3.2基因工程是一种重组DNA技术(第二课时)教学设计2026-2027学年高二下学期生物沪科版选修三

该高中生物学教学设计聚焦基因工程中PCR体外扩增技术及DNA提取鉴定实验，以胰岛素基因微量需扩增为情境导入，承接前课时DNA剪切工具知识，通过PCR循环流程图梳理变性、退火、聚合三步温度调控逻辑，为后续载体构建铺垫实验基础。 特色在于融合生命观念（Taq酶耐高温结构适配PCR环境）、科学思维（对比体内复制与PCR差异）、科学探究（分析实验异常现象），采用情境导入、流程图分层讲授及实验案例分析，如通过乙醇沉淀原理讲解DNA提取，培养学生实验操作与逻辑推理能力，助力教师高效教学。

教学设计 课程名称 基因工程是一种重组DNA技术(第二课时) 选用教材 高中生物沪科版选修三 教学章节 第三章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课承接第 1 课时 DNA 剪切拼接工具，聚焦基因工程获取目的基因核心技术 PCR 体外扩增，先区分不同目的基因获取方式，重点讲解穆利斯发明的 PCR 扩增技术；依托 PCR 三步循环流程图、PCR 扩增仪实物图，清晰展示变性、退火、聚合三步体外 DNA 扩增温度调控逻辑；配套探究实验 3-2 DNA 提取和鉴定，讲解乙醇沉淀 DNA、二苯胺显色鉴定全套实验室操作；设置探究实验 3-3 PCR 扩增 DNA 原理与操作，展示 PCR 体系配方、温度循环参数；搭配思维训练分析 PCR 引物、耐热 DNA 聚合酶的专用要求，对比体内 DNA 复制与 PCR 扩增差异。本节课搭建目的基因扩增、核酸提取纯化实验基础，为下课时载体构建、筛选鉴定铺垫核酸扩增实验原理。 二、学情分析 1. 知识基础 学生掌握 DNA 双螺旋、碱基互补配对、体内 DNA 复制、限制酶与连接酶基础知识点；知道 DNA 氢键、磷酸二酯键化学键，但完全不理解 PCR 高温变性替代解旋酶的分子机制；不清楚 Taq 耐热 DNA 聚合酶耐高温的核心优势；对 DNA 乙醇沉淀、二苯胺显色鉴定实验原理陌生；分不清体内 DNA 复制、PCR 扩增在酶、温度、解旋方式上的差异；无核酸提取、PCR 实验室实操经验。 2. 能力基础 高二学生具备基础循环流程图、仪器实物图、实验配方表格识图能力，但图文转化 PCR 温度调控机制建模能力薄弱，无法依托 PCR 循环图完整梳理变性、退火、聚合对应的分子变化；缺少根据微量目的基因扩增需求自主设计 PCR 实验条件的推理能力；面对 PCR 体系、DNA 提取多步骤操作，难以自主拆分每一步操作目的与控制变量，需要教师分层实验任务分步引导。 3. 认知基础 学生存在典型认知误区：认为 PCR 全程恒温、需要解旋酶，不清楚 95℃高温直接解开双链；不知道引物依靠碱基互补配对锁定扩增区间；误以为普通 DNA 聚合酶可用于 PCR 扩增，忽略高温失活缺陷；混淆二苯胺显色反应的反应条件，不清楚只有 DNA 脱氧核糖能发生蓝色显色；分不清体内复制、PCR 扩增引物来源差异。 三、教学目标 1. 生命观念（稳态与平衡、结构与功能相适应） 依靠三段梯度温度人为调控 DNA 双链解离、引物配对、子链延伸，体外模拟细胞内 DNA 复制稳态环境；DNA 在高浓度冷冻乙醇中溶解度下降可沉淀析出，酸性加热条件下 DNA 与二苯胺特异性显色，体现核酸理化结构决定分离、鉴定实验功能；引物与模板碱基互补配对是 PCR 特异性扩增的结构基础，Taq 耐热 DNA 聚合酶耐高温的分子结构适配 PCR 高温循环环境。 2. 科学思维 依托 PCR 循环流程图、扩增仪实物图、实验配方表格，归纳变性、退火、聚合三步温度对应的分子变化；横向对比体内 DNA 复制与 PCR 扩增的原料、酶、温度、解旋方式差异；结合胰岛素量产案例，推理 PCR 微量模板高效扩增目的基因的产业优势；预判温度设置错误、缺少引物、普通 DNA 聚合酶对扩增结果的干扰，建立 “核酸理化性质→温度调控→体外扩增实验” 完整推理逻辑。 3. 科学探究 能完整梳理 DNA 提取、二苯胺鉴定全套实验室操作，解释乙醇冷冻、SDS 裂解、60℃水浴显色每一步操作目的；能解读 PCR 体系配方、三步循环温度参数，分析引物、Taq 酶、dNTP 各自功能；能根据 PCR 无扩增条带、DNA 无蓝色显色的异常实验现象推导改良操作方案。 4. 社会责任 PCR 扩增技术支撑重组人胰岛素工程菌株培育、临床核酸病毒检测、农作物分子育种，普惠医疗与农业；DNA 提取、PCR 全套实验严格遵循无菌、低温生物安全操作规范；穆利斯立足基础分子原理创新 PCR 技术，培养学生依托基础理论开展工程创新的科研品格；国产 PCR 扩增仪、Taq 耐热酶实现量产，打破国外仪器试剂垄断，彰显本土生物产业创新实力。 四、教学重难点 重点 1. PCR 变性、退火、聚合三步循环完整原理，各阶段温度与分子变化； 2. PCR 反应全套试剂功能，Taq 耐热 DNA 聚合酶、引物的专用要求； 3. DNA 提取乙醇沉淀、二苯胺显色鉴定实验原理与操作。 难点 1. PCR 高温变性替代解旋酶，无需解旋酶参与的分子底层逻辑； 2. 体内 DNA 复制、PCR 扩增多维度对比区分； 3. 引物依靠碱基互补配对特异性锁定目的基因扩增区间的原理。 五、教学方法  微量基因扩增需求情境导入法：以人体胰岛素基因样本微量，需要 PCR 海量扩增创设情境；  流程图分层讲授法：利用 PCR 三步循环示意图拆解温度调控分子过程；  实验室实操案例讲授法：结合 DNA 提取、PCR 两组实验分步讲解理化操作原理；  横向对比问题链驱动法：设置体内复制与 PCR 对比阶梯问题，推导技术差异；  科学史拓展讲授法：补充穆利斯发明 PCR 的科研历程。 六、教学资源 教材配套素材：PCR 的基本程序流程图、PCR 扩增仪实物图、DNA 提取实验文本、PCR 体系配方表格、50×TAE 电泳缓冲液配方表、二苯胺鉴定实验步骤文本、本节思维训练与思考讨论题。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节 1 微量基因扩增情境导入，梳理课时主线（5min）  情境导入：从人体细胞提取的人胰岛素基因 DNA 样本总量极少，无法直接开展载体剪切拼接，需要依靠 PCR 体外扩增技术，微量模板循环扩增获得海量目的基因；本节课学习 PCR 完整扩增原理，同步学习 DNA 提取、核酸鉴定两组基础实验室实验。  出示 PCR 的基本程序流程图 完整展示变性、退火、聚合三步循环分子变化，板书本课时两大模块：PCR 扩增完整原理、DNA 提取和鉴定探究实验。  回忆体内 DNA 复制、解旋酶作用旧知，思考 PCR 如何不用解旋酶、三段温度分别起到什么作用。  观看 PCR 循环流程图，小组交流微量 DNA 扩增的解决思路，明确课时学习框架。 环节 2 模块 1 PCR 扩增三步循环核心原理（13min）  界定 PCR 技术：体外模拟细胞内 DNA 复制过程的核酸扩增技术，发明者穆利斯；微量 DNA 模板经多轮循环可指数扩增目的基因片段。  分步讲解三步循环配套温度与分子变化： ① 变性：系统升温至 95℃，双链 DNA 氢键断裂，完全解旋形成单链模板，无需解旋酶； ② 退火：系统降温至 55~68℃，两条人工引物依靠碱基互补配对分别结合两条单链模板两端； ③ 聚合：系统升温至 75℃，Taq 耐热 DNA 聚合酶从引物末端反向合成新 DNA 子链。  出示 PCR 扩增仪实物照片 讲解仪器自动完成全程温度升降循环，多次循环后模板呈指数扩增。  递进思辨提问：PCR 为什么不需要解旋酶？引物的作用是什么？普通 DNA 聚合酶不能用于 PCR 的根本原因？  组织小组合作绘制表格，横向对比体内 DNA 复制、PCR 扩增的差异。  观看 PCR 循环流程图、扩增仪实物图，记录三步循环温度、分子变化，分组回答思辨提问，理解高温变性替代解旋酶的机制。  小组合作完成体内复制、PCR 对比表格绘制，梳理酶、温度、解旋方式四大差异。  标记考点：Taq 酶耐高温；95℃高温变性解旋；引物锁定扩增区间。 环节 3 模块 2 DNA 提取、二苯胺鉴定探究实验（14min）  讲解探究实验 3-2 DNA 提取分离原理：高浓度冷冻乙醇降低 DNA 溶解度，析出絮状 DNA 沉淀；SDS 裂解动物肝脏细胞膜，释放细胞内核酸；分步讲解取材、裂解、乙醇冷冻沉淀、玻璃棒缠绕 DNA 全套操作步骤。  讲解 DNA 鉴定原理：DNA 分子脱氧核糖在酸性加热条件下，与二苯胺试剂发生特异性反应，生成蓝色化合物；RNA、蛋白质无该显色反应。  分层抛出实验结果分析问题：冷冻乙醇的作用、SDS 的功能、杂质是否干扰二苯胺显色。  拓展探究实验 3-3 PCR 扩增实操，展示 PCR 体系配方表格，讲解模板、引物、Taq 酶、dNTP、缓冲液五大反应组分各自功能。  完整阅读两组实验操作文本，小组交流每一步实验操作对应的核酸理化性质，梳理乙醇沉淀、二苯胺显色核心原理。  同桌互相梳理 DNA 提取、鉴定完整实验流程，区分实验试剂各自作用。  记录课后任务：梳理 PCR 三步循环流程，预习下课时载体构建内容。 环节 4 模块 3 PCR 配套思维训练拓展（7min）  讲解思维训练核心问题：PCR 扩增必须使用引物和耐热 DNA 聚合酶的底层原因；引物依靠碱基互补配对锚定模板，低温退火实现特异性结合；高温循环要求聚合酶耐高温。  抛出三道配套思考讨论题，组织小组完整交流作答，梳理 PCR 扩增特异性的两大控制条件：引物序列匹配、退火温度精准调控。  小组合作完整讨论三道思维训练题，总结引物、Taq 酶对 PCR 扩增成败的关键作用。  完善课堂笔记，整理 PCR 全套原理与实验要点。 环节 5 课堂小结与分层课后任务（6min） · 分层梳理全课主线：PCR 变性 / 退火 / 聚合三步温度循环原理，Taq 酶、引物核心功能；DNA 乙醇沉淀提取、二苯胺蓝色鉴定实验原理。 · 分层布置课后任务：基础任务绘制 PCR 三步循环简图；提升任务完整论述通用遗传密码、质粒运载体、工具酶分别在重组 DNA 技术中的核心作用；拓展任务完成两道自我评价习题作答。 · 跟随教师梳理两层知识主线，同桌互相抽查 PCR 三段温度、DNA 提取实验核心知识点，完善全套课堂笔记。 · 通读下课时预习文本，简单分配资料查阅分工，记录三层分层课后巩固任务。 八、板书设计 九、课程思政 穆利斯数十年深耕分子复制基础研究，循序渐进完成 PCR 技术创新，体现科学探究持之以恒、依托基础理论实现技术突破的科研规律；PCR 核酸扩增广泛用于全民病毒核酸筛查、糖尿病用药菌株研发，普惠全民健康与农业生产；DNA 提取、PCR 全套实验室操作要求低温、无菌、精准控温，培养科研从业者严谨细致、规范操作的职业品格；国产 PCR 扩增仪、Taq 耐热酶实现自主量产，摆脱国外仪器试剂垄断，彰显我国分子生物工程自主创新实力；引导学生树立生物技术发展以造福全民健康、助力产业发展为核心价值的社会责任。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托 PCR 流程图、两组实验文本完成授课，多数学生记住 PCR 三步基础温度，但短板突出：无法完整解释高温变性替代解旋酶的分子机制；极易混淆体内 DNA 复制、PCR 扩增的酶与引物差异；答题时常忽略 Taq 酶耐高温这一核心前提；小组实验原理讨论时间不足，学生自主推导实验试剂功能、分析异常扩增结果的探究能力薄弱。 2 修改措施 课前发放 PCR 三步循环填空预习单，提前铺垫温度对应的分子变化；课堂压缩教师读图讲授时长，增加 10 分钟小组对比、理论逻辑推演讨论环节；配套体内复制与 PCR 辨析、跨物种基因表达原理专项填空题当堂巩固；课后配套 PCR 流程绘图、实验异常结果分析论述三类专项习题，夯实分子遗传底层逻辑、分层梳理、综合辩证分析能力。 学科网（北京）股份有限公司 $