人教版高中生物选修三《重组DNA技术的基本工具》教学设计

人教版高中生物选修三《重组DNA技术的基本工具》教学设计

一、教材分析

“重组DNA技术的基本工具”是高中生物《选修3现代生物科技专题》专题

一“基因工程”的第一节教学内容，既是对必修二基因工程的延续和拓展，又是

本章其他内容的基础。转基因技术是生物科学的前沿技术，是当今社会的热点话

题，其应用也已经深入到生活的方方面面。学习基因工程有利于学生形成科学的

自然观，作出理性的解释和判断。

二、学情分析

学生在必修2已经详细学习了DNA分子的双螺旋结构、基因的表达包括转录

和翻译等内容，为该部分的学习奠定了一定的知识基础，但基因工程属于分子

水平范畴，内容较抽象，若教师在教学中合理创设情境，并使用简易材料对分子

水平的工具进行模拟，让学生在活动中使用这些“工具”进行模拟操作，将抽象、

微观的知识具体化、宏观化，不仅有利于知识的掌握，而且有利于学生在活动中

合作探究，培养科学探究的能力。

三、教学目标

1.理解基因工程的基本概念，简述DNA重组技术的三种工具；

2.通过模拟利用三种基本工具构建重组DNA分子的模型，体会基因的剪切、

拼接的具体操作过程，促进探究能力和思维品质的发展。

3.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

四、教学设计思路

通过创设情境，激发学生探索新知的欲望，并基于该情境设置层层递进的任

务群，学生以小组合作讨论的方式，进行限制酶的切割、重组DNA分子模型的构

建，在小组合作动手操作中深刻感知重组DNA技术三种基本工具的具体作用，在

动手操作中体验知识生成的过程，更能发挥学生的能动性。

五、教学过程

1.创设情境，激发思考

资料：上世纪90年代以来，棉铃虫危害猖獗，每年给国家造成几十亿甚至

上百亿元的经济损失，同时棉农为防虫喷施农药导致中毒事件就有10万多例。

面对严峻的生产形势，我国转基因棉花研究在科技部的大力支持下取得了很大进

展。1991年国家“863”计划启动抗虫棉研制工作后，我国科学家于1992年底

研制成功具有自主知识产权的杀虫基因，转入棉花创造出单价转基因抗虫棉。

1996年又研制成功双价抗虫棉。截至2009年，国产转基因抗虫棉已累计推广应

用3.15亿亩，有效控制了棉铃虫的暴发危害，节省了大量农药，社会经济效益

巨大。

设计意图：通过资料展示，简单明了地引出本节课的重点内容“重组DNA

技术的基本工具”。

2.深挖情境，由浅入深引出基因工程操作中的三种工具

结合抗虫棉这一实例，提出问题：科学家培育“抗虫棉”，要将苏云金芽抱

杆菌细胞内的“抗虫基因”转入棉花植株细胞中，需要哪些步骤呢？需要哪些分

子水平的工具呢？

学生分组讨论，并尝试回答。

教师指出：科学家当年就是带着同样的目的去寻找这些工具，并于20世纪

60~70年代，依次发现了符合要求的这些工具，它们依次是“分子手术刀一一限

制性内切核酸酶”、“分子缝合针一一DNA连接酶”、“运载体”。

3.变抽象为具体，通过模拟操作，让学生熟悉并理解基因工程操作中的基

本工具

教师引导学生逐一掌握基因工程操作中三种工具的概念及作用机理。

（1）限制性内切核酸酶

教师向学生介绍限制酶的发现史，以EcoRI酶和SmaI酶这两种限制酶为

代表（分别切割出黏性末端和平末端）介绍限制酶的概念及相关知识，引导学生

观察并发现限制酶识别序列的特点一一都是对称重复的回文序列。

模拟操作一：利用剪刀（模拟EcoRI限制酶，其识别序列为一GAATT

C-,并在G-A之间“切割”）将红色卡纸带（模拟含有胰岛素基因的DNA

片段）上的胰岛素基因“切割”下来（图1）。

教师提示学生，要先找到EcoRI限制酶的识别序列和切割位点。

Z

畲小胰岛界基5-TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCXTAr

因的DNA片段3，・・.Ac「AAcA“AA11CCATA(3

AGGATCTTAAGAGC-CATACTTAAGGTATGs

含人胰岛事第5-TCCTAGAATTCTCG-GTATGAATTCCATAC3

因的。岫片段3,…AGGATCTTAAGAGC-CATACTTAA1GGTATG5

图1

在学生操作结束后，教师选几位学生的切割结果加以分析点评。

（2）DNA连接酶和运载体

教师介绍DNA连接酶和运载体的发现史、概念、分类与作用等相关知识，

强调DNA连接酶连接的是两个末端互补的DNA片段，通过形成磷酸二酯键完成。

天然的载体往往需要经过人工改造。

模拟操作二：用EcoRI限制酶“切割”质粒（白色卡纸环）（图2）,并与

“切割”下来胰岛素基因“拼接”，用胶带纸当作DNA连接酶完成重组DNA分

子的构建（图3）。

1AATTCGGCATAC-3'大炀杆前5,

-ATAGCATGCTATCCUCI

■CCCGTATG-S'环状灰粒3,

-TATCGTACCATAGGTAC^

图3

学生将构建的重组DNA分子在实物展台投影，一人展示，一人解说，其他小

组学生踊跃评价并提出不足和完善方案。小组构建模型出现的问题主要是：限

制酶切割的不是一GAATTC一序列中G—A之间的磷酸二酯键；透明胶条

连接的位置不对等等。通过师生对话、生生对话，不断完善模型，深化知识理

解，

教师继续追问：用EcoRi将胰岛素基因与质粒载体酶切后，再加入DNA连

接酶进行连接反应，可能得到几种DNA?

学生除了得出正确的连接方式之外，还可能出现目的基因和目的基因、目的

基因和质粒的反向连接、目的基因和质粒的自身环化，三个及三个以上同时连接

等方式。（图4）

教师引导学生分析形成这些错误连接的原因并提出修改方案。最后，教师总

结如果采用两种酶切可以避免质粒和目的基因的自身环化和反向连接，即使这样

也不能100%成功，所以还要进行筛选。通过讨论为下一节的学习做好铺垫，同

时让学生理解学科技术是不断发展的。

设计意图：模型是一种重要的认知手段和思维方式，在构建模型过程中，学

生需仔细观察目的基因所在的DNA序列和质粒序列，分析限制酶切割位点和DNA

连接酶连接位点，将抽象的知识具体化、形象化，通过模型构建实现科学思维和

学习行为的统一，不断提高探究能力和科学思维品质。

六、教学反思

“教学有法，教无定法，贵在得法”，