決問題的能力。2、通過對(duì)pCAMBIA1302載體中多個(gè)限制酶進(jìn)行篩選，能夠選擇合適的酶切方案構(gòu)建基因表達(dá)載體，總結(jié)限制酶的選擇方法，提高歸納與概括能力、邏輯思維能力與知識(shí)的遷移能力。3、通過模擬單酶切法和雙酶切法構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程，分析兩種方法產(chǎn)生的結(jié)果，體會(huì)雙酶切法的優(yōu)勢(shì)。4、通過辯論轉(zhuǎn)基因生物的利與弊，能夠以理性的態(tài)度對(duì)待基因工程技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，形成科學(xué)的價(jià)值觀和倫理觀，認(rèn)同我國(guó)科研工作者在基因工程領(lǐng)域取得的成就。三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：基因工程的基本操作程序難點(diǎn)：限制酶的選擇方法四、教具和手段多媒體課件、模型構(gòu)建。五、教法學(xué)法為體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、技能、和生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的提高，確立本節(jié)的教法為演示法、講授法。通過模型建構(gòu)等教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)育人目標(biāo)。六、教學(xué)思路關(guān)鍵環(huán)節(jié)學(xué)生活動(dòng)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展完成知識(shí)演練練習(xí)題鞏固所學(xué)知識(shí)，提高知識(shí)應(yīng)用能力。檢測(cè)反饋培養(yǎng)科學(xué)思維與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)，最終形成"理性看待技術(shù)發(fā)展，嚴(yán)守倫理底線"的價(jià)值觀。體驗(yàn)科研真實(shí)情境，拓展思維，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。保持思維的連貫性，形成對(duì)基因工程的整體認(rèn)識(shí)，發(fā)展工程思維?；顒?dòng)5：利用AI工具查找資料，小組討論，以“轉(zhuǎn)基因藥用作物的利大于弊/弊大于利”為主題進(jìn)行辯論。任務(wù)三：“轉(zhuǎn)基因生物的利與弊”辯論會(huì)任務(wù)二：培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的基本操作程序任務(wù)一：設(shè)計(jì)培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的技術(shù)路線圖活動(dòng)4：閱讀資料，自主思考，選擇合適的抗生素對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行篩選?；顒?dòng)3：小組合作，利用卡紙模擬基因表達(dá)載體構(gòu)建過程。完成知識(shí)演練練習(xí)題鞏固所學(xué)知識(shí)，提高知識(shí)應(yīng)用能力。檢測(cè)反饋培養(yǎng)科學(xué)思維與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)，最終形成"理性看待技術(shù)發(fā)展，嚴(yán)守倫理底線"的價(jià)值觀。體驗(yàn)科研真實(shí)情境，拓展思維，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。保持思維的連貫性，形成對(duì)基因工程的整體認(rèn)識(shí)，發(fā)展工程思維?；顒?dòng)5：利用AI工具查找資料，小組討論，以“轉(zhuǎn)基因藥用作物的利大于弊/弊大于利”為主題進(jìn)行辯論。任務(wù)三：“轉(zhuǎn)基因生物的利與弊”辯論會(huì)任務(wù)二：培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的基本操作程序任務(wù)一：設(shè)計(jì)培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的技術(shù)路線圖活動(dòng)4：閱讀資料，自主思考，選擇合適的抗生素對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行篩選?；顒?dòng)3：小組合作，利用卡紙模擬基因表達(dá)載體構(gòu)建過程。活動(dòng)2：根據(jù)質(zhì)粒圖譜和基因在DNA上的位置示意圖，小組討論，分析設(shè)計(jì)出可行的限制酶選擇方案?；顒?dòng)1：小組討論，根據(jù)基因工程的基本操作程序，設(shè)計(jì)培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的技術(shù)路線圖。創(chuàng)設(shè)情境創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和自信心。觀看水稻生產(chǎn)人血清白蛋白的科技成果新聞視頻，思考轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的培育方法。七、教學(xué)過程學(xué)習(xí)任務(wù)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖創(chuàng)設(shè)情境【播放視頻】播放中國(guó)禾元生物“稻米造血”技術(shù)的新聞視頻，展示水稻生產(chǎn)人血清白蛋白的科技成果?！咎岢鰡栴}】如何利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因造“血”水稻？【分析思考】觀看視頻，思考問題。創(chuàng)設(shè)情境，以看似天方夜譚，但是卻真實(shí)且前沿的“稻米造血”新聞引入課堂，能夠迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過介紹我國(guó)首創(chuàng)“稻米造血”技術(shù)的巨大科技成就，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和自信心。任務(wù)一：設(shè)計(jì)培育轉(zhuǎn)基因“造血”水稻的技術(shù)路線圖【布置學(xué)習(xí)任務(wù)】展示資料：展示資料：人血清白蛋白（HSA）主要由ALB基因編碼，ALB基因全長(zhǎng)約16.5kb。組織學(xué)生小組討論，說出培育轉(zhuǎn)基因“造血”水稻的基本思路，引導(dǎo)學(xué)生逐步生成基因工程的基本操作的四個(gè)步驟：目的基因的篩選與獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定?！拘〗M討論】活動(dòng)1：回憶基因工程的基本操作程序，小組討論培育轉(zhuǎn)基因“造血”水稻的基本思路。引導(dǎo)學(xué)生在完成任務(wù)的過程中回顧上節(jié)課的知識(shí)，梳理基因工程的基本操作程序，突出學(xué)習(xí)主干，保持學(xué)生思維的連貫性，幫助學(xué)生形成對(duì)基因工程的整體認(rèn)識(shí)，發(fā)展工程思維。任務(wù)二：基因表達(dá)載體的構(gòu)建【提出問題】提出問題：目的基因的獲取方法有哪些？引導(dǎo)學(xué)生回憶目的基因的獲取方法?！菊故緢D片】展示數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)站圖片，演示利用AI工具（豆包、Deepseek）從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得ALB基因的DNA序列的過程（人類血清白蛋白基因）?！净仡櫯f知】回憶目的基因的獲取方法，回答：人工合成、PCR、從基因文庫(kù)中獲取?！居^看視頻】觀看利用AI工具從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得ALB基因的DNA序列的方法。引導(dǎo)學(xué)生回憶目的基因的獲取方法，培養(yǎng)學(xué)生借助AI獲取信息、分析問題的能力，使學(xué)生深刻感悟科學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?！菊故緢D譜】展示基因表達(dá)載體結(jié)構(gòu)圖，引導(dǎo)學(xué)生將基因表達(dá)載體的組成元件以及其功能。【展示圖片】展示構(gòu)建基因表達(dá)載體的流程圖，引導(dǎo)學(xué)生回憶基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程?！菊故举Y料】展示ALB基因在DNA上的位置示意圖以及pCAMBIA質(zhì)粒圖譜，組織學(xué)生思考：酶切質(zhì)粒和基因時(shí)，可行的限制酶選擇方案是什么？【組織學(xué)生活動(dòng)】組織學(xué)生利用卡紙來模擬基因表達(dá)載體構(gòu)建過程，并組織學(xué)生分享單酶切法和雙酶切法的結(jié)果，分析比較兩種酶切方法?！狙a(bǔ)充知識(shí)】補(bǔ)充科研實(shí)際操作過程中的問題：雖然雙酶切法的重組的效率和準(zhǔn)確性更高，但是在利用Spe1和MauBI進(jìn)行雙酶切時(shí)，也破壞了綠色熒光蛋白基因，因此，如果后續(xù)實(shí)驗(yàn)需要用到綠色熒光蛋白時(shí)，我們應(yīng)該選擇——Spe1進(jìn)行單酶切。因此，在實(shí)際操作的過程中，我們需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求，進(jìn)行綜合考慮，合理的選擇限制酶?！練w納總結(jié)】引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)限制酶的選擇原則?！緩?fù)習(xí)回顧】引導(dǎo)學(xué)生回憶將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法，引出導(dǎo)入植物細(xì)胞最常用的方法：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法?！咎岢鰡栴}】在篩選過程中分別選用哪種抗生素？補(bǔ)充資料：潮霉素通過抑制原核生物和真核生物的蛋白質(zhì)翻譯發(fā)揮作用，但許多農(nóng)桿菌菌株對(duì)潮霉素具有天然耐藥性?！緩?fù)習(xí)回顧】引導(dǎo)學(xué)生回憶目的基因的檢測(cè)與鑒定【提出問題】在篩選基因工程的哪一環(huán)節(jié)起決定性作用？【分析思考】將基因表達(dá)載體結(jié)構(gòu)圖補(bǔ)充完整，回答：載體需要具備啟動(dòng)子——RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄；終止子——RNA聚合酶脫離的位點(diǎn)，終止轉(zhuǎn)錄。標(biāo)記基因——篩選重組DNA分子；復(fù)制原點(diǎn)——復(fù)制起始點(diǎn)?！净卮饐栴}】回憶并敘述基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程?！舅伎挤治觥炕顒?dòng)2：小組討論分析pCAMBIA1302載體和ALB基因在DNA上的位置示意圖，設(shè)計(jì)出可行的限制酶選擇方案。方案一：用Spe1進(jìn)行單酶切。方案二：用Spe1和MauBI進(jìn)行雙酶切?！灸Ｐ徒?gòu)】活動(dòng)3：小組合作，利用卡紙模擬基因表達(dá)載體構(gòu)建過程，小組代表進(jìn)行展示。13組模擬方案一：?jiǎn)蚊盖蟹?gòu)建基因表達(dá)載體的過程，觀察可能出現(xiàn)的結(jié)果。46組模擬利用方案二：?jiǎn)蚊盖蟹?gòu)建基因表達(dá)載體的過程，分析可能出現(xiàn)的結(jié)果。小組代表分享單酶切法和雙酶切法的結(jié)果，比較分析利用單酶切法和雙酶切法構(gòu)建基因表達(dá)載體的優(yōu)缺點(diǎn)，說出雙酶切法的優(yōu)勢(shì)：防止載體自連、目的基因自連、目的基因與載體的反向連接，提高重組的效率和準(zhǔn)確性?！菊J(rèn)真聽講】認(rèn)識(shí)到實(shí)際操作過程中的問題?！練w納總結(jié)】歸納總結(jié)限制酶的選擇原則：①確保出現(xiàn)相同的黏性末端②切割目的基因時(shí)：不破壞目的基因③切割載體時(shí)：保留啟動(dòng)子、終止子、復(fù)制原點(diǎn)以及至少保留一個(gè)標(biāo)記基因④為提高重組效率，優(yōu)先考慮雙酶切法【復(fù)習(xí)回顧】回憶將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法：導(dǎo)入植物細(xì)胞：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法；導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞：顯微注法；導(dǎo)入微生物細(xì)胞：Ca2+處理法?！拘〗M討論】活動(dòng)4：小組討論在篩選過程中分別選用的抗生素：用卡那霉素篩選農(nóng)桿菌、用潮霉素篩選水稻細(xì)胞?！舅伎蓟卮稹炕虮磉_(dá)載體的構(gòu)建，因?yàn)楫?dāng)限制酶的選擇方案確定時(shí)，就會(huì)影響后續(xù)目的基因的篩選方案、目的基因是否表達(dá)、甚至質(zhì)粒的基本功能是否得到保障。因此，基因表達(dá)載體的構(gòu)建時(shí)基因工程的核心工作！pCAMBIA質(zhì)粒具有真實(shí)性與復(fù)雜性，為學(xué)習(xí)任務(wù)提供了較多的延伸空間，引入復(fù)習(xí)課能更好地激發(fā)學(xué)習(xí)好奇心和探究興趣。借助科研工作的真實(shí)實(shí)例幫助學(xué)生在鞏固知識(shí)的同時(shí)，能夠適當(dāng)拓展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。通過小組合作利用卡紙模擬基因表達(dá)載體構(gòu)建過程，可以將微觀的質(zhì)粒和目的基因結(jié)構(gòu)可視化，突破載體自連、目的基因自連、目的基因與載體反向連接的難點(diǎn)。通過歸納總結(jié)限制酶的選擇原則，培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括的科學(xué)思維。通過思考篩選的抗生素，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。任務(wù)三：“轉(zhuǎn)基因生物的利與弊”辯論會(huì)【組織辯論】組織學(xué)生利用AI工具查找相關(guān)資料，針對(duì)“轉(zhuǎn)基因生物的利大于弊/弊大于利”進(jìn)行辯論?！究偨Y(jié)升華】展示袁隆平智能體說出袁隆平院士對(duì)轉(zhuǎn)基因生物的態(tài)度。科技是火種，倫理是燈罩。就像袁隆平院士所說：既要勇于創(chuàng)新，又要如履薄冰?！具M(jìn)行辯論】活動(dòng)5：學(xué)生利用AI工具查找資料，小組討論，以“轉(zhuǎn)基因藥用作物的利大于弊/弊大于利”為主題進(jìn)行辯論。通過辯論賽，運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)辯證分析科技倫理問題，培養(yǎng)其科學(xué)思維與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)，最終形成"理性看待技術(shù)發(fā)展，嚴(yán)守倫理底線"的價(jià)值觀。通過辯論的過程，提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。知識(shí)演練【組織知識(shí)演練】引導(dǎo)學(xué)生完成知識(shí)演練題?！惊?dú)立思考】思考，并在學(xué)案上完成檢測(cè)題。檢測(cè)學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的掌握，鞏固所學(xué)知識(shí)，提高知識(shí)應(yīng)用能力。課后作業(yè)【布置作業(yè)】基礎(chǔ)作業(yè)：完成智慧中小學(xué)平臺(tái)基礎(chǔ)組練習(xí)題。提升作業(yè)：1.完成智慧中小學(xué)平臺(tái)提升組練習(xí)題。2.思考：培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物通常把目的基因?qū)肴~綠體基因組，目的是什么？拓展作業(yè)：查找資料，攥寫《轉(zhuǎn)基因水稻的風(fēng)險(xiǎn)防控方案》，上傳智慧中小學(xué)平臺(tái)?！就瓿勺鳂I(yè)】合理分配時(shí)間，認(rèn)真完成作業(yè)。鞏固知識(shí)，為后續(xù)復(fù)習(xí)做鋪墊。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注基因工程技術(shù)對(duì)環(huán)境、生物多樣性或?qū)ι鐣?huì)所造成的影響，理性看待基因該工程技術(shù)。課堂檢測(cè)習(xí)題：下圖是培養(yǎng)抗凍轉(zhuǎn)基因番茄的流程圖，不同限制酶在目的基因片段和質(zhì)粒上的切割位點(diǎn)如下圖所示。請(qǐng)回答下列問題：(1)①過程表示，該過程需要用限制酶（填圖中名稱）切割目的基因片段和質(zhì)粒；與單酶切相比，雙酶切的優(yōu)點(diǎn)是。(2)A中的有啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的作用。③過程篩選導(dǎo)入A的農(nóng)桿菌時(shí)，需要在培養(yǎng)基中加入。(3)質(zhì)粒中含有的堿基有，選用Ti質(zhì)粒作為載體的原因是。(4)④過程的原理是，根細(xì)胞通過過程形成番茄植株。(5)檢測(cè)番茄植株中是否含有目的基因要運(yùn)用技術(shù)，該技術(shù)的原理是。八、教學(xué)反思本節(jié)課圍繞轉(zhuǎn)基因造“血”水稻的真實(shí)情境展開教學(xué)，旨在通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)和合作探究，幫助學(xué)生鞏固基因工程的核心知識(shí)，提升科學(xué)思維與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。本節(jié)課的亮點(diǎn)：1.情境創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣通過播放“稻米造血”技術(shù)的新聞視頻，學(xué)生迅速被這一前沿科技吸引，課堂氛圍活躍。真實(shí)情境的引入不僅增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感，也為后續(xù)任務(wù)提供了明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。2.任務(wù)驅(qū)動(dòng)促進(jìn)知識(shí)整合以“設(shè)計(jì)技術(shù)路線圖”“構(gòu)建基因表達(dá)載體”“辯論轉(zhuǎn)基因利弊”三大任務(wù)為主線，學(xué)生通過小組討論、模型構(gòu)建等活動(dòng)，逐步梳理基因工程的操作程序。尤