第三章第四节基因工程简介

1第四节基因工程简介教学目标1．知识方面（1）基因工程的概念（知道）。（2）基因操作的工具和基本步骤（知道）。（3）基因工程所取得的成果以及发展前景（知道）。2．态度观念方面（1）通过学习基因操作的工具和基本步骤，形成结构与功能相统一的基本观点。（2）通过学习了解基因工程的发展前景及成果，培养理论联系实际的良好学风。（3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对于生物知识的兴趣，开阔学生的思路，培养学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。3．能力方面（1）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。（2）能利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，从而培养学生自主学习能力，为终身学习、后续学习打下坚实的基础。（3）通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。（4）通过对基因操作基本步骤的学习，使学生在理解步骤的同时，举一反三，对于其他基因工程操作实例做到能理解、能介绍，从而培养学生对相关知识的理解能力及良好的语言表达能力。（5）通过引导学生在网上的探究活动，改变学生传统的学习方式，引导学生主动参与，乐于探究，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。重点、难点分析1．教学重点及分析（1）基因操作的工具和基本步骤。（2）基因工程在医药卫生方面的重要作用。（3）基因工程在农牧业方面取得的成果及前景。对于基因操作的工具，需要通过教师的启发引导，使学生理解基因操作是在分子水平上进行的操作，从而使学生形象地理解操作工具的重要性及各种工具的作用；对于基因工程的基本步骤，要求学生在掌握四大基本步骤的基础上，从基因结构的角度，理解每一步骤实施的基本过程和原理。对于基因工程在医药卫生和农牧业方面的成果与前景，主要是使学生掌握大量的基因工程应用方面的信息，了解诸方面的应用实例，通过对基因工程最新成果的了解，拓展学生的知识领域，开阔学生的思路，激发学生对生物学知识的兴趣，挖掘学生的学习潜力。2．教学难点及分析（1）限制性内切酶和运载体的作用。2（2）提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。（3）基因诊断和基因治疗的原理。对于限制性内切酶和运载体的作用，要在看懂课本示意图的基础上，理解限制酶的特异性及特定的碱基序列，从结构上掌握运载体，尤其是质粒的有关知识，为理解基因操作的基本步骤打下基础；对于提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径，在教学过程中要使学生将抽象静止的过程理解为动态的过程，注意区分各种方法之间的区别和优势，注意区分易混的概念，并指导学生理解有关基因操作方面的前沿技术，同时也可以启发学生搜集资料，激发学生的生物学兴趣。对于基因诊断和基因治疗的原理，要使学生在对比的基础上，理解二者的区别及各自的应用实例，也可让学生搜集大量的资料，扩展学生的知识范围，通过对资料实例的分析理解二者的区别。教学模式探究式、资源式教学模式。教学手段普通学校可充分利用教材中的插图和照片，通过学生观察理解本节内容。也可以利用挂图和自制幻灯片。有条件的学校可利用录像资料或计算机辅助教学，制作相应的多媒体课件，将抽象静止的过程变为动态直观的过程，便于学生理解。也可以采用网络信息技术，将大量的信息和资源放在相关的网页中。让学生在浏览的同时获得知识，即锻炼了观察思维能力，也培养了学生良好的自学能力。课时安排三课时。设计思路本节内容包括两个主要方面：一是基因工程的基本内容，二是基因工程的成果与发展前景。1．对于基因工程的基本内容而言，既是学生进入高中以来第一次接触到的生物工程方面的有关内容，又是生物工程中四大主要工程的重点和难点，其知识内容比较抽象和复杂，属于生物科学中的前沿科学。对于基因工程的知识学生理解和接受起来都十分困难，这就需要教师根据不同学生的特点，根据教材对该知识的要求，引导学生通过多方面的观察和思考，锻炼学生处理和理解信息的能力。对于基因工程的概念，教材中以两种形式进行表述：一是基本概念，二是通俗概念。这就要求教师从不同角度引导学生去积极理解生物工程概念的内涵，由此概括和简要地领会基因工程的基本内容，并为以后内容的展开、提出疑问埋下伏笔。对于基因操作的工具，教师要不断地设置疑问，一步一步地引导学生去理解各基因操作工具的特点和用途，同时辅以直观的教学手段（幻灯、挂图或制作多媒体课件）演示各基因操作工具的具体作用过程，使学生更直观简明地理解。对于基因工程的基本步骤，教师应引导学生在充分观察的基础上，掌握基因操作的四大基本步骤，可利用多媒体课件或书中的彩图让学生直观地掌握基本步骤的顺序，再通过不断质疑，指导学生理解每一步骤中的具体操作，尤其要理解和弄懂提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。2．对于基因工程的成果与发展前景，教师应充分利用计算机网络信息技3术，进行网络环境下的信息化教学。在进行教学的过程中，教师应指导学生测览相应的信息资料，并提出相应的问题或自主探究的课题；通过学生的例览和分析，归纳整理相应的信息，并对每个课题的内容进行总结；通过小组的讨论归纳，将每个课题的内容分别在组内交流，最后进行全体同学的交流和讨论。学生可以在网上提出相应的问题，教师或学生都可以参与其中进行交流和讨论。最后教师对整节课的知识内容进行小结和归纳，并强调所要掌握的知识点。学生通过对基因工程的成果与发展前景的学习，获得大量的生物学科信息，开拓了学生的知识面，提高了对生物学科的兴趣。第一课时一、激发情趣、复习导入、引出新课众所周知，对于大多数生物而言，DNA是主要的遗传物质，有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果。但是各种生物间的性状千差万别这是为什么呢？提出问题，引导学生回答：生物体的不同性状是基因特异性表达的结果。教师演示幻灯或利用多媒体课件列举几种生物的不同性状，如下：1．青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素。2．豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。3．人的胰岛日细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。以上几种生物各自有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果，但是人类能不能改造基因呢？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。根据具体实例提出假设，引导学生思考，激发学生求知、探究的欲望，同时引出本节课题：第四节基因工程简介二、讲授新课1．基因工程的概念对于基因工程的概念，教师应在指导学生阅读教材的基础上，让学生理解基因工程概念的两种不同的表述方式（标准概念和通俗概念），并通过提问的方式指导学生找出概念中的关键词语，便于学生的记忆，最后由教师归纳列表，引导学生独立完成。基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物对于概念的学习，学生往往不够重视，但是生物学概念又是学生必须了解和4掌握的。这就需要教师能够利用多种方法，对抽象的概念进行简化和概括，以利于学生的理解和记忆，并为后面知识内容的讲授做好铺垫。通过对基因工程概念的理解，我们知道其操作水平是在DNA分子水平，用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗？回答是不能。这就需要有专门的工具对DNA分子进行操作。由基因工程的概念入手，提出相关的问题，引出基因操作的工具。2．基因操作的工具教师利用幻灯或多媒体课件演示基因工程培育抗虫棉的简要过程，同时提出讨论问题，进行分组讨论，最后交流讨论结果，教师进行归纳总结。思考题：在以上的基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？经过学生的讨论和交流，教师对基因工程关键步骤归纳总结：（幻灯演示或多媒体课件演示）关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。通过对以上关键步骤的确定，教师引导学生思考，使学生理解在关键步骤的完成过程中都要用到基因操作工具，并使学生形象地记忆“工具”的作用。（幻灯演示或多媒体课件演示）关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。（1）基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）。对于限制性内切酶的教学，教师应在学生熟练掌握DNA分子结构的基础上展开。通过演示幻灯或多媒体动画，将限制酶的作用过程进行动态演示，使学生理解抽象的知识内容。最后教师要在学生直观理解的基础上指导学生归纳总结限制酶的知识要点。（可让学生在观察自学的基础上自主完成）5①分布：主要在微生物中。②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。思考题：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性未端？（2）基因的针线——DNA连接酶。从DNA的结构入手，利用幻灯或多媒体动画演示连接酶的连接部位，利用形象的比喻使学生更容易接受和理解。最后教师指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成。）①连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。②结果：两个相同的黏性未端的连接。思考题：用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸二酯键？用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？（3）基困的运输工具——运载体对于运载体的教学，应使学生形象地理解运载体的作用、种类及其所具备的条件，可通过教材中的示意图或多媒体演示使学生由浅入深逐步理解，指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成）①作用：将外源基因送入受体细胞。②具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。③种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。④质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体。最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。存在于许多细菌及酵母菌等生物中。质粒的存在对宿主细胞无影响。6质粒的复制只能在宿主细胞内完成。细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。思考题：质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？第一课时的教学重点是使学生理解基因工程的概念和基因操作的工具。通过教师适当的置疑，启发学生的思维，通过直观教学手段，将复杂的问题简化，并在教学中注意培养学生的自主学习能力、语言表达能力和文字归纳能力。同时在第一课时结尾提出疑问引导学生思考，为第二课时的进行埋下伏笔。第二课时一、复习巩固，引出课题通过上节课的学习，学生基本掌握了基因工程的概念和操作工具，本节课利用提问方式开始，使学生的思路回到所学的内容中，为本节课的推进进行铺垫。问题如下：（可利用幻灯或多媒体课件演示）①基因工程的概念是什么？②基因操作的工具酶有几种？分别是什么？③基因的剪刀是什么？其主要作用是什么？④基因的针线是什么？其主要作用是什么？⑤基因的运输工具是什么？⑥运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？⑦质粒的结构是什么？通过提问复习巩固旧知识，引导学主在理解基因工程概念和基因操作工具的基础上，提出疑问：有了基因操作的工具后，对基因是如何进行操作的呢，从而顺利导入新课。二、讲授新课1．基因操作的基本步骤。由于基因操作的基本步骤比较抽象和微观，理解起来有一定的难度，这就需要教师将复杂的问题简化，使学生直观地理解抽象事物。在教学中为了使学生对基因操作的基本步骤有一个宏观的了解和认识，可以先让学生观看基因操作步骤的有关录像资料，在观看过程中教师要提出相应的思考问题启发学生思维，加深对基因操作步骤的