3.2基因工程是一种重组DNA技术(第三课时)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操作收尾环节，涵盖双酶切构建表达载体、重组DNA导入细胞、标记基因筛选鉴定及凝胶电泳鉴定。通过胰岛素工程菌培育闭环情境导入，承接前两课时限制酶、PCR知识，梳理“切—增—接—转—筛”完整链条，搭建知识支架整合多步骤操作逻辑。 该资料以科学思维和探究实践为核心，通过双酶切纸片建模活动让学生直观理解定向重组原理，结合抗性筛选原理图与lacZ显色菌落实物图对比分析筛选逻辑。采用情境导入、分层问题链驱动等方法，融入课程思政，提升学生工程推理与实验能力，为教师提供完整资源与分层任务设计，助力高效教学。

教学设计 课程名称 基因工程是一种重组DNA技术(第三课时) 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 本节课为基因工程全套操作收尾课时，承接前两课时 DNA 剪切工具、PCR 目的基因扩增，依次讲解三大剩余工程操作：双酶切构建表达载体、重组 DNA 导入受体细胞、标记基因筛选鉴定；配套双酶切 DNA 重组建模、抗性筛选 / 显色筛选原理示意图、凝胶电泳鉴定实验、转基因动植物显微注射操作内容；依托 BamHⅠ、MboⅠ 双酶切识别位点示意图，对比单酶切缺陷、双酶切规避载体自连与目的基因反向插入的工程优势；依托抗性筛选原理图、lacZ 显色筛选菌落实物图，讲解两类标记基因筛选菌落判断逻辑；配套探究实验 3-5 PCR 产物凝胶电泳鉴定，使用凝胶电泳装置示意图、电泳缓冲液配方讲解核酸电泳分离原理；最后拓展转基因动植物专用受体细胞、动物 DNA 显微注射操作内容，完整串联 “获取目的基因 — 构建载体 — 导入细胞 — 扩增 — 筛选鉴定” 完整基因工程操作链条，整合全节全部实操底层技术，为基因工程综合应用题提供完整操作框架。 二、学情分析 1. 知识基础 学生掌握限制酶、DNA 连接酶、PCR 扩增全套前置知识点；知道黏性末端碱基互补配对，但对双酶切定向重组设计思路完全陌生；对抗性筛选、lacZ 显色筛选原理陌生，分不清氨苄青霉素抗性、lacZ 显色标记的筛选逻辑；不知道凝胶电泳依靠核酸电荷、分子量分离 DNA 片段；没有接触过动物显微注射、植物农杆菌转化转基因操作；无法整合剪切、扩增、拼接、筛选多步骤形成连贯完整工程链条。 2. 能力基础 高二学生具备基础双酶切位点示意图、筛选原理图、凝胶电泳装置图识图能力，但图文转化双酶切定向重组工程逻辑建模能力薄弱，无法依托两种酶切位点示意图完整推导双酶切工业应用优势；缺少根据胰岛素量产需求自主设计双酶切载体构建方案的工程推理能力；面对载体构建、转化、平板筛选、电泳鉴定多步骤串联流程，难以自主拆分每一步操作目的与控制变量，容易忽略双酶切两种黏性末端、标记基因插入失活关键条件；小组纸片建模仅能简单拼接载体，无法自主分析单酶切重组缺陷，需要教师分层建模任务分步引导归纳。 3. 认知基础 学生存在典型认知误区：认为单酶切、双酶切重组效果完全一致，不清楚单酶切载体自连、目的基因正反插入缺陷；混淆抗性筛选、显色筛选的菌落判断标准，误以为蓝色菌落是含重组质粒阳性菌；不知道 DNA 带负电，电泳向正极迁移；认为所有细胞均可作为转基因受体，忽略动植物专用受精卵、愈伤组织受体细胞要求；不清楚 lacZ 基因插入外源 DNA 后发生失活，无法合成显色产物。 三、教学目标 1. 生命观念（结构与功能相适应、稳态与平衡） 不同限制酶识别独特碱基序列，双酶切产生两种完全不同的黏性末端，实现目的基因定向单向插入载体，体现 DNA 碱基序列决定分子重组方向；质粒上抗性基因、lacZ 基因的结构完整与否，直接决定菌落抗生素耐受、显色性状，基因结构决定细胞可观测性状；DNA 磷酸骨架携带负电荷，电场下向正极电泳迁移，核酸分子量决定电泳迁移速率，体现核酸理化结构决定电泳分离行为；动植物受精卵、愈伤组织全能性高，适合作为转基因受体细胞，细胞分化程度决定全能性高低。 2. 科学思维 依托双酶切位点示意图、载体构建建模图、筛选原理示意图、凝胶电泳装置图，归纳双酶切构建表达载体完整原理；横向对比单酶切、双酶切体外重组的优缺点，推导双酶切工业化应用优势；结合胰岛素量产真实工程案例，推理载体构建、转化、平板筛选每一步操作的底层工程逻辑；预判单酶切重组、无标记载体、电泳电压设置错误对胰岛素菌株培育成功率的干扰，建立 “核酸分子结构→双酶切定向重组→全套基因工程操作→产业化生产” 完整工程推理逻辑。 3. 科学探究 能完整模拟双酶切 DNA 重组建模，清晰描述两种不同黏性末端实现定向插入载体的条件；能解读抗性平板、显色平板菌落生长、显色结果，区分空载体菌落、含重组质粒阳性菌落；能完整梳理凝胶电泳全套操作流程，根据电泳条带位置判断目的基因扩增片段长度；能整合全套基因工程操作，设计简化人胰岛素工程菌培育完整实验方案；能分析无阳性菌落、电泳无扩增条带的实验异常成因并推导改良措施。 4. 社会责任 双酶切精准定向重组、标记基因高效筛选大幅降低重组人胰岛素、转基因抗虫棉产业化生产成本，平价惠民；凝胶电泳核酸鉴定广泛用于临床遗传病基因检测、农作物分子育种；全套体外 DNA 重组、微生物筛选、转基因操作严格遵循生物安全分级管控规范，辩证看待转基因技术正向产业价值与潜在安全风险；我国科研团队自主掌握全套载体构建、筛选鉴定、转基因底层操作技术，突破国外技术垄断，彰显本土生物工程产业创新实力；树立生物技术以造福全民健康、助力农业绿色发展、严守生物安全规范为核心的综合社会责任。 四、教学重难点 重点 1. 双酶切构建表达载体完整原理，单酶切、双酶切重组优缺点对比； 2. 抗生素抗性筛选、lacZ 显色筛选菌落判断逻辑； 3. PCR 产物凝胶电泳鉴定核酸片段原理； 4. 基因工程 “切 — 增 — 接 — 转 — 筛” 完整操作链条整合。 难点 1. 结合两种不同黏性末端，完整解释双酶切规避载体自连、目的基因反向插入的底层分子逻辑； 2. lacZ 标记基因插入失活的结构原理，白色重组菌落、蓝色空载体菌落区分依据； 3. 整合前三课时全部知识点，形成连贯完整基因工程综合解题逻辑。 五、教学方法  完整工程闭环情境导入法：依托胰岛素工程菌培育剩余载体构建、筛选步骤创设闭环情境；  双酶切位点示意图分层讲授法：利用 BamHⅠ、MboⅠ 识别位点图拆解定向重组原理；  纸片建模探究教学法：开展双酶切 DNA 重组分组建模活动；  筛选、电泳案例讲授法：结合抗性 / 显色筛选原理图、凝胶电泳装置图讲解鉴定逻辑；  综合递进对比问题链驱动法：设置单酶切 / 双酶切、两类筛选阶梯对比问题，串联全节知识。 六、教学资源 教材配套素材：BamHⅠ、MboⅠ 两种限制酶识别序列示意图、模拟双酶切 DNA 重组建模任务单、抗性筛选工作原理图、lacZ 显色筛选菌落实物图、凝胶电泳装置示意图、50×TAE 电泳缓冲液配方表格、DNA 显微注射转基因动物操作文本、本节配套思考讨论题、全节综合自我评价习题。 七、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 环节 1 胰岛素工程闭环情境导入，梳理课时主线（4min）  闭环导入：前两课时我们掌握了 DNA 剪切工具、PCR 扩增目的基因，想要获得可量产胰岛素的工程菌，还需要将目的基因和载体精准拼接构建表达载体、导入细菌、筛选获得阳性菌株；本节课完整学习载体构建、转化、筛选鉴定全套收尾操作，整合全节五大工程步骤形成完整链条。  板书本课时四大学习模块：双酶切构建表达载体、重组 DNA 导入受体细胞、标记基因两类筛选鉴定、凝胶电泳核酸产物鉴定与转基因动植物拓展。  回忆限制酶、DNA 连接酶、PCR、质粒载体前置全部知识点，思考如何定向拼接目的基因、怎样筛选含胰岛素基因的细菌。  小组交流完整胰岛素生产工程链条，猜想拼接、筛选需要特殊酶组合、标记基因辅助，记录课时学习框架。 环节 2 模块 1 双酶切构建表达载体（12min）  讲解单酶切固有缺陷：同种限制酶切割产生完全相同的黏性末端，载体可自身环化、目的基因正反双向随机插入，产生大量无效重组分子，工业生产效率极低。  出示 BamHⅠ、MboⅠ 两种限制酶识别序列示意图 讲解双酶切分别切割目的基因两端、质粒多克隆位点，产生两种完全不同的互补黏性末端，只能单向定向拼接，规避载体自连、反向插入缺陷。  开展探究建模 3-4 模拟 DNA 分子重组：发放印有两种酶切位点的目的基因、环状质粒纸片，指导学生沿双酶切位点剪开，依靠配对黏性末端用胶带拼接，抛出分层建模思辨提问： ① 切开的目的基因和质粒，黏性末端有何特点？ ② 切开的目的基因和质粒能够连接的原因是什么？ ③ 若仅使用 BamHⅠ 单酶切，拼接结果是否唯一？存在哪些缺陷？  观看双酶切位点示意图，记录双酶切定向重组原理，分组回答三道建模思辨提问，理解两种不同黏性末端是定向插入的结构基础。  四人小组完成双酶切纸片重组建模，对比单酶切、双酶切拼接产物差异，直观感受双酶切工业优势。  标记考点：双酶切产生两种不同黏性末端，实现目的基因单向定向插入载体。 环节 3 模块 2 重组 DNA 导入受体细胞、两类标记基因筛选鉴定（16min）  讲解转化概念：体外构建完成的重组表达载体，通过物理、化学方法导入受体微生物细胞，该过程称为转化；动植物转基因配套专用手段：动物受精卵显微注射、植物农杆菌转化。  第一类筛选：抗生素抗性筛选，出示抗性筛选工作原理图 讲解质粒携带氨苄青霉素抗性基因，仅导入质粒（空载体 / 重组质粒）的细菌可在含氨苄青霉素平板生长；重组质粒四环素基因因外源 DNA 插入失活，无法在四环素平板生长，实现二次区分。  第二类筛选：lacZ 显色筛选，出示显色筛选原理图与菌落实物图 讲解目的基因插入质粒 lacZ 基因内部，造成 lacZ 基因失活，无法分解无色 X-gal 产生蓝色，重组菌落呈现白色；空载体 lacZ 完整，菌落为蓝色，白色菌落即为含重组质粒阳性菌。  递进对比提问：抗性筛选、显色筛选分别依靠什么基因的表达性状区分阳性菌？白色重组菌落、蓝色空载体菌落形成的分子原因是什么？  拓展探究实验 3-5 PCR 产物凝胶电泳鉴定，出示凝胶电泳装置示意图 讲解 DNA 带负电向正极电泳、核酸分子量越小迁移速度越快，依靠条带位置判断目的基因扩增片段长度。  依次观看抗性筛选、显色筛选、凝胶电泳示意图，记录两类筛选判断标准、电泳分离原理，分组口头回答对比提问。  同桌互相梳理 “双酶切构建载体→转化细菌→平板筛选阳性菌株” 完整流程，绘制简易流程箭头图。  标记易错点：白色菌落 = 含重组质粒阳性菌；蓝色菌落 = 仅含空载体细菌。 环节 4 模块 3 凝胶电泳鉴定、转基因动植物拓展、全节知识整合（8min）  完整讲解凝胶电泳全套操作流程：配置 TAE 电泳缓冲液、制备琼脂糖凝胶、DNA 样品与上样缓冲液混合、加样、通电电泳、紫外灯下观察条带；依靠条带位置判断目的基因片段长度。  拓展转基因动植物专用受体细胞：动物选用受精卵、胚胎干细胞，依靠 DNA 显微注射；植物选用愈伤组织原生质体、生殖细胞，依靠农杆菌转化法。  分层梳理全节完整基因工程五大操作链条：获取目的基因（PCR）→构建表达载体（双酶切重组）→导入受体细胞（转化）→扩增培养→标记基因筛选鉴定，完整对应胰岛素工业化生产全流程。  抛出全节综合思考讨论题，组织小组整合前三课时全部知识点，梳理完整胰岛素生产简化工程方案。  完整阅读转基因动植物操作文本，小组合作整合全节五大工程步骤，串联三大课时工具、PCR、载体筛选全部知识点。  完整作答综合讨论题，梳理胰岛素工程菌全套简化操作方案，完善全章课堂综合笔记。 环节 5 课堂四层完整小结 + 分层课后综合任务（5min）  分层梳理本课时 + 全节完整知识主线：双酶切定向构建表达载体，单酶切 / 双酶切优缺点对比；抗性筛选、lacZ 显色筛选菌落判断逻辑；凝胶电泳核酸产物鉴定原理、转基因动植物转化手段；整合全节 “切 — 增 — 接 — 转 — 筛” 完整基因工程操作链条。  分层布置课后综合巩固任务：基础任务绘制基因工程完整操作流程图；提升任务完整论述双酶切相比单酶切的工业应用优势；拓展任务完成两道自我评价习题，自主梳理完整胰岛素工程菌实验方案。  跟随教师梳理四层综合知识主线，同桌互相抽查双酶切原理、两类筛选判断标准、完整工程链条全部核心知识点，整合三课时全套笔记。  记录三层分层课后巩固任务，小组内简单分配资料查阅、流程图绘制分工。 八、板书设计 九、课程思政 双酶切定向重组、标记基因高效筛选技术大幅降低国产重组人胰岛素、自主知识产权转基因抗虫棉产业化生产成本，让平价基因工程医药、绿色生态转基因农作物普惠大众民生；凝胶电泳核酸鉴定广泛用于临床遗传病筛查、农作物分子育种，助力全民健康与乡村农业提质增收；全套体外 DNA 重组、微生物筛选、转基因实验严格遵循分级生物安全管控规范，引导学生辩证看待转基因技术正向产业价值与安全管控要求；我国科研团队自主掌握全套载体构建、筛选鉴定底层操作技术，突破国外生物试剂长期垄断，彰显本土生物工程全产业链自主创新实力；树立生物技术造福医疗、农业民生，兼顾产业发展、生态保护、生物安全的综合社会责任。 十、教学反思与修改措施 1 教学反思 本节课依托双酶切位点示意图、筛选原理图、凝胶电泳装置图、纸片建模活动完成授课，多数学生记住双酶切、显色筛选基础结论，但短板十分突出：无法完整结合两种黏性末端解释双酶切定向插入、规避载体自连的底层分子逻辑；极易颠倒白色 / 蓝色菌落对应的质粒类型，答题时常误写蓝色为重组阳性菌落；整合全节五大工程步骤时逻辑断裂，无法串联前三课时工具、PCR 前置知识点形成连贯综合链条；小组综合工程方案讨论时间不足，学生多技术横向对比、完整工程推理的综合科学思维薄弱。 2 修改措施 课前发放单酶切 / 双酶切、两类筛选对比填空预习单，提前铺垫区分概念；课堂压缩教师读图讲授时长，增加 10 分钟分组建模、全节综合流程讨论环节；配套双酶切原理、显色筛选菌落辨析、完整工程流程三类专项填空题当堂巩固；课后配套流程图绘制、双酶切优势论述、综合工程方案设计三类习题，夯实分子定向重组逻辑、分层梳理、综合辩证分析能力。 学科网（北京）股份有限公司 $