1、 “基因表達載體的構建” 章節(jié)名稱人教版 普通高中 選修3 現(xiàn)代生物科技專題 專題1 1.2“基因工程的基本操作程序”教材分析（一）教材簡析 人教版高中生物(選修3)現(xiàn)代生物科技專題專題1中的“基因表達載體的構建”，是基因工程的基本操作程序中的第二步，也是基因工程的核心，與普通高中生物課程標準中關于基因工程方面的具體內(nèi)容標準之“簡述基因工程的原理及技術”相一致。在福建省高考的考試說明中屬于理解層次，要求學生能在較復雜的情境中綜合運用其進行分析、判斷和推理。（二）教材的地位和作用基因工程的基本操作程序專題1基因工程的重中之重，是本專題的核心，是高考和省市質檢的重點和難點。而本節(jié)課“基因表達載體的

2、構建”是基因工程的核心。該節(jié)內(nèi)容上承dna重組技術的基本工具，下接基因工程操作程序第3、4步以及基因工程的應用， 統(tǒng)覽全冊，與本節(jié)內(nèi)容有關的章節(jié)很多，所以學會、學好本節(jié)內(nèi)容直接關系后面的學習。（三）教學總體目標分析基因表達載體的構建過程，由于是dna分子水平的操作，學生難以獲得感性認識。而該內(nèi)容涉及的限制酶的選擇和篩選以及標記基因的作用等成為了考試的熱點內(nèi)容，但學生在解答過程中普遍反映難。導致學生困惑的主要原因是教師在教學過程中往往停留在基因工程的理想化的簡要步驟的層面上，而重組質粒的形成、特點、表達、篩選等核心問題闡述不足。高中階段的生物教學不是培養(yǎng)學科專家，而要著力于提高學生的科學素養(yǎng)。所

3、以在本節(jié)課的設計中，通過一個具體的理論探究情境，基于微課的先學后教，利用紙質模型體驗目的基因與運載體結合構建表達載體的過程。這樣，學生的學習就不再是簡單的知識記憶，而是對重要概念的構建，以期培養(yǎng)和發(fā)展他們的思維能力。學情分析課前學生已經(jīng)通過微課學習了“基因表達載體的構建”的必要性。通過復習基因的表達，說明啟動子與目的基因表達的方向必須一致；以抗氨芐青霉素基因為例，讓學生對篩選有個感性的認識。因此，課前學生對基因表達載體的構建有了整體上的認識。通過 “dna重組技術的基本工具”的學習和模擬了“單酶切”及“dna連接”2種反應體系，學生對限制酶、dna連接酶這些工具的作用有了初步的認識。基于已有的

4、認知，學生更樂于從自己制作的模型中發(fā)現(xiàn)新問題，再進一步動手解決問題，完善模型，構建表達載體，化抽象為直觀，真正做到知識的內(nèi)化和融會貫通。教學目標知識與技能1、 闡述構建基因表達載體的必要性和基本要求。2、 根據(jù)基因表達的過程，利用恰當?shù)墓ぞ呙福瑯嫿ū磉_載體。3、 運用“插入失活法”、“影印培養(yǎng)法”篩選含有目的基因的受體細胞。過程與方法1、通過動手操作、小組合作，提高自主學習及合作探究的能力。2、運用微課相關知識鋪墊，展開課堂的深入探討，解決更深層次的問題。情感、態(tài)度與價值觀1、認同在基因工程的誕生和發(fā)展過程中，科學理論和技術實踐密切聯(lián)系。2、通過體驗，學習科學家嚴謹?shù)难芯窟^程和細致的科學態(tài)度。

5、教學重點 闡述構建基因表達載體的必要性和基本要求。簡述解決重、難點的措施基于微課的先學后教，有了一定的知識儲備，通過課堂的師生互動、生生互動，學生運用相關知識解決更深層次的問題。教學難點1、 限制酶的選擇。2、 利用標記基因篩選受體細胞。利用紙質模型體驗目的基因與運載體結合形成重組質粒的過程。教學過程教學內(nèi)容教師的組織和引導學生活動（預設）設計意圖 導入新課 基因長度價格目的基因249bp（堿基對）￥888/個250-750bp ￥4/bp 751bp-1500bp ￥5/bp pet-32(a) （某種質粒）￥800/個基因工程已發(fā)展了40多年，現(xiàn)在有專門的生物技術公司出售某些目的基因和質粒

6、等轉基因所需的各種材料或工具。引導學生分析雖然方便，但價格不菲，后續(xù)導入、檢測手段也在不斷發(fā)展，但是基因工程的成功率比較低，常常回過頭重新修飾基因表達載體來解決問題，可見基因表達載體的構建是基因工程的核心。體會基因表達載體的構建是基因工程的核心。學生通過直觀的價格感受，體會到材料來源相對容易，但價格不菲，而基因工程成功率低，明確構建基因表達載體的重要性。一、目的基因和運載體的連接目的基因片段本身不能穩(wěn)定的獨立遺傳，要選擇合適的載體將其導入受體細胞，而最常用的運載體是質粒，質粒是不是直接拿來用？ 在構建基因表達載體的過程中，首先要選擇合適的限制酶來切割含目的基因的外源dna和質粒，使目的基因和運

7、載體能夠連接上 。上節(jié)課學習了dna重組的基本工具，我們模擬了酶切和連接兩種反應體系，只使用sal 一種限制酶切割含目的基因的外源dna和質粒，然后在dna連接酶作用下形成重組質粒。（見附件1）同學們用模型的方法推測實際可能產(chǎn)生的連接產(chǎn)物有哪幾種？（限于兩個及兩個以下片段的連接）教師點評并及時歸納板書為什么會出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物呢？各小組挑出本組制作的載體與目的基因連接后的重組質粒，互相觀察并比較是否有不同。實物投影2種不同的連接方式，設問：它們最終表達出的蛋白質一樣嗎？教師提出目的基因的“正向連接”和“反向連接”。方向正確了，目的基因是不是就能正確表達呢？不行，因為自然界中質粒一般不能同時具

8、備所需的各項條件，通常要進行人工改造，加入啟動子、終止子、標記基因等。學生匯報。目的基因和目的基因連接質粒和質粒連接目的基因和質粒連接目的基因的自身環(huán)化質粒的自身環(huán)化一種限制性核酸內(nèi)切酶切割后產(chǎn)生的黏性末端只有一種，相同的黏性末端之間可以任意連接。學生通過比較，能夠發(fā)現(xiàn)有的小組目的基因插入方向與別組有不同。 啟動子位于目的基因的上游，目的基因的反向連接，使得整個基因的堿基序列發(fā)生改變，導致轉錄出來的mrna上的密碼子順序改變，使得翻譯不能正常進行，無法得到正常的表達產(chǎn)物。還要依賴于終止子，使rna聚合酶從dna上脫落，防止產(chǎn)生不必要的轉錄產(chǎn)物。檢測微課的學習效果。從而發(fā)現(xiàn)目的基因不同的插入方向

9、將導致出現(xiàn)不同的基因產(chǎn)物。模擬科學家在實際動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學生學生的學習熱情。二利用標記基因篩選含目的基因的受體細胞基因工程的第三步是把目的基因導入受體細胞，但我們動手模擬實際產(chǎn)生了這么多種連接產(chǎn)物，都有可能進入受體細胞（大腸桿菌），但只需要哪一種？怎么篩選？具體怎么操作？引導學生，通過逐一分析連接產(chǎn)物上的抗性基因進行判斷存活還是死亡。進一步分析，有沒有更好的篩選方案？教師ppt展示該種鑒定法為“插入失活法”并介紹影印培養(yǎng)法。但是篩選結果還存在什么問題。目的基因-質粒正向連接。利用標記基因。學生可能的回答：用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)，存活下來的就是導入目的基因-質粒的大腸桿菌。用

10、含氨芐青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基培養(yǎng)，存活下來的就是導入目的基因-質粒的大腸桿菌。學生一一分析后發(fā)現(xiàn)均不可行。先用氨芐青霉素培養(yǎng)基培養(yǎng)，后放入四環(huán)素培養(yǎng)。學生質疑：先用氨芐青霉素培養(yǎng)基培養(yǎng)，存活下來的可能是導入目的基因-質粒，質粒-質粒，質粒自身環(huán)化，再加入四環(huán)素，死亡的是目的基因-質粒的，都死了怎么篩選出來？學生恍然大悟。目的基因-質粒有正向連接和反向連接無法篩選，各有50%的幾率。通過逐步深入的問題，漸進地突出重點，突破難點，學生們發(fā)現(xiàn)科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。三、目的基因和啟動子的相對位置關系看來一種限制酶切割（單酶切）不能解決這個問題，隨著科學發(fā)展，越來越多的限制酶被發(fā)現(xiàn)，展示質

11、粒上其他的酶切位點，（見附件2）同學們想想如何解決目的基因定向插入這個問題呢？布置任務：用雙酶切能否保證目的基因的定向插入？用這種方法實際可能產(chǎn)生的連接產(chǎn)物有哪些？ 教師歸納板書。 “雙酶切”比“單酶切”有什么優(yōu)勢？雖然“雙酶切”具有優(yōu)勢，但在實際操作中，要根據(jù)載體和目的基因上酶切位點的情況選擇“單酶切”或者“雙酶切”。提出用兩種限制酶切割質粒，從而使切口處的黏性末端不同的思路。讓學生取出另一套材料，每組3個環(huán)狀質粒，3個鏈狀dna，讓學生再次模擬操作。學生小組形式討論、動手模型制作。學生們觀察發(fā)現(xiàn)，兩種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是不同的。匯報：選用hindiii和sali兩種不同限制酶切能保證

12、目的基因-質粒正向連接。連接產(chǎn)物有：質粒-質粒連接目的基因-目的基因連接目的基因-質粒正向連接。1、降低了分子間任意連接的概率。2、保證目的基因的定向插入，實現(xiàn)目的基因的正確轉錄和表達。在實際動手操作的過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。課堂上的模擬可以大大降低空間想象的難度，使抽象的內(nèi)容直觀化。四、鞏固與檢測微課自學任務單第3題（見附件3），課前學生普遍反映困難。通過本節(jié)學習，重新審視、交流。小組交流討論。學生代表利用智慧教室電子白板上臺講解。檢測學生對所學知識的理解和掌握情況。五、歸納總結基因工程的誕生和發(fā)展的歷程。學生明確原理轉化為技術，技術又推動科學的新發(fā)展。唯有創(chuàng)新才是科技發(fā)展的動力。【板書設

13、計】專題1 1.2基因工程的基本操作程序之基因表達載體的構建一、目的基因和運載體的連接二、利用標記基因篩選含目的基因的受體細胞三、目的基因和啟動子的相對位置關系附件1：附件2：【教學反思】基因表達載體的構建是基因工程的關鍵步驟，空間想象難度大，科學理論和技術實踐密切聯(lián)系，思維跨度也大。福州屏東中學學生程度一般，正因如此，處理不好會提高學習難度，令學生視高科技為畏途，導致教學流于形式。本節(jié)課用微課和模型成功地化解了難點。 一方面基于學生課前微課的“先學”，學生對表達載體的構建有個整體的認識，然后以此為支架在課堂上填充和拓展內(nèi)容，當學生在課堂上遇到相關問題時，能盡快到達 “最近發(fā)展區(qū)”，獲得進一步

14、的發(fā)展，使學生逐漸對細節(jié)有更豐富更具體的理解，這種先整體后局部的處理符合學生的認知規(guī)律。基于微課的先學后教模式實質上是利用微課為學生創(chuàng)設一個情境，使學生帶著思考和疑惑走進課堂，節(jié)省課堂的熱身時間，從而使高效率大容量的課堂教學目標得以實現(xiàn)。另一方面高二學生具有抽象思維，但是仍然需要感性知識，形象知識作為支持，所以教師精心設計紙質模型，基于教材原有的學習完“dna重組的基本工具”后的紙圈模擬活動，再設計了雙酶切的活動，化微觀為直觀，一系列問題的發(fā)生都源自學生自己親手構建的模型，從模型中發(fā)現(xiàn)問題，進而逐步由淺入深。學生像科學家一樣思考問題、解決問題，獲得成功的體驗。由于是帶著問題的探究模擬活動，使學生的課堂參與是形式之上思維的積極參與。學生獲得的體驗是：基因工程這么