高中生物-基因工程及其应用教学设计学情分析教材分析课后反思

第六章第2节基因工程及其应用

教学设计

1.简述基因工程的基本原理。

知识目标2.举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。

3.关注转基因生物和转基因食品的安全性

教1.利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。

学2.通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科

目能力目标学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决句题的能力。

标3.通过引导学生网上探究，引导学生主动参与，培养收集处理信息的能力、分析和

解决问题的能力及交流与合作的能力。

情感态1.关注转基因生物和转基因食品的安全性。

度和价2.进行角色扮演，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。

值观目标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，养成学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。

重难点1.基因工程的基本原理。2.转基因生物和转基因食品的安全性问题。

学情分析基因操作的工具和基本步骤，学生掌握不好，甚至理解错误。该课的应用题较

多，且难度较大不易掌握。

知识点基因工程的基本工具和基本操作步骤，基因工程的应用和安全性问题。

考试点基因操作的工具和基本步骤。

自主探究点为什么不同生物的基因可以相互转移？载体必须具备的条件。

易错易混点DNA连接酶和DNA聚合酶的作用。

拓展点目的基因检测与鉴定的方法。

教学流程预习检查、总结疑惑一情境导入、展示目标—合作探究、精讲点拨一反思总结、当

堂检测一发导学案、布置预习。

教具导学案、多媒体

学生的学习准备：初步把握基因工程的原理和方法步骤。

课前准备搜集到的有关基因工程应用的事例资料。

教师的教学准备：多媒体课件制作，导学案制作。

教学流程

教师活动学生活动设计意图

【情境导入】

用多媒体播放影片《阿凡达》中的一个片段。

提出问题：这是一个名叫潘多拉的星球，同学们观察一下，这个

星球的植物有什么特点？学生观看影创设情景，

设问：那么地球上的生物也能发光吗？片回答问题用具体的实

例，激发学

课件展示图片1:发光的烟草植株和萤火虫

教师讲解发光烟草的培育过程。学生思考、讨生学习探究

论提出自己

展示图片2：发光的小鼠和发光的水母的兴趣。

引入基因工程的概念的设想。

板书课题：基因工程及其应用

【出示教学目标并进行解读】

通过“导学案”来展示，包括知识、技能、情感态度和价值观三

个层面。同时要根据考纲的要求对各目标给出具体的记忆层次，并指

出重难点。

知识目标：1.简述基因工程的概念、优点、基本工具和操作步骤。

2.举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。

3.关注转基因生物和转基因食品的安全性。

重难点：1.基因工程的基本原理。

2.转基因生物和转基因食品的安全性问题。

【出示“自学指导”，引导学生自学】

导学语：请同学们阅读课本P102-106的内容，

利用手头的资料，结合“导学案”的内容，进行自主学习，同时完

成“自学指导”上的相关内容。

在此过程中认真巡视，组织好自学，同时全面了解学情及时发现

学生自学过程中发现的疑难问题，为“后教”做准备，还要把握自学

时间，当绝大数同学都完成自学任务后，就可以转入下一个环节。

合作探究

通过回顾前学生积极思

【合作探究、精讲点拨】

面所学的四考，体验分

探究一：基因工程的原理

种育种方式析推测得到

解读基因工程的定义

提出问题：如果你是一个育种专家，你想要培育出一个转基因的原理、方法证实的兴

小鼠，大概需要哪些步骤？和优缺点，回奋，产生进

教师简单讲述基因工程的四个步骤答问题。一步探究问

教师提问：基因是有遗传效应的DNA片段，要提取目的基因就是题的欲望，

把它从所在的DNA分子上剪切下来，那么剪切目的基因用普通的剪刀学生观看思导入新课。

行吗？考

教师播放微课：限制性核酸内切酶的介绍

多媒体出示表格：

不同限制酶识别的序列及切割位点

限制罅识别序列及切割位点

学生讨论

BamH1

GUATCC

CCTAGfi

进一步激发

Hind111

A^GCTT学生讨论后学生的求知

TTCGAA回答问题，并欲。

用自己的语

EcoRIGKATTC

言表述基因

CTTAAp

工程的定义。

提出问题：请同学们据表分析回答下列问题：

1.限制性核酸内切酶的功能特点中指出了两个“特定”这两个“特

定”是指什么？体现了酶的什么特点？

默读课本

2.根据课本P102图6-3及表格分别画出BamllI、XbaI和Sma]

切割DNA分子示意图：P102-106的

®——GGATCC——②——TCTAGA——③—CCCGGG——的内容，同时

——CCTAGG————AGATCT————GGGCCC——在教材上勾

3.有绘图可知DNA分子被限制性核酸内切酶切一个切口时，产

点圈画重要

生的末端有什么特点？用同一种限制性核酸内切酶切割后的DNA片断

其末端有什么特点？知识点，注

学生回答后教师小结：明自己不会

1.基因的“剪刀”一一限制性核酸内切酶（简称限制酶）的地方，并完

（1）存在：主要在微生物体内。

成“导学案”

（2）特性：一种限制酶只能识别一种特定的核甘酸序列，并在特定

的切点上切割DNA分子。中相应内容。目标导学

限制性核酸内切酶通常能识别4〜6个碱基长度的特定DNA序歹人

明确木节课

并能以特定的模式剪切DNA链。一般来说，被识别的DMA序列是回文

需要达到的

序列。这种序列的特点是，当从左右两端分别阅读这段双链DNA的碱

任务目标

基序列时，双链上的碱基序列时相同的。一种限制酶只能识别一种特

定的DNA序列，体现酶的特异性。按照切割的方式，限制酶可以分为

错位切和平切两种，他们分别产生黏性末端和平末端。提出疑问。

（3）实例：

CTTAA

©illGGATCCIII②丁田TyT四CTAG/A田丁TT田瀚皿

SmaI平切

BaiHl错位切Xbal错位切

引导学生自

心温性皿泯哨W期”汨学，使学生

2个黏性末端2个黏性末端2个平末端的学习有针

对性。

（4）切割结果：产生2个带有黏性末端（或平末端）的DNA片断。

（5）作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA切断,

对自己的DNA无损害。分小组讨论使教学具有

2.基因的“针线”一一DNA连接酶

后回答。针对性。

DNA连接酶的作用是在DNA分子连接过程中，黏合脱氧核糖和磷酸

之间的缺口。如果把DNA分子看成“梯子形”，DNA连接酶的作用是

把梯子的扶手连接起来。

提出问题：列表比较与DNA两关的几种酶参与的生理过程、作用

及作用部位。

师生共同总结：与DNA相关的几种酷的比较。

酶的种类参与生理过程作用部位作用对象

解旋酶复制、转录氢键DNA双链

游离的脱

DNA聚合酶复制磷酸二酯键

氧核苜酸

连接目的基

DNA连接酶磷酸二酯键DNA片段

因与运载体通过分析表

限制酶目的基因切取磷酸二酯键DNA片段学生回顾旧格，有特例

游离的脱知识。到一般，总

逆转录酶逆转录磷酸二酯键

氧核甘酸结规律。符

教师叙述：通过以上学习我们知道了如何获取目的基因，如何把合学生的认

来源不同的两个基因连接起来，但是，要将目的基因送入受体细胞，知特点。

还需要专门的运输工具：运载体。可以作为运载体的有：质粒、噬菌分小组讨论

体、动植物病毒等。那么作为运教体需要具备什么条件？请同学们看

后回答。

教科书图6-5总结质粒的结构及特点，并根据质粒的特点讨论作为基

因运载体必须具备的条件？

师生共同总结：

1.常用的运载体一一质粒

（1）本质：是能够自主复制的小型DNA分子，存在于细菌和酵

母菌的细胞质中。

（2）作用①作为运载工具，将目的的基因送到宿主细胞中去。

②用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。

（3）特点:

①细胞拟核之外的小的环状DNA分子。

②借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎

没有影响。

③能够自主复制。④可以容易地从细胞中取出或放入。

记忆知识点。

2.基因运载体必须具备的条件：

①能在宿主细胞中复制并稳定保存一一保证目的基因能在细胞分

裂过程中复制并传递给子细胞。

②有多个限制酶切点一一运载体能够接入多种目的基因所必备的

条件。

③具有某些标记基因一一便于进行筛选，是检测目的基因是否导

通过具体实

入受体细胞中的重要依据。

归纳基因工例分析，理

教师用多媒体课件展示：与教科书插图6・6类似的示意图，简要归

程操作的基解限制前的

纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。

本步骤特点，切割

教师播放动画：基因工程的操作步骤

根据上述操作示意图教师提出问题（多媒体展示探究思考题）：DNA分子

1.切割运载体和目的基因往往是用同一种限制的还是两种？为什的过程。

么？根据质粒和和含目的基因的DNA已知序列如何选择限制性核酸内

切酶的种类？为什么？

(学生回答：切割运载体和H的基因往往是用同一种限制酶，产

生的黏性末端相同。用同一种限制性内切酶切割后的DNA片断其末端

可以用连接酶来缝合这样“剪切拼接”就可以形成重组的DNA分子。)对比记忆。

探究二：基因工程的应用

教师：首先播放一则新闻《转基因克隆兔》

讲述：基因工程在农业、医药、环保等方面都有很广阔的应用前

培养学生归

景。请同学们分组讨论，总结。

纳总结能

学生1：基因工程在农业上的应用主要表现在两方面：

力U

(1)通过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。

(2)用基因工程的方法可培育出具有各种抗逆性的作物新品种。

现在已培育出一批分别具有抗病、抗虫、抗除草剂、抗盐碱、抗病毒、

抗干旱等性状的转基因农作物。1996至2000年的短短五年，全球转基

因作物从170X104hm2发展到4420X104hm2,其推广速度是前所未有通过学生分

的。组汇报并交

学生2：基因工程在畜牧养殆业的应用流课前收集

基因工程在畜牧养殖业上的应用也具有广阔的前景，科学家将某有关基因工

种特定基因与病毒DNA构成重组DNA,然后，通过感染或显微注射程应用的事

技术将重组DNA转移到动物受精卵中，并由这种受精卵发育成新个体，例资料，总

这就是我们在前面提到的转基因动物。通过转基因动物人们可以获得结基因工程

所需要的各种优良品质。的应用。提

1982年，美国科学家将人的生长基因和牛的生长素基因分别注射高学生的学

到小白鼠的受精卵中，借腹怀胎后，产下的小白鼠比-•般的大一倍，习兴趣。

出现了前所未有的“超级鼠”，这是世界上第一只转基因动物。人们还用

同样的方法，陆续获得自然界中从来就不曾有过的“超级绵羊“和"超级

鱼”等动物。例如：转基因绵羊，比一般绵羊生长快30%,体型大0.5

倍；又如，澳大利亚科学家培育的转基因猪，4个月后可达90kg,生

长速度比普通家猪提高100%。

学生3：基因工程与医药卫生

基因工程在医药卫生领域的应用主要可概括为两个方面：

（1）用于生产基因工程药品学生分组汇

所谓基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋报并交流课

白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因前收集资料

操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细的情况。

胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细

胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，

即基因疫苗或药物。

基因工程的方法由于不受原料的限制，可以高效率的生产出各种

高质量、低成本的药物，如胰岛素、抗生素等。

（2）用于基因诊断和基因治疗

①基因诊断（展示DNA分子杂交过程的动画效果）

基因诊断：运用基因分析对疾病作出诊断的方法，是遗传病最准

确的诊断手段，也是一种威力强大的高新技术。传统诊断方法是通过

表现型来推测基因型，而基因诊断是从基因着手来推断表现型，即绕

过基因产物，通过直接探查基因进行诊断，不受细胞类型和发病年龄

的限制，可用于一切遗传病的诊断。基因诊断也称为DNA诊断或基因

探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行

诊断。用放射性同位素（如P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，

利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾

病的目的。

癌细胞的病变过程，主要是由于基因调节控制失灵，通过基因诊

断，将发生紊乱的基因加以修复，有希望根治癌症。半乳糖血症是一汇总资料，全

种先天性糖代谢缺陷症，通过基因诊断，发现病人缺少一个合成半乳面总结基因

糖转移酹的基因。若把半乳糖转移酶的基因转入缺乏这种基因的人体工程应用。

中，治疗这种先天性疾病将成为可能。基因诊断已用于镰刀状红细胞

贫血症和地中海贫血症的诊断；对肠道病毒、疱疹病毒、腺病毒、肝

炎病毒等引起的疾病，基因诊断技术已用于临床实践。

②基因治疗

基因治疗，顾名思义是指在基因水平上对人类疾病进行治疗。具

体地说，它是利用基因转移或基因调控的手段，将正常基因转人疾病

患者机体细胞内，取代致病的突变基因，表达所缺乏的基因产物。或

者是通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新开启己

关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管等疾病的目的。

学生4：基因工程在食品工业中的应用

随着人类社会的发展，粮食危机越来越威胁着人类的生存与发展，

利用基因工程可以为人类开辟新的食物来源。如鸡蛋白基因在大肠杆

菌和酵母菌中表达成功，表明人们有希望从发酵罐里生产出人类需要

的卵清蛋白。同样的，不久的将来，人们还可以从微生物中获得人们

所需要的各种营养物质。

学生5：基因工程应用于环保

基因工程应用于环保，一方面基因工程方法可用于环境监测。据

报道，用DNA探针可以检测饮用水病毒的含量。具体方法：用一个特

培养学生语

定的DNA片段制成探针，与被测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测

言表达能

出来。与传统方法相比具有快速、灵敏的特点。传统的检测一次，需

力。

几天或几个星期的时间，精确度不高，而用DNA探针只需一天。据报

道，能从It水中检测出10个病毒来，精确度大大提高。

基因JL程还可用于理化环境。随着石油JL业的迅速发展，石油这

种含有多种烧类的物质对环境造成很大的污染。自然界中，假单相杆

菌的细菌能够分解石油，但是，每一种假单抱杆菌只能分解石油中的

某一种成分。1975年，科学家用基因工程的方法，把能分解三种焊类

的基因都转到能分解另一种蜂类的假单抱杆菌内，创造出了能同时分

解四种烧类的"超级细菌二

学生6：展望21世纪，将是基因工程迅速发展和日臻完善的世纪，

它将为人类带来巨大的效益，人们不光在基因工程的技术上取得突破，

还将加速其产业化的进程。基因工程将在人类生活的方方面面发挥它

举足轻重的作用。

探究三：转基因生物和转基因食品的安全性

展示图片转基因黄金大米和普通大米

普通大米“黄金大米”

转基因大米

组织学生分两组进行辩论

师生共同总结

(1)优点

①解决粮食短缺问题，降低生产成本，降低粮食售价

②减少农药使用量，从而减少环境污染

引导学生通

③增加食物营养，提高附加值，增加食物种类，提升食物品质

分两组进行过对本节学

④促进生产效率，带动相关产业发展

辩论。习内容的小

(2)缺点

结，理清知

①可能产生新毒素和新过敏原

识之间的关

②可能产生抗除草剂的杂草

③可能使疾病散播跨越物种障碍系，形成知

④可能会损坏农作物的生物多样性，可能干扰生态系统的稳定性识框架和脉

【小结，形成知识体系】络，建构知

小结语：以上就是本节所学的内容，下面我们一起来总结一下：识体系。

一、基因工程的原理和老师一起

1.基因工程的概念总结本节所

「基因的剪刀一一限制性内切酶学习的内容，

2.基因操作的工具J基因的针线一一DNA连接陶

形成知识体

［基因的运输工具运载体

3.基因操作的基本步骤系。

二.基因工程的应用对所学知识

1.基因工程与作物育种的理解，同

2.基因工程与药物研制时培养学生

3.基因工程与环境保护的答题速度

三、转基因生物和转基因食品的安全性问题和规范，将

【板书设计】学习延伸到

见知识体系课下。

过渡语：同学们对基础知识的掌握已经非常熟练，能否利用所学的知针对不同层

识解决问题？次的学生提

【当堂检测】出明确的完

针对本课时的教学目标，设计题目，进行课堂达标检测，当堂反馈结定时独立完成目标。

果，对学生的课堂表现作出评价，就其中重点知识布置适度的课下作成后，教师公

业，进一步巩固所学知识。布答案。同位

1.要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（）互批、互助，

①限制酶②连接酶③解旋酶④还原酶最后提出同

A.®®B.③④C.©@D.@@位没有解决

2.基因工程的正确操作步骤是（）的问题。有其

①使目的基因与运载体结合②将目的基因导入受体细胞他同学或教

③目的基因的表达和检测④提取目的基因师解答。

A.③②®®B.②④①③课卜作业独

C.@®@@D.③④①②立完成

3.科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术一基因工程，实

施该工程的最终目的是（）

A.定向提取生物体的DNA分子B.定向地对DNA分子进

行“剪切”

C.在生物体外对DNA分子进行改造D.定向地改造生物的遗

传性状

4.下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体

A.细菌质粒B.噬菌体

C.动植物病毒D.细菌核区的DNA

5.有关基因工程的叙述中，错误的是（）

A.DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来

B.限制性内切酶用于目的基因的获得

C.目的基因须由运载体导入受体细胞

D.人工合成目的基因不用限制性内切酶

教学反思：通过本节课的的教学来看，学生基本上对本节课的重点内容能够掌握，由于时间

限制，对基因工程的操作的基本步骤的细节讲解较少，学生对操作过程有些模糊，可以到选

修3继续深入学习。通过当堂达标情况看，学生掌握较好，基本完成本节课的教学目标。

学情分析

学生通过前面的学习已经掌握了不少培养生物新品种的方法，

杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种等方法但都局限于

同一物种间进行的操作。能否跨越物种的界限呢？通过“问题探讨”

可激发学生学习兴趣，引入基因工程的概念。学生在课外通过广告

或其他途径已经知道有转基因技术和转基因产品，因此对转基因概

念不会太陌生,而且对这项技术兴趣浓厚.学生之前在必修二教材

中已经学习了主要遗传物质DNA的结构、基因的概念和功能、基因

重组，对于理解基因工程中的“剪切连接”有一个物质基础。

效果分析

本课时主要通过播放动画、微课、视频及小组合作探究方法开

展学习活动，学生通过动画对基因工程的工具和操作步骤有直观的了

解，通过小组合作学习基本上对本节课的重点和难点内容能够掌握，

但由于时间限制教师对基因工程操作的基本步骤的细节讲解较少也

不能够很深入，所以学生对操作过程中的某些知识有些理解不透彻,

但学生可以到选修3继续深入学习。通过当堂达标情况看，学生通过

率基本能达到90%,基本完成本节课的教学目标起到了良好的教学效

果。

教材分析

本节课内容是人教版生物选修二第六章第二节内容。基

因工程是现代生物科技中的热点，逐渐对人类的生产和生活产

生巨大的影响，所以该内容被录入了现行的高中生物必修教材

中，并且在选修教材中有更详细的阐述。学习这一内容，既有

助于学生对这一前沿科技的了解，也能让学生对科学、技术、

社会三者的关系有更深入的理解，还能为学生的人生规划和发

展提供一种新的视角。本节简要介绍了基因工程的原理，使学

生对基因工程有一个基本的认识。为了避免与选修3中基因工

程的内容重复，教材没有过多地展开介绍。教师可以适当扩展，

但不宜过多。教材结合实例介绍了基因工程在作物育种、药物

研制、环境保护等方面的应用，最后又对转基因生物和转基因

食品安全性进行讨论。

评测练习

1.要使