資源簡介

3.1《重組 DNA技術的基本工具》教學設計
一、核心素養目標
1.結合生活或生產實例，舉例說出基因工程及相關技術的基本原理（生命觀念、科學思維）；
2.認同基因工程過程中需要限制性內切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具，并能運用結構與功能的觀點來分析各自的作用（生命觀念、科學思維）。
二、教材分析
教材通過抗蟲棉花的圖片引導學生走進基因工程的領域，接著闡述了在培育抗蟲棉花的過程至少需要三種工具，即準確切割 DNA的“手術刀”——限制性內切酶、將 DNA片段再連接起來的“縫合針”——DNA連接酶、將體外重組好的 DNA導入受體細胞的“運輸工具”——載體。通過實例激發學生的興趣，然后再逐一的介紹這三種工具的作用。由于本節內容是基因工程的入門，所以讓學生掌握這三種工具的作用是非常重要的。
三、學情分析
高二學生的思維水平、學習能力已經發展到較高階段，大多數學生喜歡親自動手操作，但是動手能力不強。學生通過報刊、雜志、電視等媒體對基因工程的產物如轉基因的鯉魚，抗蟲棉，耐寒的植物有所了解，因此在講授新課時，聯系實際，更容易引起學生的興趣，便于新知識的掌握。另外，在必修課中學習過的一些知識可以為新知識的學習墊下鋪墊，如 DNA分子的結構等。
四、教學重難點
1.教學重點：重組 DNA技術所需的三種基本工具的作用。
2.教學難點：模擬操作切割 DNA分子，重組 DNA模型。
學習任務 教師活動 學生活動 設計意圖
基因工程的概念和理論基礎 【提供資料】我國是棉花的生產和消費大國，棉花在種植過程中常常會受到棉鈴蟲的侵襲，這會使棉花大量減產。大量施用農藥不僅提高了生產成本，還可能造成農產品和環境的污染，如果能培育出自身能抵抗棉鈴蟲的棉花就能解決這個問題。棉花本身不具有“抗蟲基因”，而蘇云金桿菌有一種“抗蟲基因”，它能通過編碼產生抗蟲蛋白來殺死棉鈴蟲。 【提問】能否將蘇云金桿菌的“抗蟲基因”導入棉花細胞，使棉花自身產生抗蟲蛋白來抵抗棉鈴蟲呢？提出識你的看法，并依據你所學的遺傳學能知識闡明理由。 【講述】基因工程的概念。 聯系學過的知識，思考、回答：能，因為絕大多數生物的遺傳物質都是 DNA，并且所有生物共用一套遺傳密碼。理解基因工程的概念。 引導學生分析基因工程的理論基礎，有助于他們理解基因工程的概念，還能讓他們感受到理論研究的價值
基因工程需要用到的“分子工具” 【提問】基因工程是在 DNA分子水平上進行設計和施工的。請你推測培育轉基因抗蟲棉需要用到哪些“分子工具”。【展示圖片】展示教材中的“重組 DNA技術所需的三種基本工具示意圖”，讓學生分析這三種工具的作用。 討論、回答：需要切斷 DNA和拼接 DNA的工具等。初步認識三種工具的作用。 以抗蟲棉的培育引出對基因工程所需“分子工具”的介紹，激發學生的學習興趣。借助教材中的示意圖直觀呈現三種工具的作用，幫助學生理解微觀、抽象的知識。
限制酶 —— “分 子手術刀” 【組織小組活動】 1.讓學生閱讀教材“限制性內切核酸酶——‘分子手術刀’”部分的內容。 2.給學生提供印有不同 DNA序列的綠色、粉色和黃色的紙條(其中綠色紙條用透明膠條首尾連接成環)，讓學生仔細觀察紙條上的 DNA序列，并結合教材中提供的限制酶 EcoRI和 SmaI的識別序列信息，用貼有 EcoRI標簽的剪刀剪切綠色和粉色紙條上的特定位點，用貼有 SmaI標簽的剪刀剪切黃色紙條上的特定位點。 【提問】 1.限制酶的作用特點有哪些？ 2.兩種限制酶切割 DNA片段產生的末端有什么不同？ 3.限制酶主要是從原核生物中分離純化出來的，它們在原核生物中存在的意義是什么？ 閱讀教材。開展活動，找到正確的切割位點，完成剪切。 結合教材中的內容和活動的經歷，思考、回答問題。 將微觀的作用通過模擬活動的形式呈現，可以讓學生更加清晰地認識限制酶的作用特點
DNA連接酶——“分子縫合針” 【組織小組活動】讓學生仔細觀察上述活動中剪切綠色和粉色紙條產生的“DNA片段”的末端，并用訂書器將從粉色紙條上剪切下來的“DNA片段”連接到綠色紙條的切口處。 【提問】 1.訂書器代表什么？ 2.訂書釘代表什么？ 3.DNA連接酶的作用位點是什么？ 【講述】介紹 DNA連接酶的分類和作用特點 開展活動，正確連接片段。思考、回答：訂書器代表 DNA連接酶；訂書釘代表新形成的磷酸二酯鍵；DNA連接酶恢復了被限制酶切開的磷酸二酯鍵。聽講，進一步認識 DNA連接酶 接續上述模擬活動，幫助學生認識 DNA連接酶的作用特點。
隨堂檢測及小結 【總結歸納】請學生總結本節所學，形成知識框架。 【布置任務】 1.完成課時分層訓練。 2.外源基因難以進入細胞，進入后也不容易穩定存在并表達。通常需要利用載體將基因送入細胞。在上述活動中，對綠色和紅色紙條的操作，模擬的就是將外源基因連接到質粒載體的操作。常用的載體有哪些？需要具備什么條件？請學生課下預習。 構建知識框架答題思考，總結規律。課后思考 鞏固落實，加強理解。布置課后思考，為學生下一節的學習做鋪墊
目標檢測練習： 1．下列關于限制酶的說法，正確的是() A．限制酶廣泛存在于各種生物中，其化學本質是蛋白質 B．一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 C．不同的限制酶切割 DNA后都會形成黏性末端 D．限制酶均特異性地識別含 6個核苷酸的序列 2．下列有關限制性內切核酸酶的敘述中錯誤的是() A．用限制酶從一個 DNA分子中部獲取一個目的基因時，4個磷酸二酯鍵斷裂 B．限制酶識別序列越短，則該序列在 DNA中出現的幾率就越小 C．—CATG↓—和—G↓GATCC－序列被限制酶切出的黏性末端堿基數相同 D．用不同的限制酶處理含目的基因的片段和質粒，也可能形成重組質粒 3．DNA連接酶是重組DNA技術中常用的一種工具酶。下列相關敘述正確的是() A．能連接 DNA分子雙鏈堿基對之間的氫鍵 B．能將單個脫氧核苷酸加到 DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵 C．能連接用同種限制酶切開的兩條 DNA片段，重新形成磷酸二酯鍵 D．DNA連接酶只能連接雙鏈 DNA片段互補的黏性末端 4．據圖分析，下列有關酶的功能的敘述不正確的是() A．限制酶可以切斷 a處 B．DNA聚合酶可以連接 a處 C．解旋酶可以切斷 b處 D．DNA連接酶可以連接 c處
《重組 DNA技術的基本工具》教學反思 本節課的主要特點如下: 1.在強化核心概念和基本原理知識傳授的同時，更注重對學生能力的培養。如布置學生帶著任務自學教材等方式，培養學生自主學習能力；通過閱讀材料，培養學生獲取信息的能力；通過模型構建，培養學生動手能力和交流合作能力；通過動畫、圖片等直觀教學手段，培養學生的觀察能力以及對圖形的分析、描述能力。 2.在回顧已學知識的基礎上引導學生認識基因工程實現的可能。通過引導學生回顧在必修 2模塊所學的知識，讓他們認識到由于絕大多數生物的遺傳物質都是 DNA，并且所有生物共用一套遺傳密碼，因此基因可以在不同的生物之間轉移，從而賦予生物新的遺傳特性，這是基因工程重要的理論基礎。像這樣建立新舊知識之間的聯系，既能夠促進學生理解新知識，還能夠讓學生切實體會到科學理論與技術之間的聯系，即理論指導技術研究，技術研究反過來又會促進理論的建設。 3.創造性地安排和改進教材中的活動，幫助學生理解“分子工具”的特征。很多教師在進行本節課的教學時，通常是先講授完所有的知識內容，再安排學生開展教材“思考·討論”欄目中的模擬制作活動，以幫助他們鞏固學習的知識。而在本課中，我采用了邊開展活動邊教授相關知識內容的形式。通過活動，微觀、抽象的知識內容變得具體化和形象化，這可以提高學生對三種基本工具的感性認識，從而幫助他們理解這些工具在基因工程操作中所起的重要作用。同時，我還改進了活動，例如，將教材活動中使用的透明膠條用訂書器和訂書釘代替，有利于學生更好地理解 DNA連接酶連接的是磷酸二酯鍵而不是氫鍵；將其中一張紙條連接成環，模擬了質粒載體，從而幫助學生認識構建攜帶外源基因的質粒的過程，為后續內容的學習打下基礎。在本節課的教學實施中，還存在一些不足之處。例如，由于時間分配不合理，導致在某些問題上學生自學、討論不很充分；課前預習完成不好，部分學生難以跟上老師的節奏；重組 DNA的模擬制作是本節課的一大亮點，學生活動效果也比較好，但是我對學生活動的評價還顯得不夠深入。如果時間允許，可以給學生創造一些“試錯”的機會，放手讓學生“試錯”和在修正錯誤中充分討論，都有助于學生深入理解知識。因此，如何解決上述問題，打造真正的高效課堂是今后需要著重思考的問題。

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