2019版 沪科教版 高中生物学 选择性必修3 生物技术与工程《第三章 基因工程赋予生物新的遗传特性》大单元整体教学设计2020课标

版沪科教版高中生物学选择性必修3生物技术与工程《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》对生物技术与工程模块提出了明确的教学要求，其中《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》是选择性必修3中的重要内容。本章内容不仅涉及基因工程的基本原理和技术，还探讨了基因工程在农业、畜牧业、渔业以及医学领域的广泛应用，以及蛋白质工程作为基因工程延伸的重要性和具体实践。具体来说，本章内容包括三节：基因工程是一种重组DNA技术：本节主要介绍了基因工程的基本原理和技术，包括生物科学与技术的发展如何催生基因工程，重组DNA技术所需的三种基本工具（限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体），以及基因工程的基本操作程序（目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定）。基因工程的广泛应用改善了人类的生活品质：本节详细阐述了基因工程在各个领域的应用，包括基因工程如何赋予农作物新的优良性状（如抗虫、抗病、高产等），在畜牧业和渔业上的应用前景（如转基因动物、鱼类等），以及在医学领域的巨大贡献（如基因治疗、疫苗生产等）。蛋白质工程是基因工程的延伸：本节介绍了蛋白质工程的概念，即根据基因工程原理设计和改造蛋白质，以改变蛋白质的性状和功能，满足人类生产和生活的需要。这些内容不仅涵盖了基因工程的理论基础，还涉及了实际应用的多个方面，旨在帮助学生全面理解基因工程在现代生物技术中的重要地位和作用。（二）单元内容分析根据教学内容，本章可以分为三个主要单元：基因工程的基本原理和技术单元：本单元主要介绍基因工程的基本概念、发展历程、所需工具以及基本操作程序。通过学习，学生应能够理解基因工程是如何通过剪切和拼接DNA分子来实现生物遗传特性的定向改造。基因工程的应用单元：本单元详细探讨了基因工程在农业、畜牧业、渔业和医学领域的广泛应用。学生将了解基因工程如何通过改良作物性状、培育转基因动物等方式，提高农产品的产量和品质，改善动物的生产性能，以及为人类疾病的治疗和预防提供新的手段。蛋白质工程单元：本单元介绍了蛋白质工程的概念和原理，以及如何通过基因工程技术来设计和改造蛋白质。学生将学习如何利用定点突变、基因融合和基因剪接等技术，创造出具有特定性状和功能的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。这三个单元紧密相连，逐步深入，共同构成了基因工程教学内容的完整体系。通过学习这些单元，学生将全面掌握基因工程的基本原理、技术和应用，为未来的学习和工作打下坚实的基础。（三）单元内容整合在整合单元内容时，我们应注重知识的系统性和连贯性，确保学生能够在学习过程中逐步建立起对基因工程全面而深入的理解。具体来说，可以采取以下措施：知识串联：将基因工程的基本原理、技术和应用有机地串联起来，形成一个完整的知识体系。例如，在介绍基因工程的基本原理时，可以适时引入其在各个领域的应用实例，帮助学生理解基因工程技术的实际价值和意义。案例分析：通过具体案例分析，帮助学生深入理解基因工程技术的应用和效果。例如，可以选择一些成功的基因工程应用案例（如转基因抗虫棉的培育、基因治疗技术的突破等），引导学生分析这些案例的成功经验和存在的问题，培养他们的批判性思维和解决问题的能力。实践操作：结合教学内容，设计一些实践操作活动，让学生在动手实践中加深对基因工程技术的理解和掌握。例如，可以组织学生进行DNA分子的剪切和拼接实验，让他们亲身体验基因工程技术的操作过程和方法。跨学科整合：将基因工程技术与其他学科知识进行整合，拓展学生的视野和知识面。例如，可以将基因工程技术与信息技术、环境科学等学科进行交叉融合，引导学生探讨基因工程技术在信息技术、环境保护等领域的应用前景和挑战。通过这些措施的实施，可以有效地整合单元内容，提高教学效果和学生的学习兴趣。二、《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》分解高中生物学学科核心素养根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》，高中生物学学科核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。以下是对这四个方面的具体分解：（一）生命观念生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。在《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》的教学中，生命观念主要体现在以下几个方面：结构与功能观：通过介绍基因工程的基本原理和技术，引导学生理解DNA分子的结构与其功能之间的关系。例如，在模拟DNA分子的剪切和拼接实验中，让学生观察和分析DNA分子的结构特点，理解其如何通过特定序列的剪切和拼接来实现遗传信息的传递和表达。进化与适应观：通过探讨基因工程在各个领域的应用，引导学生理解生物进化与适应的基本原理。例如，在介绍转基因抗虫棉的培育过程中，让学生思考棉铃虫抗药性的产生机制以及转基因抗虫棉如何通过基因工程手段来克服这一问题，从而加深对生物进化与适应的理解。稳态与平衡观：通过介绍基因工程技术在生态系统中的应用，引导学生理解生物体与环境之间的相互作用和稳态维持机制。例如，在探讨基因工程对生态系统的影响时，让学生分析转基因作物如何通过与环境相互作用来维持生态系统的稳态和平衡。物质与能量观：通过介绍基因工程技术在农业、畜牧业等领域的应用，引导学生理解物质与能量在生物体内的转化和利用过程。例如，在介绍转基因作物的高产特性时，让学生思考这些作物如何通过基因工程手段来提高光合作用效率和物质积累能力，从而加深对物质与能量观的理解。（二）科学思维科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。在《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》的教学中，科学思维主要体现在以下几个方面：归纳与概括：通过引导学生对基因工程技术的原理和应用进行归纳和概括，培养他们的逻辑思维和概括能力。例如，在总结基因工程技术的基本操作时，让学生归纳出每个步骤的关键点和注意事项，形成系统的知识体系。演绎与推理：通过引导学生进行演绎推理和假设验证，培养他们的推理能力和创新思维。例如，在探讨基因工程在医学领域的应用时，可以让学生提出一个假设（如基因治疗可以治愈某种遗传性疾病），然后通过查阅资料和实验验证来验证这个假设的正确性。模型与建模：通过引导学生建立基因工程技术的模型或模拟实验，培养他们的建模能力和实验设计能力。例如，在模拟DNA分子的剪切和拼接实验中，可以让学生根据实验原理和操作步骤来设计实验方案，并预测实验结果。批判性思维：通过引导学生对基因工程技术的原理和应用进行批判性思考，培养他们的批判性思维和解决问题的能力。例如，在探讨基因工程技术的安全性问题时，可以让学生分析转基因作物可能带来的生态风险和食品安全问题，并提出相应的解决方案。（三）科学探究科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。在《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》的教学中，科学探究主要体现在以下几个方面：问题发现与提出：通过引导学生观察和分析现实世界中的生物学现象，发现问题并提出科学问题。例如，在介绍转基因作物的高产特性时，可以让学生思考这些作物的高产特性是如何产生的？是否存在潜在的生态风险？实验设计与实施：通过引导学生设计并实施实验方案，培养他们的实验设计能力和动手实践能力。例如，在模拟DNA分子的剪切和拼接实验中，可以让学生根据实验原理和操作步骤来设计实验方案，并进行实验操作和数据记录。结果分析与交流：通过引导学生对实验结果进行分析和交流讨论，培养他们的数据分析能力和沟通表达能力。例如，在完成模拟DNA分子的剪切和拼接实验后，可以让学生分析实验结果与预期结果之间的差异及其原因，并进行小组交流和讨论。科学探究态度与精神：通过培养学生的科学探究态度和精神，激发他们对生物学现象的好奇心和求知欲。例如，在介绍基因工程技术的原理和应用时，可以引导学生关注科学前沿动态和热点问题，激发他们对科学研究的兴趣和热情。（四）社会责任社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。在《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》的教学中，社会责任主要体现在以下几个方面：关注社会热点议题：通过引导学生关注社会热点议题和生物学问题，培养他们的社会责任感和公民意识。例如，在探讨基因工程技术的安全性问题时，可以让学生关注国内外关于转基因作物的争议和讨论，并发表自己的观点和看法。参与科学实践与社会服务：通过引导学生参与科学实践和社会服务活动，培养他们的实践能力和社会责任感。例如，可以组织学生参观基因工程实验室或相关企业，了解基因工程技术的实际应用和社会价值；或者组织学生参与社区环保活动或科普宣传活动，提高公众对基因工程技术的认识和接受度。倡导科学精神与伦理道德：通过倡导科学精神和伦理道德，引导学生树立正确的价值观和人生观。例如，在介绍基因工程技术的原理和应用时，可以强调科学研究的诚信和道德准则，引导学生尊重科学事实、崇尚科学精神、遵守伦理规范。推动可持续发展：通过引导学生关注生物多样性和生态环境保护问题，推动可持续发展理念的普及和实践。例如，在探讨基因工程对生态系统的影响时，可以让学生思考如何通过基因工程技术来保护生物多样性和维护生态平衡；或者组织学生参与生态保护和恢复项目活动，为保护环境和推动可持续发展贡献力量。学情分析（一）已知内容分析在高中生物学学习过程中，学生在必修课程中已经对生物学的基本概念和原理有了一定的了解，如细胞的分子组成、细胞的结构与功能、遗传的基本规律等。这些知识为学生学习基因工程这一高级生物技术奠定了坚实的基础。具体来说，学生在必修课程中已经掌握了以下几点与基因工程学习相关的内容：细胞生物学基础：学生已经学习了细胞的结构，包括细胞膜、细胞核、线粒体、叶绿体等重要细胞器的结构和功能。这些知识有助于学生理解基因工程操作中细胞作为受体的重要性，以及目的基因如何在细胞中表达。遗传学基础：必修课程中，学生已经学习了孟德尔遗传定律、基因的分离定律和自由组合定律，以及基因与染色体的关系。这些遗传学基础知识对于理解基因工程中的目的基因获取、重组载体的构建等步骤至关重要。分子生物学基础：虽然分子生物学不是必修课程的重点，但学生在必修课程中已经接触到DNA和RNA的基本结构，以及DNA的复制、转录和翻译等过程。这些知识为学生理解基因工程中的DNA剪切、拼接和表达提供了必要的背景。生物技术基础：在必修课程的某些模块中，学生可能已经接触到一些简单的生物技术，如微生物的培养、发酵技术等。这些基础知识有助于学生理解基因工程在工业生产中的应用。（二）新知内容分析《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》是高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的重要章节，它涵盖了基因工程的基本原理、操作程序和应用前景。这一章节的新知内容主要包括以下几个方面：基因工程的基本原理：学生需要理解基因工程是一种重组DNA技术，它利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具，在体外对DNA分子进行剪切、拼接和重组，然后将重组DNA分子导入受体细胞，使其在细胞内复制、转录和翻译，从而表达出新的遗传性状。基因工程的基本操作程序：学生需要掌握基因工程的基本操作程序，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。学生还需要了解各种基因工程技术的原理和操作方法，如PCR技术、基因枪法、农杆菌转化法等。基因工程的应用前景：学生需要了解基因工程在农业、畜牧业、渔业、医药等领域的应用前景。例如，在农业中，基因工程可以改良作物的遗传性状，提高作物的产量和品质；在畜牧业中，基因工程可以培育出具有优良性状的转基因动物；在医药领域，基因工程可以生产出重组蛋白质药物和基因治疗产品等。蛋白质工程：作为基因工程的延伸，学生需要了解蛋白质工程的基本原理和操作方法。蛋白质工程是根据蛋白质的结构和生物活性之间的关系，利用基因工程技术对蛋白质的DNA编码序列进行有目的的改造，从而创造出具有优良特性的蛋白质分子。（三）学生学习能力分析高中学生在生物学学习过程中已经具备了一定的学习能力和科学素养，这些能力为他们学习基因工程这一高级生物技术提供了有力支持。具体来说，学生的学习能力主要表现在以下几个方面：抽象思维能力：高中学生已经具备了一定的抽象思维能力，能够理解和把握生物学中的抽象概念和原理。例如，他们能够理解DNA的双螺旋结构、基因的遗传规律等抽象概念，并能够运用这些概念解决实际问题。实验操作能力：在生物学实验课程中，学生已经掌握了一定的实验操作技能和实验设计能力。这些能力有助于他们在基因工程实验中进行DNA的提取、纯化、剪切、拼接和表达等操作。信息获取和处理能力：在信息爆炸的时代，高中学生已经具备了一定的信息获取和处理能力。他们能够通过查阅图书、文献、网络等资源获取基因工程相关的知识和信息，并能够运用所学知识对信息进行分析和处理。合作学习能力：在生物学学习过程中，学生已经具备了一定的合作学习能力。他们能够与同学进行交流和合作，共同解决生物学问题。这种合作学习能力有助于他们在基因工程学习过程中进行小组讨论、实验合作和成果交流等活动。（四）学习障碍突破策略尽管高中学生在生物学学习过程中已经具备了一定的学习能力和科学素养，但他们在学习基因工程这一高级生物技术时仍然可能遇到一些学习障碍。为了帮助学生克服这些学习障碍，教师需要采取一些有效的教学策略和方法。具体来说，学习障碍突破策略主要包括以下几个方面：加强基础知识的教学：基因工程是一门综合性很强的学科，它涉及生物学、化学、物理学等多个领域的知识。为了帮助学生更好地理解和掌握基因工程的基本原理和操作程序，教师需要加强基础知识的教学，帮助学生巩固和拓展相关学科的知识和技能。采用多样化的教学方法：基因工程的教学内容相对抽象和复杂，教师需要采用多样化的教学方法来激发学生的学习兴趣和积极性。例如，教师可以运用多媒体教学手段展示基因工程的操作过程和原理；可以组织学生进行小组讨论和合作学习，共同探讨和解决生物学问题；可以引导学生进行实验操作和探究性学习，培养他们的实践能力和创新精神。注重实践操作能力的培养：基因工程是一门实践性很强的学科，学生需要通过实验操作来掌握相关技能和方法。为了提高学生的实践操作能力，教师需要注重实验教学的设计和组织工作。例如，教师可以设计一系列与基因工程相关的实验项目，让学生在实验中掌握DNA的提取、纯化、剪切、拼接和表达等操作技能；可以引导学生参与课外科技活动和创新实践活动，培养他们的实践能力和创新精神。加强学科间的联系和整合：基因工程涉及多个学科的知识和技能，教师需要加强学科间的联系和整合工作。例如，教师可以引导学生将生物学知识与化学知识相结合，理解DNA分子的结构和性质；可以将生物学知识与物理学知识相结合，理解基因工程中的物理过程和原理；可以将生物学知识与信息技术相结合，运用信息技术手段进行基因工程的研究和应用。关注学生的个体差异和学习需求：每个学生的学习能力和学习需求都是不同的，教师需要关注学生的个体差异和学习需求，采取因材施教的教学策略和方法。例如，对于学习能力较强的学生，教师可以引导他们进行更深入的研究和探索；对于学习能力较弱的学生，教师可以给予更多的关注和帮助，帮助他们克服学习障碍和提高学习成绩。针对《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》的教学内容，教师需要从学情分析入手，了解学生的学习基础和学习能力，采取有效的教学策略和方法来帮助学生克服学习障碍和提高学习成绩。通过加强基础知识的教学、采用多样化的教学方法、注重实践操作能力的培养、加强学科间的联系和整合以及关注学生的个体差异和学习需求等措施的实施，教师可以有效地促进学生的学习和发展。四、大主题或大概念设计大主题：探索基因工程奥秘，引领生物技术创新大概念：基因工程作为一种重组DNA技术，通过切割、拼接和转移基因，赋予生物新的遗传特性，广泛应用于农业、畜牧业、渔业及医学领域，极大地改善了人类的生活品质。本单元旨在引导学生深入理解基因工程的基本原理、操作程序及其广泛应用，培养学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等生物学学科核心素养。子主题：基因工程的基础理论：回顾DNA分子结构，理解基因工程诞生的科学基础。基因工程的基本工具：掌握限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体在基因工程中的作用。基因工程的基本操作程序：学习目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。基因工程的广泛应用：探讨基因工程在农业、畜牧业、渔业及医学领域的贡献。蛋白质工程：理解蛋白质工程作为基因工程延伸的概念，学习如何通过基因改造来设计和改造蛋白质。五、大单元目标叙写高中生物学学科核心素养：（一）生命观念学生能够理解基因工程的基本原理，认识到基因工程是如何通过改变生物的遗传特性来创造新的生物类型的。学生能够形成对生命世界的动态、进化、统一和适应性的理解，认识到基因工程在生物进化过程中的作用。（二）科学思维学生能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维方法，探讨基因工程中的科学问题。学生能够基于事实和证据，对基因工程技术的原理、应用及其可能带来的影响进行逻辑分析和评估。（三）科学探究学生能够通过模拟实验、案例分析等科学探究活动，亲身体验基因工程的基本操作程序，提高实践能力和解决问题的能力。学生能够针对基因工程中的实际问题，设计并实施探究实验，收集和分析数据，得出科学结论。（四）社会责任学生能够关注基因工程技术的社会议题，理解基因工程在改善人类生活品质方面的贡献，以及可能带来的伦理和安全问题。学生能够基于生物学基本观点，对基因工程技术的应用进行理性判断和决策，积极参与社会讨论，形成正确的价值观和社会责任感。具体目标：知识目标：学生能够掌握基因工程的基本原理、操作程序及其广泛应用；理解蛋白质工程的概念和原理。能力目标：学生能够运用科学思维方法探讨基因工程中的科学问题；具备进行科学探究实验的能力；能够针对基因工程技术的社会议题进行理性判断和决策。情感态度价值观目标：学生能够形成对基因工程技术的正确认识和态度；具备社会责任感和伦理意识；积极参与科学实践和社会讨论。六、大单元教学重点基因工程的基本原理和基本概念：包括DNA分子的结构、基因工程的基本工具、基因工程的基本操作程序等。基因工程在农业、畜牧业、渔业及医学领域的广泛应用：通过案例分析，让学生了解基因工程技术在不同领域中的贡献和应用前景。蛋白质工程的概念和原理：理解蛋白质工程作为基因工程延伸的概念，学习如何通过基因改造来设计和改造蛋白质。科学探究能力的培养：通过模拟实验、案例分析等科学探究活动，提高学生的实践能力和解决问题的能力。社会责任和伦理意识的培养：引导学生关注基因工程技术的社会议题，理解其可能带来的伦理和安全问题，培养学生的社会责任感和伦理意识。七、大单元教学难点基因工程基本概念的抽象性：基因工程涉及许多抽象的科学概念和原理，如DNA分子的结构、基因工程的基本工具等，学生可能难以理解和掌握。基因工程操作程序的复杂性：基因工程的基本操作程序包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等多个步骤，每个步骤都涉及复杂的科学操作和技术要求，学生可能难以全面掌握。科学探究实验的设计和实施：科学探究实验需要学生具备一定的实验设计能力和实践能力，同时还需要考虑实验的安全性和可行性等因素，这对学生来说是一个较大的挑战。社会责任和伦理意识的培养：基因工程技术涉及许多社会议题和伦理问题，如基因编辑技术的安全性和伦理性等，学生需要具备较高的社会责任感和伦理意识才能正确理解和应对这些问题。突破难点的策略：采用直观的教学方法：通过多媒体展示、实物模型、动画演示等方式，将抽象的科学概念和原理直观化、形象化，帮助学生理解和掌握。分解教学步骤：将基因工程的基本操作程序分解成多个小步骤进行教学，每个步骤都进行详细讲解和演示，帮助学生逐步掌握。提供实验指导和支持：在科学探究实验的设计和实施过程中，提供详细的实验指导和支持，帮助学生解决实验中遇到的问题和困难。开展讨论和交流活动：通过小组讨论、班级交流等方式，引导学生关注基因工程技术的社会议题和伦理问题，培养学生的社会责任感和伦理意识。鼓励学生积极参与科学实践和社会讨论，形成正确的价值观和社会责任感。八、大单元整体教学思路一、引言《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，生物学课程旨在提高学生的生物学学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度。本单元《基因工程赋予生物新的遗传特性》作为高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》的重要组成部分，不仅要求学生掌握基因工程的基本原理和技术流程，更要求学生通过实践活动，深刻理解生命活动的本质，培养科学思维和创新实践能力，增强社会责任感。二、教学目标设定（一）生命观念理解生命的基本构成与遗传规律学生能够理解DNA作为遗传物质的基本结构，掌握DNA双螺旋结构的特点，以及基因如何通过DNA复制、转录和翻译等过程实现遗传信息的传递。通过模拟DNA分子的剪切和拼接活动，学生能够直观感受基因工程如何操作DNA分子，进而理解基因对生物性状的控制作用。认识生命的多样性与统一性学生能够认识到不同生物体在基因层面的共性与差异，理解基因工程如何通过跨物种的基因转移，赋予生物新的遗传特性，从而实现生命的多样性。通过分析基因工程在农业、畜牧业、渔业和医学等领域的应用案例，学生能够认识到基因工程在改善人类生活品质、解决全球性问题（如粮食短缺、疾病治疗等）方面的重要作用。树立进化与适应观学生能够理解生物通过自然选择和人工选择不断进化的过程，认识到基因工程作为人工选择的一种高级形式，如何加速生物的进化过程，使生物更好地适应环境变化。（二）科学思维培养批判性思维学生在学习基因工程的基本原理和技术流程时，能够运用批判性思维，对基因工程的安全性、伦理性和可行性等问题进行深入思考，形成自己的见解。通过讨论基因工程可能带来的潜在风险（如基因污染、生态破坏等），学生能够学会权衡利弊，做出合理的判断和决策。发展创造性思维鼓励学生运用创造性思维，设想基因工程在未来可能的应用领域和发展方向，如基因治疗、基因编辑、合成生物学等。通过设计基因工程实验方案、模拟基因工程操作流程等活动，学生能够锻炼自己的创新思维和实践能力。运用科学方法进行推理和论证学生在学习基因工程的过程中，能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学方法，对基因工程的基本原理和技术流程进行深入理解和分析。通过实验探究、数据分析等活动，学生能够学会运用科学证据支持自己的观点，进行逻辑严密的推理和论证。（三）科学探究掌握科学探究的基本方法学生能够掌握观察、提问、假设、实验设计、数据收集和分析、结论得出等科学探究的基本方法，为未来的科学研究和实践活动打下坚实的基础。通过模拟DNA分子的剪切和拼接实验，学生能够亲身体验科学探究的过程，感受科学发现的乐趣。提高实践操作能力学生在实验探究过程中，能够学会使用各种实验仪器和设备，掌握基本的实验操作技能，如DNA提取、PCR扩增、凝胶电泳等。通过小组合作、实验报告撰写等活动，学生能够锻炼自己的团队协作能力和沟通交流能力。学会分析和解决实际问题学生能够运用所学知识，分析和解决实际生活中与基因工程相关的问题，如转基因食品的安全性、基因检测的伦理性等。通过参与社会实践活动、撰写科普文章等活动，学生能够增强自己的社会责任感和使命感。（四）社会责任树立正确的价值观学生能够认识到科学技术的发展对人类社会的深远影响，树立正确的价值观和世界观，积极投身科学研究和社会实践。通过学习基因工程的发展历程和应用案例，学生能够感受到科学家的创新精神和奉献精神，激发自己的爱国热情和民族自豪感。增强环保意识学生能够认识到基因工程在改善人类生活品质的同时，也可能对环境造成潜在风险，因此应增强环保意识，积极参与环境保护活动。通过讨论基因工程可能带来的生态破坏和基因污染等问题，学生能够学会权衡科技进步与环境保护之间的关系，做出合理的决策。参与社会议题讨论学生能够关注社会热点议题，积极参与讨论和交流，发表自己的观点和看法，为社会的进步和发展贡献自己的力量。通过参与科普宣传活动、撰写科普文章等活动，学生能够提高自己的科学素养和传播科学知识的能力。三、教学实施策略（一）理论教学与实验探究相结合在教学过程中，应注重理论教学与实验探究的有机结合。通过理论讲解，使学生能够掌握基因工程的基本原理和技术流程；通过实验探究，使学生能够亲身体验科学探究的过程，感受科学发现的乐趣。例如，在模拟DNA分子的剪切和拼接实验中，教师可以先讲解DNA分子的基本结构和剪切拼接的原理，然后引导学生设计实验方案、进行实验操作、收集和分析数据、得出实验结论。（二）小组合作与自主学习相结合在教学过程中，应注重小组合作与自主学习的有机结合。通过小组合作，使学生能够学会团队协作和沟通交流；通过自主学习，使学生能够培养自己的独立思考和创新能力。例如，在基因工程实验方案的设计过程中，教师可以先引导学生进行小组讨论，集思广益，形成初步的实验方案；然后要求学生根据自己的兴趣和特长，选择适合自己的任务进行自主学习和探究。（三）课堂教学与课外实践相结合在教学过程中，应注重课堂教学与课外实践的有机结合。通过课堂教学，使学生能够掌握基本的知识和技能；通过课外实践，使学生能够运用所学知识解决实际问题，增强社会实践能力。例如，在基因工程的学习过程中，教师可以组织学生参观生物科技公司、科研院所等机构，了解基因工程在实际生产中的应用情况；同时鼓励学生参与社会实践活动，如科普宣传、环保行动等，提高自己的社会责任感和使命感。（四）评价与反馈相结合在教学过程中，应注重评价与反馈的有机结合。通过评价，教师能够了解学生的学习情况和掌握程度；通过反馈，学生能够及时了解自己的学习成果和不足之处，进行有针对性的改进和提高。例如，在基因工程的实验探究过程中，教师可以采用过程性评价和终结性评价相结合的方式，对学生的实验设计、实验操作、实验报告等方面进行综合评价；同时鼓励学生进行自我评价和同伴评价，培养自己的反思能力和批判性思维。四、教学资源与环境建设（一）教学资源建设教材与教辅资料选用适合本单元教学的教材和教辅资料，如《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》、沪科教版高中生物学教材等。收集相关的科研论文、科普文章、视频资料等，为学生提供丰富的学习资源。实验设备与试剂配备必要的实验设备和试剂，如PCR仪、凝胶电泳仪、DNA提取试剂盒、限制性内切酶、DNA连接酶等。定期维护和更新实验设备，确保实验教学的顺利进行。网络资源与平台利用网络资源和平台，如中国知网、万方数据等数据库，为学生提供丰富的学术资源和在线学习平台。建立班级微信群、QQ群等交流平台，方便师生之间的沟通和交流。（二）教学环境建设实验室建设加强实验室建设，确保实验教学的顺利进行。实验室应配备必要的实验设备和试剂，保持整洁、安全、有序。定期对实验室进行维护和更新，确保实验设备的正常运行和实验教学的质量。教室布置合理布置教室环境，营造浓厚的学习氛围。教室应配备必要的教学设备和多媒体设施，如投影仪、电子白板等。在教室墙壁上张贴生物学相关的图片、挂图等，激发学生的学习兴趣和探究欲望。校园文化氛围营造良好的校园文化氛围，鼓励学生积极参与科学研究和社会实践活动。学校可以组织科技节、科普讲座等活动，为学生提供展示自己才华和成果的平台。加强与社区、企业等机构的合作与交流，为学生提供更多的实践机会和就业岗位。五、教学评估与反思（一）教学评估学生评估通过课堂观察、作业批改、实验报告撰写等方式，对学生的学习情况和掌握程度进行全面评估。采用过程性评价和终结性评价相结合的方式，对学生的知识掌握、技能提升、情感态度价值观等方面进行综合评价。教师评估通过教学反思、同行评议、学生评价等方式，对教师的教学情况和教学效果进行全面评估。鼓励教师积极参与教学研究和改革活动，不断提高自己的教学水平和专业素养。（二）教学反思教学内容反思对本单元的教学内容进行全面反思和总结，分析教学内容的科学性、实用性和针对性等方面的问题。根据学生的反馈和评估结果，对教学内容进行适时调整和优化，提高教学效果和质量。教学方法反思对本单元的教学方法进行全面反思和总结，分析教学方法的有效性、适用性和创新性等方面的问题。尝试采用新的教学方法和手段，如翻转课堂、项目式学习等，激发学生的学习兴趣和探究欲望。教学资源与环境反思对本单元的教学资源与环境进行全面反思和总结，分析教学资源的丰富性、实用性和更新性等方面的问题。加强教学资源和环境的建设和管理，确保教学资源的充足和更新，为教学提供有力的支持和保障。通过本单元的教学实施和评估反思，旨在提高学生的生物学学科核心素养，培养他们的科学思维和创新实践能力，增强他们的社会责任感和使命感。也为教师提供了一个展示自己才华和成果的平台，促进了教师的专业成长和发展。九、学业评价一、引言学业评价是教学过程中不可或缺的重要环节，它不仅是对学生学习成果的检验，更是促进学生核心素养发展的重要手段。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本次学业评价将围绕“基因工程赋予生物新的遗传特性”这一章节内容，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度出发，全面评价学生的学习成效。二、教学目标设定根据课程标准和教学内容，本次教学设定了以下目标：生命观念：学生能够理解基因工程的基本原理，认识到基因是生物遗传信息的基本单位，基因工程通过改变生物的遗传物质来改变其遗传特性。学生能够认识到基因工程在农业、医学等领域的应用对生物多样性和人类社会的影响。科学思维：学生能够运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析基因工程的基本操作程序，理解限制酶、DNA连接酶和载体在基因工程中的作用。学生能够通过比较不同基因工程技术的优缺点，培养批判性思维和创造性思维。科学探究：学生能够设计并实施模拟DNA分子剪切和拼接的实验，掌握基本的实验操作技能和科学探究方法。学生能够通过查阅资料、设计实验方案、收集和分析数据等过程，提高科学探究能力和团队协作能力。社会责任：学生能够关注基因工程在农业、医学等领域的应用前景，认识到基因工程对改善人类生活品质的重要性。学生能够形成正确的科学观和价值观，积极参与社会热点议题的讨论，为可持续发展贡献自己的力量。三、学习目标设定基于教学目标，本次教学设定了以下具体的学习目标：生命观念：学生能够描述基因工程的基本原理，理解基因、DNA和蛋白质之间的关系。学生能够列举基因工程在农业、医学等领域的应用实例，分析其对生物多样性和人类社会的影响。科学思维：学生能够通过模拟实验，归纳概括出DNA分子剪切和拼接的基本步骤和原理。学生能够运用所学知识，比较不同基因工程技术的优缺点，提出改进意见。科学探究：学生能够设计并实施模拟DNA分子剪切和拼接的实验方案，掌握实验操作技能。学生能够通过查阅资料、收集和分析数据等过程，提高科学探究能力和团队协作能力。社会责任：学生能够关注基因工程在农业、医学等领域的应用前景，认识到其对改善人类生活品质的重要性。学生能够积极参与社会热点议题的讨论，宣传基因工程的相关知识，为可持续发展贡献自己的力量。四、评价目标设定基于教学目标和学习目标，本次教学设定了以下评价目标：生命观念评价：通过课堂提问、小组讨论和作业等形式，评价学生对基因工程基本原理的理解程度。通过案例分析，评价学生对基因工程在农业、医学等领域应用实例的分析能力。科学思维评价：通过模拟实验报告，评价学生归纳概括DNA分子剪切和拼接基本步骤和原理的能力。通过批判性思维训练，评价学生对不同基因工程技术优缺点的比较和分析能力。科学探究评价：通过实验设计和实施过程，评价学生的实验操作技能和科学探究能力。通过实验报告和小组讨论，评价学生的数据处理和分析能力，以及团队协作能力。社会责任评价：通过社会热点议题讨论，评价学生对基因工程应用前景的认识程度和参与度。通过社会实践活动和宣传材料制作，评价学生的社会责任感和公民意识。五、评价方法与工具为了实现上述评价目标，本次教学将采用多种评价方法和工具，包括课堂提问、小组讨论、作业、模拟实验、案例分析、批判性思维训练、社会实践活动等。课堂提问：通过提问的方式，检查学生对基因工程基本原理和基本概念的理解程度。提问内容涵盖基因、DNA、蛋白质之间的关系，基因工程的基本原理和应用实例等。小组讨论：组织学生进行小组讨论，分享对基因工程应用实例的分析和见解。小组讨论过程中，教师将引导学生深入思考，培养批判性思维和创造性思维。作业：布置书面作业，要求学生撰写基因工程相关的小论文或研究报告。作业内容涵盖基因工程的基本原理、应用实例、优缺点分析等方面。模拟实验：设计并实施模拟DNA分子剪切和拼接的实验，评价学生的实验操作技能和科学探究能力。实验过程中，教师将指导学生正确操作实验器材，记录和分析实验数据。案例分析：提供基因工程在农业、医学等领域的应用案例，要求学生进行分析和评价。案例分析过程中，教师将引导学生关注基因工程对生物多样性和人类社会的影响。批判性思维训练：组织学生进行批判性思维训练，要求学生比较不同基因工程技术的优缺点。训练过程中，教师将引导学生运用归纳与概括、演绎与推理等方法，提高批判性思维能力。社会实践活动：组织学生参与社会实践活动，如参观基因工程实验室、参加科普讲座等。社会实践活动过程中，教师将引导学生关注基因工程的应用前景和社会责任。六、评价实施过程课前准备：教师根据教学内容和评价目标，设计课堂提问、小组讨论、作业、模拟实验等评价环节。学生预习课文内容，了解基因工程的基本原理和应用实例。课堂实施：教师通过课堂提问和小组讨论的方式，检查学生对基因工程基本原理和基本概念的理解程度。学生参与模拟实验，掌握基本的实验操作技能和科学探究方法。教师提供案例分析材料，引导学生进行深入分析和评价。课后作业：教师布置书面作业，要求学生撰写基因工程相关的小论文或研究报告。学生完成作业后，提交给教师进行批改和评价。社会实践活动：教师组织学生参加社会实践活动，如参观基因工程实验室、参加科普讲座等。学生参与社会实践活动后，撰写实践报告或心得体会，分享给教师和同学。评价反馈：教师根据学生的课堂表现、作业成绩、实验报告和社会实践活动表现等方面，给出综合评价。教师针对学生的不足之处，提出改进意见和建议，帮助学生提高学习效果。七、评价结果分析与应用评价结果分析：教师对学生的课堂表现、作业成绩、实验报告和社会实践活动表现等方面进行综合分析。教师根据学生的评价结果，了解学生的学习情况和存在的问题，为后续教学提供改进方向。评价结果应用：教师根据学生的评价结果，调整教学策略和方法，提高教学效果和质量。教师根据学生的评价结果，提供个性化的辅导和帮助，帮助学生提高学习效果和成绩。教师将学生的评价结果纳入综合素质评价体系，为学生的升学和就业提供参考依据。八、总结与展望本次学业评价围绕“基因工程赋予生物新的遗传特性”这一章节内容，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度出发，全面评价了学生的学习成效。通过课堂提问、小组讨论、作业、模拟实验、案例分析、批判性思维训练和社会实践活动等多种评价方法和工具，有效提高了学生的生物学学科核心素养。展望我们将继续深化教学改革，优化教学评价体系，关注学生的全面发展。我们将继续探索更加科学、合理的评价方法和工具，提高评价的针对性和有效性。我们将加强与家长和社会的沟通与合作，共同促进学生的健康成长和全面发展。十、大单元实施思路及教学结构图1.大单元实施思路针对2019版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》教学内容，本大单元的实施思路旨在通过一系列教学活动，引导学生深入理解基因工程的基本原理、技术流程及其在农业、畜牧业、渔业和医学等领域的广泛应用，同时培养学生的生物学学科核心素养。具体实施思路如下：1.1引入主题，激发兴趣情境创设：通过展示基因工程在现代农业、医学等领域的成功案例，如转基因抗虫棉、基因工程疫苗等，引发学生对基因工程的兴趣和好奇心。问题导入：提出诸如“基因工程是如何实现跨物种基因转移的？”“基因工程对我们的生活有哪些影响？”等问题，引导学生思考并激发探究欲望。1.2理论讲解，奠定基础生物科学与技术的发展：回顾生物学和遗传学的发展历程，特别是DNA双螺旋结构的发现、PCR技术的发明等关键事件，为学生理解基因工程提供背景知识。基因工程的基本原理：详细讲解基因工程的概念、原理和基本流程，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。1.3实验操作，加深理解模拟DNA分子的剪切和拼接：通过简易物理模型模拟DNA分子的剪切和拼接过程，帮助学生直观理解限制性内切核酸酶、DNA连接酶等工具的作用和基因工程的基本操作。PCR技术实验：指导学生进行PCR实验，扩增目的基因，体验DNA体外扩增的过程，加深对基因工程技术的理解。1.4案例分析，拓展视野基因工程在农业中的应用：分析转基因抗虫棉、转基因水稻等案例，探讨基因工程如何改良作物性状，提高产量和抗逆性。基因工程在畜牧业和渔业中的应用：介绍转基因动物在畜牧业和渔业中的应用前景，如生长速度更快的鱼类、抗病性更强的畜禽等。基因工程在医学中的应用：讲解基因工程疫苗、基因治疗药物等案例，了解基因工程在医学领域的贡献。1.5探究讨论，培养能力小组讨论：组织学生围绕基因工程的伦理、安全等问题展开讨论，培养学生的批判性思维和社会责任感。项目式学习：设计基因工程相关的项目，如设计一种转基因作物、探究基因工程对生态环境的影响等，培养学生的科学探究能力和创新思维。1.6总结评价，反馈提升知识总结：通过课堂总结、作业布置等方式，帮助学生巩固所学知识，形成完整的知识体系。学业评价：采用多元化的评价方式，包括课堂表现、实验操作、小组讨论、项目报告等，全面评价学生的学习成果和核心素养的发展情况。2.教学目标设定（一）生命观念理解生命系统的物质基础和结构层次：学生能够理解DNA是生物体的遗传物质，基因是控制生物性状的基本单位，基因工程通过操作基因来改变生物的遗传特性。认识生命系统的动态变化和稳态调节：学生能够认识到基因工程通过改变生物体的遗传特性，可以影响其生长、发育、繁殖等生命过程，进而理解生命系统的动态变化和稳态调节机制。（二）科学思维形成基于事实和证据的思维方式：学生能够根据基因工程的基本原理和操作流程，分析解决实际问题，如设计基因工程实验、评估基因工程产品的安全性等。运用归纳与概括、演绎与推理等方法：学生能够运用科学思维方法，对基因工程的相关知识进行归纳与概括，通过演绎与推理解决实际问题。（三）科学探究掌握科学探究的基本思路和方法：学生能够掌握基因工程实验的基本思路和方法，如DNA提取、PCR扩增、基因克隆等实验操作，能够独立设计并实施基因工程相关实验。具备合作与交流的能力：学生能够在小组讨论和项目式学习中，与同伴合作，分享观点，共同解决问题，提高合作与交流的能力。（四）社会责任关注基因工程的伦理和社会影响：学生能够关注基因工程的伦理问题，如基因编辑婴儿的道德争议、转基因产品的安全性等，形成正确的价值观和道德观。参与科学实践，解决实际问题：学生能够运用所学知识，参与科学实践，解决实际问题，如设计基因工程实验、探究基因工程对生态环境的影响等，为社会发展贡献力量。3.教学结构图中心主题：基因工程赋予生物新的遗传特性一、生物科学与技术的发展催生了基因工程-DNA双螺旋结构的发现-PCR技术的发明-基因工程的概念与原理二、重组DNA技术需要三种基本工具-限制性内切核酸酶（“基因剪刀”）-DNA连接酶（“基因针线”）-载体（“运载工具”）三、基因工程的基本操作程序-目的基因的获取-重组载体的构建-重组载体的导入和筛选-目的基因的表达与鉴定四、基因工程的广泛应用改善了人类的生活品质-基因工程在农业中的应用-转基因抗虫棉-转基因水稻-基因工程在畜牧业和渔业中的应用-转基因动物-基因工程在医学中的应用-基因工程疫苗-基因治疗药物五、蛋白质工程是基因工程的延伸-根据基因工程原理设计和改造蛋白质-蛋白质工程可改变蛋白质的性状和功能-定点突变技术-基因融合技术-基因剪接技术六、实践活动-模拟DNA分子的剪切和拼接-PCR技术实验-小组讨论：基因工程的伦理和社会影响-项目式学习：设计转基因作物/探究基因工程对生态环境的影响七、学业评价-课堂表现-实验操作-小组讨论-项目报告4.具体教学实施步骤4.1引入主题（1课时）情境创设：展示基因工程在现代农业、医学等领域的成功案例，如转基因抗虫棉、基因工程疫苗等，引发学生兴趣。问题导入：提出诸如“基因工程是如何实现跨物种基因转移的？”“基因工程对我们的生活有哪些影响？”等问题，引导学生思考。教师讲解：简要介绍基因工程的概念、原理和基本流程，为后续学习奠定基础。4.2理论讲解（2课时）生物科学与技术的发展：回顾生物学和遗传学的发展历程，特别是DNA双螺旋结构的发现、PCR技术的发明等关键事件。强调这些发现对基因工程诞生的重要性。基因工程的基本原理：详细讲解基因工程的概念、原理和基本流程。通过图表、动画等形式直观展示基因工程的操作步骤。引导学生分析基因工程各步骤的目的和意义。4.3实验操作（2课时）模拟DNA分子的剪切和拼接：准备简易物理模型材料，如彩色纸条、剪刀、胶水等。指导学生制作DNA分子结构的简易物理模型，并模拟DNA分子的剪切和拼接过程。通过小组讨论，分析剪切得到的DNA分子片段能重新拼接的原因。PCR技术实验：准备PCR实验所需材料，如模板DNA、TaqDNA聚合酶、引物等。指导学生进行PCR实验，扩增目的基因。通过凝胶电泳检测PCR扩增结果，分析实验成败的原因。4.4案例分析（2课时）基因工程在农业中的应用：分析转基因抗虫棉、转基因水稻等案例，探讨基因工程如何改良作物性状，提高产量和抗逆性。引导学生思考转基因作物的安全性问题，如对环境的影响、对生物多样性的威胁等。基因工程在畜牧业和渔业中的应用：介绍转基因动物在畜牧业和渔业中的应用前景，如生长速度更快的鱼类、抗病性更强的畜禽等。引导学生思考转基因动物对食品安全和生态平衡的影响。基因工程在医学中的应用：讲解基因工程疫苗、基因治疗药物等案例，了解基因工程在医学领域的贡献。引导学生思考基因治疗的安全性和伦理问题。4.5探究讨论（2课时）小组讨论：组织学生围绕基因工程的伦理、安全等问题展开讨论。鼓励学生发表自己的观点，尊重他人的意见，形成开放、包容的课堂氛围。项目式学习：设计基因工程相关的项目，如设计一种转基因作物、探究基因工程对生态环境的影响等。指导学生制定项目计划，分工合作，共同完成项目任务。组织项目展示和交流活动，分享项目成果和经验。4.6总结评价（1课时）知识总结：通过课堂总结、作业布置等方式，帮助学生巩固所学知识。引导学生总结基因工程的基本原理、技术流程和应用领域。学业评价：采用多元化的评价方式，包括课堂表现、实验操作、小组讨论、项目报告等。对学生的学习成果和核心素养的发展情况进行全面评价。反馈评价结果，提出改进建议，帮助学生进一步提升自己的学习能力。十一、大情境、大任务创设一、教学目标设定针对2019版沪科教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》中的《第三章基因工程赋予生物新的遗传特性》的教学内容，本大情境、大任务的创设旨在通过一系列丰富多彩的教学活动，引导学生深入理解基因工程的基本原理、技术流程及其在农业、畜牧业、渔业和医学等领域的广泛应用，同时培养学生的生物学学科核心素养。具体教学目标设定如下：（一）生命观念结构与功能观：学生能够理解DNA分子的基本结构，以及限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体在基因工程中的作用，认识到这些工具如何协同工作以实现基因在不同生物体之间的转移和表达。进化与适应观：学生能够认识到基因工程是生物科学技术发展的必然产物，是人类对自然界生物遗传规律深刻理解的体现，也是人类对生物进化过程进行主动干预和改造的重要手段。稳态与平衡观：学生能够理解基因工程在维持生态系统稳态和生物多样性方面的潜在作用，以及转基因生物对生态环境可能产生的影响。（二）科学思维归纳与概括：学生能够归纳出基因工程的基本操作流程，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤，并能够概括出每个步骤的关键技术和方法。演绎与推理：学生能够根据基因工程的基本原理和操作流程，推理出基因工程在不同领域应用的可能性和局限性，如基因工程在农业育种、疾病治疗、环境保护等方面的应用前景和潜在风险。模型与建模：学生能够利用简易物理模型模拟DNA分子的剪切和拼接过程，通过模型构建加深对基因工程操作原理的理解。（三）科学探究问题发现与提出：学生能够针对基因工程领域的相关问题，如基因工程的安全性、伦理性等，提出具有探究价值的问题。实验设计与实施：学生能够设计并实施模拟DNA分子剪切和拼接的实验，掌握PCR技术的基本原理和操作步骤，能够独立或合作完成实验并记录实验数据。结果分析与交流：学生能够对实验结果进行初步分析和处理，运用科学术语和图表形式表达实验结果，并能够与他人交流实验心得和体会。（四）社会责任科学伦理与道德：学生能够关注基因工程的伦理和社会影响，如基因编辑婴儿的道德争议、转基因产品的安全性等，形成正确的价值观和道德观。科学决策与参与：学生能够基于科学证据和理性思考，对基因工程相关的社会议题作出合理判断和决策，如是否支持转基因食品的推广和食用等。环境保护与可持续发展：学生能够认识到基因工程在环境保护和可持续发展方面的潜力，如利用基因工程改良作物品种以提高产量和抗逆性，减少农药和化肥的使用等。二、大情境创设情境背景：随着生物科学技术的飞速发展，基因工程作为现代生物技术的核心，正在深刻改变着人类的生产和生活方式。基因工程通过定向改造生物的遗传特性，为人类提供了前所未有的发展机遇和挑战。基因工程的应用也引发了广泛的社会关注和伦理争议。在这个背景下，我们需要全面了解基因工程的基本原理和技术流程，深入探讨其在不同领域的应用前景和潜在风险，以及我们作为未来社会公民应该如何面对这些挑战和机遇。情境描述：假设你是一名生物科技公司的研发人员，你的团队正在研发一项利用基因工程技术改良作物品种的项目。该项目旨在通过转基因技术提高作物的产量和抗逆性，以满足日益增长的人口对粮食的需求。作为项目负责人，你需要带领团队成员完成以下任务：文献调研与资料收集：收集国内外关于基因工程在农业育种方面的研究成果和应用案例，了解当前基因工程技术的发展水平和应用前景。实验设计与实施：设计并实施模拟DNA分子剪切和拼接的实验，掌握PCR技术的基本原理和操作步骤，为后续的实际操作打下基础。项目规划与进度管理：制定详细的项目计划和进度表，确保项目按时按质完成。你还需要与团队成员保持良好的沟通和协作，共同解决项目过程中遇到的问题和困难。风险评估与伦理考量：对项目可能带来的风险进行全面评估，包括技术风险、市场风险和伦理风险等。你还需要关注社会对基因工程的看法和态度，确保项目的实施符合社会伦理和道德规范。成果展示与交流：在项目完成后，你需要向公司和相关部门展示项目成果，包括实验数据、技术路线和应用前景等。你还需要与其他团队和专家进行交流与合作，共同推动基因工程技术的发展和应用。三、大任务创设任务一：文献调研与资料收集任务描述：学生需要分组进行文献调研和资料收集，了解国内外关于基因工程在农业育种方面的研究成果和应用案例。具体要求如下：选择主题：每组学生需要选择一个具体的主题进行调研，如转基因抗虫棉的培育、转基因水稻的推广等。文献检索：利用图书馆、数据库和网络资源等渠道进行文献检索，收集相关研究成果和应用案例。资料整理：对收集到的资料进行分类和整理，提炼出关键信息和数据。汇报交流：每组学生需要准备一份PPT汇报材料，向全班同学展示调研成果和心得体会。任务二：实验设计与实施任务描述：学生需要设计并实施模拟DNA分子剪切和拼接的实验，掌握PCR技术的基本原理和操作步骤。具体要求如下：实验设计：学生需要设计一份详细的实验方案，包括实验目的、原理、材料、步骤和预期结果等。实验操作：在教师的指导下，学生需要按照实验方案进行实验操作，记录实验数据和观察结果。数据分析：对实验数据进行初步分析和处理，运用科学术语和图表形式表达实验结果。实验报告：撰写一份详细的实验报告，包括实验目的、原理、材料、步骤、结果和讨论等部分。任务三：项目规划与进度管理任务描述：学生需要模拟真实项目场景，制定详细的项目计划和进度表，确保项目按时按质完成。具体要求如下：项目计划：学生需要制定一份详细的项目计划，包括项目目标、任务分解、时间节点和责任人等。进度管理：利用项目管理工具或软件对项目进度进行实时监控和管理，确保项目按计划进行。风险评估：对项目可能带来的风险进行全面评估，制定风险应对措施和预案。团队协作：与团队成员保持良好的沟通和协作，共同解决项目过程中遇到的问题和困难。任务四：风险评估与伦理考量任务描述：学生需要对项目可能带来的风险进行全面评估，并关注社会对基因工程的看法和态度，确保项目的实施符合社会伦理和道德规范。具体要求如下：风险评估：对项目可能带来的技术风险、市场风险和伦理风险等进行全面评估，制定风险应对措施和预案。伦理考量：关注社会对基因工程的看法和态度，了解基因工程在伦理和社会影响方面的争议和讨论。公众参与：通过问卷调查、座谈会等方式收集公众对基因工程的看法和态度，为项目的实施提供参考依据。伦理报告：撰写一份伦理报告，对项目的伦理和社会影响进行全面分析和评估。任务五：成果展示与交流任务描述：在项目完成后，学生需要向全班同学展示项目成果，包括实验数据、技术路线和应用前景等。具体要求如下：成果展示：准备一份PPT汇报材料，向全班同学展示项目成果和心得体会。汇报内容应包括实验数据、技术路线、应用前景和社会影响等方面。交流讨论：组织全班同学进行交流和讨论，分享各自在项目过程中的经验和体会。还可以邀请相关领域的专家进行点评和指导。反馈改进：根据专家和同学的反馈意见对项目进行改进和完善，提高项目的质量和水平。通过以上大情境、大任务的创设和实施，学生将能够深入理解基因工程的基本原理和技术流程，掌握PCR技术的基本原理和操作步骤，并具备初步的项目规划和管理能力。学生还将能够关注基因工程的伦理和社会影响，形成正确的价值观和道德观，为未来的学习和工作打下坚实的基础。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：基因工程赋予生物新的遗传特性课时设计：第1课时：引入主题，激发兴趣情境创设：展示基因工程在现代农业、医学等领域的成功案例，如转基因抗虫棉、基因工程疫苗等。问题导入：提出诸如“基因工程是如何实现跨物种基因转移的？”“基因工程对我们的生活有哪些影响？”等问题。教师讲解：简要介绍基因工程的概念、原理和基本流程。第2课时：理论讲解，奠定基础生物科学与技术的发展：回顾生物学和遗传学的发展历程，特别是DNA双螺旋结构的发现、PCR技术的发明等关键事件。基因工程的基本原理：详细讲解基因工程的概念、原理和基本流程，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。第3课时：实验操作——模拟DNA分子的剪切和拼接准备简易物理模型材料，如彩色纸条、剪刀、胶水等。指导学生制作DNA分子结构的简易物理模型，并模拟DNA分子的剪切和拼接过程。通过小组讨论，分析剪切得到的DNA分子片段能重新拼接的原因。第4课时：实验操作——PCR技术实验准备PCR实验所需材料，如模板DNA、TaqDNA聚合酶、引物等。指导学生进行PCR实验，扩增目的基因。通过凝胶电泳检测PCR扩增结果，分析实验成败的原因。第5课时：案例分析——基因工程在农业中的应用分析转基因抗虫棉、转基因水稻等案例，探讨基因工程如何改良作物性状，提高产量和抗逆性。引导学生思考转基因作物的安全性问题，如对环境的影响、对生物多样性的威胁等。第6课时：案例分析——基因工程在畜牧业和渔业中的应用介绍转基因动物在畜牧业和渔业中的应用前景，如生长速度更快的鱼类、抗病性更强的畜禽等。引导学生思考转基因动物对食品安全和生态平衡的影响。第7课时：案例分析——基因工程在医学中的应用讲解基因工程疫苗、基因治疗药物等案例，了解基因工程在医学领域的贡献。引导学生思考基因治疗的安全性和伦理问题。第8课时：探究讨论——基因工程的伦理、安全等问题组织学生围绕基因工程的伦理、安全等问题展开讨论。鼓励学生发表自己的观点，尊重他人的意见，形成开放、包容的课堂氛围。第9课时：项目式学习——设计转基因作物/探究基因工程对生态环境的影响设计基因工程相关的项目，如设计一种转基因作物、探究基因工程对生态环境的影响等。指导学生制定项目计划，分工合作，共同完成项目任务。第10课时：总结评价知识总结：通过课堂总结、作业布置等方式，帮助学生巩固所学知识。学业评价：采用多元化的评价方式，包括课堂表现、实验操作、小组讨论、项目报告等，全面评价学生的学习成果和核心素养的发展情况。（二）学习目标（教学目标）高中生物学学科核心素养：生命观念：理解生命系统的物质基础和结构层次，认识到DNA是生物体的遗传物质，基因是控制生物性状的基本单位。理解基因工程通过操作基因来改变生物的遗传特性，进而影响其生长、发育、繁殖等生命过程。认识到基因工程技术在改良作物性状、提高产量和抗逆性，以及在医学领域的应用对人类社会的重要性。科学思维：形成基于事实和证据的思维方式，能够运用归纳与概括、演绎与推理等方法分析基因工程的相关问题。能够根据基因工程的基本原理和操作流程，设计基因工程实验、评估基因工程产品的安全性等。能够对基因工程相关的社会议题进行理性分析和判断，如转基因食品的安全性、基因治疗的伦理问题等。科学探究：掌握科学探究的基本思路和方法，能够独立完成基因工程相关的实验操作，如DNA的提取与鉴定、PCR技术等。具备合作与交流的能力，能够在小组讨论和项目式学习中与同伴合作，共同解决问题。能够运用科学术语准确表达实验结果和探究过程，撰写实验报告和项目报告。社会责任：关注基因工程的伦理和社会影响，形成正确的价值观和道德观。参与科学实践，解决实际问题，如设计转基因作物、探究基因工程对生态环境的影响等。能够运用所学知识向他人宣传基因工程的相关知识，提高公众对基因工程的认知和理解。（三）评价任务课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与度、合作态度、提问与回答问题的积极性等。评价学生在小组讨论和项目式学习中的表现，包括团队协作能力、沟通能力、领导能力等。实验操作评价：评价学生在DNA分子剪切和拼接、PCR技术等实验操作中的规范性、准确性和创新性。通过实验报告评价学生对实验原理、操作步骤、实验结果和结论的理解程度。小组讨论评价：评价学生在小组讨论中的发言质量、观点独特性和对他人观点的尊重程度。通过小组讨论记录评价学生的团队协作能力和问题解决能力。项目报告评价：评价项目报告的逻辑性、条理性和创新性，包括项目计划、实施过程、实验结果和结论等部分。通过项目展示和评价会评价学生的口头表达能力和自信心。学业水平测试：设计包含选择题、填空题、简答题和论述题等多种题型的试卷，全面评价学生对基因工程相关知识的理解和应用能力。通过学业水平测试评价学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养的发展水平。（四）学习过程引入主题（第1课时）：通过展示基因工程在现代农业、医学等领域的成功案例，激发学生的学习兴趣和好奇心。提出问题引导学生思考基因工程的基本原理和应用前景。教师简要介绍基因工程的概念、原理和基本流程，为后续学习奠定基础。理论讲解（第2课时）：回顾生物学和遗传学的发展历程，强调DNA双螺旋结构的发现、PCR技术的发明等关键事件对基因工程诞生的重要性。详细讲解基因工程的基本原理和基本流程，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。通过图表、动画等形式直观展示基因工程的操作步骤和原理。实验操作——模拟DNA分子的剪切和拼接（第3课时）：准备简易物理模型材料，指导学生制作DNA分子结构的简易物理模型。模拟DNA分子的剪切和拼接过程，通过小组讨论分析剪切得到的DNA分子片段能重新拼接的原因。通过实验操作加深学生对基因工程基本原理和操作流程的理解。实验操作——PCR技术实验（第4课时）：准备PCR实验所需材料，指导学生进行PCR实验扩增目的基因。通过凝胶电泳检测PCR扩增结果，分析实验成败的原因。通过实验操作让学生掌握PCR技术的基本原理和操作流程。案例分析（第5-7课时）：分析基因工程在农业、畜牧业和渔业、医学等领域的应用案例。引导学生思考基因工程技术的安全性和伦理问题。通过案例分析加深学生对基因工程技术的理解和应用能力的培养。探究讨论（第8课时）：组织学生围绕基因工程的伦理、安全等问题展开讨论。鼓励学生发表自己的观点，尊重他人的意见，形成开放、包容的课堂氛围。通过探究讨论培养学生的批判性思维和社会责任感。项目式学习（第9课时）：设计基因工程相关的项目任务，如设计一种转基因作物、探究基因工程对生态环境的影响等。指导学生制定项目计划，分工合作，共同完成项目任务。通过项目式学习培养学生的科学探究能力和创新思维。总结评价（第10课时）：通过课堂总结、作业布置等方式帮助学生巩固所学知识。采用多元化的评价方式全面评价学生的学习成果和核心素养的发展情况。反馈评价结果，提出改进建议，帮助学生进一步提升自己的学习能力。（五）作业与检测作业设计：课后习题：设计包含选择题、填空题和简答题的课后习题，巩固学生对课堂所学知识的理解和掌握程度。实验报告：要求学生撰写DNA分子剪切和拼接、PCR技术等实验的实验报告，包括实验原理、操作步骤、实验结果和结论等部分。项目计划书：要求学生制定基因工程相关项目的计划书，包括项目背景、研究目的、研究方法、预期结果等部分。检测设计：单元测试：设计包含选择题、填空题、简答题和论述题的单元测试卷，全面评价学生对基因工程相关知识的理解和应用能力。项目展示与评价：组织学生进行项目展示和评价会，通过口头报告和实物展示等形式评价学生的项目完成情况和创新能力。（六）学后反思学生反思：反思自己在课堂上的表现和学习态度，是否积极参与讨论和实验操作，是否认真完成作业和项目任务。反思自己对基因工程相关知识的理解和掌握程度，是否存在疑惑和不足之处。反思自己在科学探究和社会责任等方面的表现，是否具备独立思考和解决问题的能力，是否关注基因工程的伦理和社会影响。教师反思：反思教学设计和实施过程是否合理有效，是否充分激发了学生的学习兴趣和积极性。反思课堂管理和组织是否得当，是否营造了良好的学习氛围和合作环境。反思评价方式是否科学公正，是否全面评价了学生的学习成果和核心素养的发展情况。根据学生的学后反思和反馈意见，及时调整教学策略和方法，提高教学效果和学生的学习质量。通过以上单元学历案的设计和实施，旨在帮助学生全面理解和掌握基因工程的相关知识和技术原理，培养学生的科学探究能力和创新思维，同时关注学生的生命观念、科学思维和社会责任等核心素养的发展。十三、学科实践与跨学科学习设计一、引言随着生物学技术的飞速发展，基因工程已成为现代生物技术的核心领域之一，对人类的生产生活产生了深远影响。本设计旨在通过学科实践与跨学科学习，使学生深入理解基因工程的基本原理、技术流程及其在农业、畜牧业、渔业和医学等领域的广泛应用，同时培养学生的生物学学科核心素养。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本次学科实践与跨学科学习设计将围绕生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面展开。二、教学目标（一）生命观念理解生命系统的物质基础和结构层次：学生能够理解DNA是生物体的遗传物质，基因是控制生物性状的基本单位。通过实践活动，学生能够直观感受到基因工程如何通过操作基因来改变生物的遗传特性。认识生命系统的动态变化和稳态调节：学生能够认识到基因工程通过改变生物体的遗传特性，可以影响其生长、发育、繁殖等生命过程，进而理解生命系统的动态变化和稳态调节机制。（二）科学思维形成基于事实和证据的思维方式：学生能够根据基因工程的基本原理和操作流程，分析解决实际问题，如设计基因工程实验、评估基因工程产品的安全性等。运用归纳与概括、演绎与推理等方法：学生能够运用科学思维方法，对基因工程的相关知识进行归纳与概括，通过演绎与推理解决实际问题。例如，通过分析不同基因工程案例，归纳出基因工程在不同领域的应用特点和优势。（三）科学探究掌握科学探究的基本思路和方法：学生能够掌握基因工程实验的基本思路和方法，如DNA提取、PCR扩增、基因克隆等实验操作，能够独立设计并实施基因工程相关实验。具备合作与交流的能力：学生能够在小组讨论和项目式学习中，与同伴合作，分享观点，共同解决问题，提高合作与交流的能力。例如，在模拟DNA分子剪切和拼接的实验中，学生需要分工合作，共同完成实验任务。（四）社会责任关注基因工程的伦理和社会影响：学生能够关注基因工程的伦理问题，如基因编辑婴儿的道德争议、转基因产品的安全性等，形成正确的价值观和道德观。参与科学实践，解决实际问题：学生能够运用所学知识，参与科学实践，解决实际问题，如设计基因工程实验、探究基因工程对生态环境的影响等，为社会发展贡献力量。三、学习目标知识目标：学生能够概述基因工程的基本概念和原理，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。学生能够了解基因工程在农业、畜牧业、渔业和医学等领域的应用案例，理解基因工程对改善人类生活品质的重要性。能力目标：学生能够独立完成DNA提取、PCR扩增等基因工程基本操作，掌握科学探究的基本方法。学生能够运用科学思维方法，分析基因工程技术的原理和应用，解决实际问题。情感态度与价值观目标：学生对基因工程技术的发展持积极态度，认识到科学技术对社会进步的推动作用。学生关注基因工程的伦理和社会影响，形成正确的价值观和道德观，积极参与科学实践，为社会发展贡献力量。四、作业目标设定（一）生命观念作业一：基因工程原理图示要求：学生绘制基因工程的基本操作流程图，包括目的基因的获取、重组载体的构建、重组载体的导入和筛选、目的基因的表达与鉴定等步骤。目的：通过绘制流程图，加深学生对基因工程原理的理解，形成结构化的知识体系。作业二：基因工程案例分析要求：学生选取一个基因工程应用案例（如转基因抗虫棉、基因工程疫苗等），分析该案例的科学原理、应用效果和社会影响。目的：通过案例分析，使学生认识到基因工程对改善人类生活品质的重要性，形成生命观念。（二）科学思维作业三：基因工程实验设计要求：学生设计一个基因工程实验，如利用PCR技术扩增目的基因，包括实验目的、实验原理、实验材料、实验步骤和预期结果等。目的：通过实验设计，培养学生的科学思维能力，使学生能够运用归纳与概括、演绎与推理等方法解决实际问题。作业四：基因工程伦理探讨要求：学生围绕基因工程的伦理问题（如基因编辑婴儿的道德争议、转基因产品的安全性等）展开探讨，撰写一篇小论文。目的：通过伦理探讨，培养学生的批判性思维，使学生能够形成基于事实和证据的思维方式，关注基因工程的伦理和社会影响。（三）科学探究作业五：基因工程实验操作要求：学生完成DNA提取、PCR扩增等基因工程基本操作，记录实验过程和结果，撰写实验报告。目的：通过实验操作，使学生掌握科学探究的基本方法，提高实践能力和合作与交流的能力。作业六：基因工程项目式学习要求：学生分组进行基因工程项目式学习，如设计一种转基因作物、探究基因工程对生态环境的影响等，制定项目计划，分工合作，共同完成项目任务。目的：通过项目式学习，培养学生的科学探究能力和创新思维，使学生能够综合运用所学知识解决实际问题。（四）社会责任作业七：基因工程科普宣传要求：学生制作一份基因工程科普宣传材料（如海报、视频等），向公众普及基因工程的基本知识和应用案例。目的：通过科普宣传，使学生认识到自己作为未来社会公民的责任和义务，积极参与科学实践和社会服务活动。作业八：基因工程政策研究要求：学生研究国内外基因工程相关政策法规，撰写一份研究报告，分析政策背景、内容和影响。目的：通过政策研究，使学生了解基因工程领域的政策法规环境，培养学生的社会责任感和法律意识。五、学科