3.2基因工程的基本操作程序教学设计2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

3.2 基因工程的基本操作程序 一、教材分析 （一）教学目标 1.阐明基因工程的原理和基本操作程序。 2.针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案。 3.尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。 （二）教学重点和难点 1.教学重点 （1）基因工程基本操作程序的四个步骤。（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。 2.教学难点 （1）利用PCR获取和扩增目的基因。（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。 （三）编写思路 本节是本章的核心，具有承上启下的作用。本节内容体现了前一节介绍的“分子工具”的综合运用，涉及的技术和操作流程又是后一节介绍的基因工程应用的基础。本节开篇“从社会中来”栏目中的内容与章引言相呼应，继续使用我国科学家取得的重大科技成果--成功培育转基因抗虫棉作为情境素材。与章引言从转基因抗虫棉产生的背景引人不同，这里突出了种植转基因抗虫棉产生的社会效益和经济效益，进而提出指向本节学习重点的问题，引导学生分析、讨论。 本节对基因工程基本操作程序的介绍同样贯串在培育转基因抗虫棉的情境中。有了情境的依托，学生学习的积极性被调动起来，相关的知识不再孤立，便于学生理解和掌握。由于限定在一个具体的情境中，因此知识内容的范围会发生一定的变化。教材在保证学生知识结构的系统性和完整性的基础上，对有的内容进行了补充，有的内容进行了简化。例如，因为筛选合适的目的基因是基因工程操作的第一步，也是转基因产品安全性的重要保障，所以教材中增加了对相关内容的阐述；因为在我国首批具有较高抗虫活性的转基因抗虫棉的培育过程中，科学家是人工合成了目的基因，而现在常用PCR特异性地快速扩增目的基因，所以教材不再详细阐述从基因文库中获取目的基因的方法，只是简要提及还可以通过构建基因文库来获取目的基因；因为科学家是通过花粉管通道法将目的基因导入了棉花细胞，所以教材正文介绍了花粉管通道法，而将另一种导人目的基因的方法一农杆菌转化法的介绍放在了“资料卡”中，让学生阅读和了解等。上述内容的变化并不会对学生掌握本节学习的要点产生影响。本节教学难点颇多，学生学习有一定的困难，削枝强干能降低他们学习的负担，提高学习的效果。在阐明了培育转基因抗虫棉的四个基本步骤后，教材再推而广之，概括了基因工程的基本操作流程，并简单补充介绍了基因工程涉及的其他技术和方法。最后，教材还升华了学生的情感，引导他们以科学、理性的态度对待基因工程取得的成果。 本节“到社会中去”栏目中的内容还是与培育转基因抗虫棉有关，教材通过引导学生分析棉铃虫对转基因抗虫棉的抗性问题，来培养学生的工程思维，让他们认识到在进行工程设计、决策或风险评估时，不但要预估该工程近期的和直接的结果，还要预估远期的和间接的结果；既要预估工程产生的正面效益，又要预估它可能产生的负面影响，从而采取相应的防范措施。 本节教材编写值得关注的还有，对教学难点——利用PCR获取和扩增目的基因的处理。教材首先结合学生学习过的DNA复制的知识帮助学生分析PCR所需的基本条件；然后通过一张对开页的大图让PCR需要的条件和设备、PCR的原理和反应过程一目了然；本节最后还安排了“探究·实践 DNA片段的扩增及电泳鉴定”活动，让学生学习相关操作，加深对PCR的认识。该实验的步骤较多，对学生统筹协调各个实验环节的能力提出了较高要求。 特别提示 教材中提到在PCR反应体系中加人了四种脱氧核昔酸，这是作了简化处理、便于学生理解的表述。在实际操作时，加入的是四种脱氧核昔三磷酸（dATP、dTTP、dGTP和dCTP）。这些分子都有三个磷酸基团，基团之间通过高能磷酸键相连。在DNA聚合酶催化新链合成的过程中，每掺人一个核昔酸，伴随着两个高能磷酸键的断裂，由此释放出来的能量可以满足核昔酸聚合反应的需求。[10] 二、教学建议 本节内容较多，建议教学整体安排3~4课时，其中探究活动1~2课时。具体的教学建议如下。 （一）让学生明确为什么基因工程的基本操作程序要分为四个步骤引导学生分析基因工程每一步操作的必要性，可以帮助他们真正理解基因工程的操作流程。为什么要有“目的基因的筛选与获取”这一步？建议引导学生回顾基因工程的概念：“基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”可以说这既是概念，又是原理。这里所说的“更符合人们需要”就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。有了目的基因，我们才能赋予一种生物新的遗传特性。 为什么要有“基因表达载体的构建”这一步？因为单独的DNA片段-一目的基因是不能稳定遗传的。教材中提到构建基因表达载体的目的是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。 为什么要