高中生物人教版（新课标）选修3 专题1《基因工程的基本操作程序》（第1课时）公开课教案

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《基因工程的基本操作程序（第1课时）》教学设计一、教材分析本节课是人教版新课标高中生物选修3《现代生物科技专题》专题1基因工程中第二节的内容。本节是《基因工程》专题的核心，上承《DNA重组技术的基本工具》一节，下接《基因工程的应用》。对于基因工程，学生接触得很少，文字描述中会感到抽象，为此，教材中采用形象化得呈现方式简述了基因工程基本操作程序的四个步骤。例如，基因文库中把基因组文库比作国家图书馆，而把cDNA文库比作某市图书馆，这样便于学生理解和掌握。此外，在教材处理中还呈现主干，割舍枝杈，将非主干内容以《生物技术资料卡》、《拓展视野》等方式呈现，做到有主有次。二、学情分析学生经过上一节的学习已经掌握DNA重组技术所需三种基本工具的作用及基因工程载体所需条件等知识，具备学习基因工程的基本操作程序一节的基础；而且经过一年必修教材的学习，学生的生物基础知识较扎实，思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立。但基因工程一节对学生来说难点较多，如果处理不好，会变成简单的死记硬背。因此在教学过程中，应在教师引导下适时加强学生解决问题和运用概念图等生物学语言归纳结论等方面的能力。教学目标（一）知识与技能：1、简述基因工程的基本操作步骤。2、了解获取目的基因方法。3、了解基因表达载体的构建过程及基因表达载体的组成。（二）过程与方法：1、通过讨论、进展追踪等活动，提高收集资料、处理资料、提取关键信息的能力。2、尝试运用基因工程的原理，提出解决某一实际问题的方案。（三）情感态度与价值观：1、初步形成生物体的结构与功能、局部与整体、多样性与共同性相统一的观点。树立辩证唯物主义自然观，逐步形成科学的世界观。2、关注基因工程的过程，体会科学探究的艰辛以及科学研究的严谨性。3、认识生物科学的价值，乐于学习生物科学，初步养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。四、教学重点和难点：教学重点：简述基因工程的基本操作前两个步骤。2、了解获取目的基因方法。3、了解基因表达载体的构建过程及基因表达载体的组成。教学难点：1．了解获取目的基因方法。2．了解基因表达载体的构建过程及基因表达载体的组成。五、教学方法：采用从“整体-部分-整体”的教学思路，首先引用基因工程案例使学生从整体上了解基因工程的四个步骤，其次采用分步探究的形式帮助学生理解各个步骤的原理、方法和过程，最后教师引导学生用概念图将所学的知识从整体上再次整合。六、教学实施程序导入新课同学们，你们见过会发光的兔子吗？今天我们就来见识一下。这个视频中有一个小错误，谁来说一说？漂亮的荧光兔，自然界中存在吗？它是基因工程的产物。具体是如何获得的呢，我们来学习今天的内容。板书题目 基因工程的基本操作程序回顾旧知回忆基因工程需要哪些工具？限制酶、DNA连接酶、运载体。必修二学习了基因工程的四部曲：目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定今天我们来详细学习一下前两步。板书一、目的基因的获取目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。比如抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、荧光蛋白基因等。请同学们快速浏览课本9-11页，找出获取目的基因的方法有哪些？板书 1、从基因文库中获取目的基因请同学们阅读教材P8~P9页，完成自主学习1的内容 1分钟1、基因文库的定义2、基因文库的种类3、如何从基因文库中获得目的基因？时间到，请一个小组同学交流一下学习结果，另一个小组补充，突破难点师讲解：如何构建一个基因文库呢？我们先来看一个视频。师：将某种生物的全部DNA提取出来，选用适当的限制酶，将DNA切成一定范围大小的DNA片段，然后将这些DNA片段分别与运载体连接起来，导入受体菌的群体中储存。每个受体菌都含有不同的DNA片段，也就是说这个群体中包含了这种生物的所有基因，叫做这种生物的基因组文库。随着受体菌的增殖，目的基因也进行扩增。 接下来请同学们总结出构建基因组文库的过程。提取某种生物的全部DNA→用适当的限制酶切割→得到许多DNA片段，与载体连接→侵染大肠杆菌→建立基因组文库。合作探究1请同学们对照基因组文库的构建过程，结合生物技术资料卡，小组讨论构建cDNA文库的过程？时间到，请小组成员汇报你们的探究结果，接下来请一个小组的两个成员上来演示一下构建过程，其他同学认真观察，质疑。从构建基因文库可以得到目的基因，但是目的基因的数目较少，如何得到大量的目的基因呢？板书2、利用PCR扩增目的基因。自主学习2请同学们阅读课本文字，结合插图找出PCR技术的定义，原理，反应条件 （9）观看PCR过程动画，质疑：PCR扩增的过程 注意温度的变化 目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶作用下进行延伸，如此重复循环多次。目的基因以指数形式扩增。 DNA聚合酶有什么特点？ 耐高温合作探究2列表比较利用PCR技术扩增目的基因与细胞内DNA复制的异同如果目的基因核苷酸序列已知，又比较小，还可以通过DNA合成仪人工合成。板书3人工合成 通过以上方法获得目的基因，能不能直接将目的基因导入受体细胞呢？不能，单独DNA片段可能被受体细胞中的DNA酶水解，所以要构建基因表达载体探究新知 板书二、基因表达载体的构建 也是基因工程的核心提问：回忆载体需要具备的条件 a能够在宿主细胞中稳定的保存，并能够复制（复制原点，控制复制的起点）b具有一个至多个限制酶切点（目的基因的插入）c具有标记基因，便于进行检测和筛选d对宿主细胞无害根据学生回答引出基因表达载体也应具备复制原点、标记基因等条件，进一步明确基因表达载体最终要表达出人类所需的蛋白质产物 基因表达载体只包括这三部分行不行呢？展示资料，不能表达的抗虫棉基因质疑：如果要实现目的基因导入受体细胞并成功表达，基因表达载体还需哪些元件？启动子 终止子 讲解启动子终止子的作用总结基因表达载体构成，并说明各个元件的作用 复制原点：控制复制起始的位点；抗性基因：检测目的基因是否导入受体细胞； 多个限制酶切点：目的基因插入；启动子：位于基因首端；是RNA聚合酶识别和结合位点，驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质；终止子：转录在所需地方停下来基因表达载体只有具备这5部分才能实现目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，使目的基因表达和发挥作用。所以这一步也是基因工程的核心步骤。【合作探究3】1、试着画出完整的基因表达载体 学生利用白板拼图2、简述构建基因表达载体的过程 学生在白板上补充完整【小结】请学生总结这节课学习了哪些内容。 基因文库的构建，PCR的过程是本节课的难点，基因表达载体的构建是重点也是核心，就像我们做事情要有始有终一样。目的基因的正常表达要有启动子、终止子，体现了结构与功能的相适应。【达标检测】【课后作业】作业完成名师的课后作业 思考1：为什么要构建基因文库？直接从含目的基因的生物体内提取不行吗？ 思考2：将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简单吗？如果这么做，结果会怎样？请同学们利用网络资源查阅资料，找出答案，在班级qq群里交流讨论。教学评价 1/天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（ ）A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补DNA，再扩增基因BB.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞 D.将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞 2、下列有关PCR过程的叙述中不正确的是（ ）A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸D．PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高3、嗜热土壤芽胞杆菌产生的β-葡萄糖苷酶（BglB）是一种耐热纤维素酶，为使其在工业生产中更好地应用，开展了以下试验：Ⅰ.利用大肠杆菌表达BglB酶 （1）PCR扩增bglB基因时，选用 基因组DNA作模板。 （2）右图为质粒限制酶酶切图谱。bglB基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的bglB基因重组进该质粒，扩增的bglB基因两端需分别引入 和 不同限制酶的识别序列。 （3）大肠杆菌不能降解纤维素，但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力，这是因为 。八、教学反思对于基因工程，学生接触得很少，文字描述中会感到抽象，巧妙运用插图及多媒体技术，化“抽象”为“形象”，把知识显性化、可视化，实现新课程有效教与学的策略。首先，通过实例视频导入新课，激发兴趣。如在讲授如何构建基因文库时，通过自制视频动画，结合图文提出相应问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。在介绍PCR技术时，利用图像和动画结合的方法，让学生体会利用PCR扩增目的基因的具体过程。同时，通过比较法，分析PCR和DNA复制的差别，对所学知识进行迁移归纳，帮助学生更好地理解二者的不同及特点。在处理重点内容：构建基因表达载体上，通过自主阅读→交流探究→总结运用，层层深入学习，并利用交互式电子白板，让学生构建自己的基因表达载体，从而进一步理解载体必备的结构。最后，小结过程中，强调本节重点内容，强化对本章重点内容的把握。