《目的基因的表达及产物检测鉴定》教学设计

《目的基因的表达及产物检测鉴定》教学设计一、教材分析1、教材版本与章节教材采用北师大版（2019）高中选择性必修3《生物技术与工程》，本节课的内容位于第3章基因工程的第三节基因工程的操作程序中的四、目的基因的表达及产物检测鉴定。2、教材内容主旨这部分内容主要讲述目的基因导入受体细胞后，如何实现表达以及对其表达产物进行检测和鉴定的方法。这是基因工程操作程序中的重要环节，它关系到基因工程是否成功，也是对前面所学基因工程基本原理、工具等知识的综合运用与延伸。3、教材的地位和作用在整个基因工程的知识体系中，目的基因的表达及产物检测鉴定是关键的一步。它上承目的基因的获取、基因表达载体的构建和目的基因的导入，下启基因工程的应用和安全性等内容。学生通过学习这部分内容，能够更深入地理解基因工程的操作流程，也为后续学习生物技术在农业、医疗等领域的应用奠定基础。二、学情分析1、知识基础学生在之前已经学习了基因工程的基本工具，如限制酶、DNA连接酶和载体等，也了解了目的基因的获取方法以及基因表达载体的构建过程，对基因工程有了初步的认识。但是对于目的基因在受体细胞中如何表达以及如何检测和鉴定其表达产物，学生还缺乏系统的知识。2、能力基础高中学生已经具备了一定的逻辑思维能力和实验探究能力。他们能够理解一些较为复杂的生物学概念和原理，并且对实验操作有着浓厚的兴趣。但是在设计实验方案和分析实验结果方面，还需要进一步的引导和训练。3、情感态度基础学生对现代生物技术充满好奇，对基因工程在改善人类生活、解决全球性问题等方面有着较高的期待。但是他们也可能对基因工程的安全性存在一些担忧。在教学过程中，需要引导学生正确看待基因工程的利弊，培养他们的科学素养和社会责任感。三、教学目标1、知识目标理解目的基因表达的基本原理，包括转录和翻译的过程。掌握目的基因表达产物检测和鉴定的常用方法，如分子水平的核酸分子杂交、抗原抗体杂交以及个体水平的检测方法等。2、能力目标通过分析目的基因表达及产物检测鉴定的实验案例，提高学生的实验分析能力和逻辑思维能力。让学生尝试设计简单的目的基因表达产物检测鉴定实验方案，培养学生的实验设计能力。3、情感态度与价值观目标感受基因工程技术的发展对人类生活和社会进步的巨大影响，激发学生对生物技术的兴趣和探索欲望。引导学生正确认识基因工程的安全性问题，培养学生的科学态度和社会责任感。四、教学重难点1、教学重点目的基因表达的原理，尤其是转录和翻译过程中的关键环节。目的基因表达产物检测和鉴定的方法及其原理，如核酸分子杂交、抗原抗体杂交的原理。2、教学难点理解核酸分子杂交、抗原抗体杂交等检测方法的原理及其操作要点。如何引导学生设计合理的目的基因表达产物检测鉴定实验方案。五、教学方法1、讲授法对于目的基因表达的基本原理，如转录和翻译的复杂过程，采用讲授法能够系统、准确地向学生传授知识。例如，在讲解转录时，详细介绍RNA聚合酶如何识别启动子、如何以DNA的一条链为模板合成mRNA等过程。2、案例分析法通过分析实际的基因工程案例，如转基因植物中目的基因表达产物的检测，让学生更好地理解目的基因表达产物检测和鉴定的方法及其意义。例如，在讲解转基因抗虫棉时，分析如何检测棉花中是否表达了抗虫蛋白。3、小组讨论法在学习目的基因表达产物检测鉴定的实验方案设计时，组织学生进行小组讨论。每个小组可以针对一个特定的目的基因，讨论并设计检测其表达产物的实验方案，然后进行小组间的交流和评价。这样可以激发学生的思维，培养学生的团队合作能力和实验设计能力。六、教学过程（一）导入（5分钟）1、趣味引入教师：“同学们，咱们都知道蜘蛛侠被蜘蛛咬了一口后就拥有了超能力。假如现在我们有一个来自蜘蛛的‘超能力基因’，想把它导入到人类细胞中，让人类也拥有蜘蛛的某些能力，那这个基因导入后要怎样才能发挥作用呢？而且我们怎么知道这个基因真的表达出我们想要的东西了呢？这就涉及到我们今天要学习的目的基因的表达及产物检测鉴定啦。”2、联系时事教师：“现在基因工程在医疗领域可是非常热门呢。就像最近科学家们在研究用基因工程的方法来治疗某些遗传疾病，他们把正常的目的基因导入患者细胞中，但是要想知道治疗有没有效果，就得看这个目的基因是不是正确表达了。比如说，有一种基因疗法是针对先天性失明的，科学家把能让眼睛正常感光的目的基因导入患者的眼部细胞，那怎么知道这个基因表达出感光蛋白了呢？这就是我们今天要一起探索的问题哦。”（二）新课讲授（30分钟）1、目的基因的表达（10分钟）教师：“同学们，目的基因要表达首先得进行转录。这个过程就像是照着菜谱做菜，DNA就是菜谱，RNA聚合酶就是厨师。RNA聚合酶找到DNA上目的基因的启动子这个‘起始信号’，然后以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成mRNA。这个mRNA就像是菜谱的复印件，它携带着目的基因的信息。”教师可以在黑板上简单画出转录的示意图，标注出DNA模板链、RNA聚合酶、启动子和mRNA等重要结构。教师：“转录完了，mRNA就从细胞核跑到细胞质里，然后进行翻译。翻译就像是按照菜谱复印件做菜的过程。mRNA上的密码子就像是菜谱上的步骤，tRNA就像是小厨师，它一端带着氨基酸，另一端有反密码子能识别mRNA上的密码子。一个个氨基酸按照mRNA上密码子的顺序连接起来，就形成了蛋白质，这个蛋白质就是目的基因的表达产物啦。”教师再次通过简单的示意图来展示翻译的过程，标注出mRNA、tRNA、核糖体、密码子、反密码子和氨基酸等结构。2、目的基因表达产物检测和鉴定的方法（20分钟）分子水平的检测核酸分子杂交（10分钟）教师：“同学们，当我们要检测目的基因是否转录出mRNA的时候，就可以用核酸分子杂交这个厉害的方法。就好比我们要找一个和某个特定的人长得很像的人，我们可以通过比较他们的照片（这里的照片就是核酸序列）。我们先把目的基因或者它转录出的mRNA固定在一个膜上，然后用放射性标记或者荧光标记的核酸探针去和它杂交。这个核酸探针是一段能和目的基因或者mRNA互补的核酸序列。如果有杂交信号，就说明目的基因转录出mRNA了。这就像是两个人的照片对比，有相似之处就说明找对人了。”教师可以用动画或者图片来展示核酸分子杂交的过程，让学生更直观地理解。抗原抗体杂交（5分钟）教师：“如果我们要检测目的基因表达出的蛋白质呢？这时候就可以用抗原抗体杂交啦。目的基因表达出的蛋白质就是抗原，我们有专门针对这个蛋白质的抗体。把蛋白质和抗体放在一起，如果它们能特异性结合，就像钥匙和锁一样匹配，那就说明目的基因表达出我们想要的蛋白质了。”教师可以举例，比如检测转基因生物中是否表达出特定的药用蛋白，可以用这种方法。个体水平的检测（5分钟）教师：“除了分子水平的检测，我们还可以在个体水平进行检测。比如说转基因抗虫棉，我们怎么知道它真的有抗虫能力呢？那就把棉铃虫放上去，如果棉铃虫吃了棉花叶子后死了或者生长不正常，那就说明目的基因在棉花里表达出了抗虫蛋白，棉花有了抗虫能力。这种个体水平的检测能直接看到基因工程的效果呢。”（三）课堂互动（15分钟）1、小组讨论（10分钟）教师：“现在咱们分组来讨论一个问题哈。假如我们有一个目的基因，这个基因能让植物合成一种特殊的香味物质，我们要怎么检测这个目的基因在植物中是否表达了呢？每个小组可以讨论出一个实验方案哦。”学生分组讨论，教师巡视各小组，给予适当的指导和提示。例如，引导学生思考是先从分子水平检测还是个体水平检测，分子水平检测时用哪种方法更合适等。2、小组汇报与评价（5分钟）每个小组推选一名代表来汇报本小组的实验方案。其他小组可以进行提问和评价，教师最后进行总结评价。教师可以从实验方案的合理性、创新性、可行性等方面进行评价，同时对学生在讨论过程中出现的问题进行纠正和补充。（四）课堂小结（5分钟）1、知识回顾教师：“同学们，今天我们学习了目的基因的表达及产物检测鉴定。目的基因的表达包括转录和翻译两个过程，就像我们做菜先抄菜谱再按步骤做菜一样。而检测鉴定的方法有分子水平的核酸分子杂交、抗原抗体杂交和个体水平的检测。大家要记住这些方法的原理和适用情况哦。”2、重点强调教师：“这里面的重点是核酸分子杂交和抗原抗体杂交的原理，还有在设计实验方案时要考虑的因素，比如选择合适的检测水平、准确的检测方法等。”（五）课堂练习（10分钟）1、选择题（3题）（1）检测目的基因是否转录出mRNA可以采用哪种方法（）A.抗原抗体杂交B.核酸分子杂交C.观察个体性状D.以上都不对（2）在目的基因表达产物检测的抗原抗体杂交中，抗体的作用是（）A.作为反应物B.作为催化剂C.与目的基因结合D.与目的基因表达出的蛋白质特异性结合（3）以下属于个体水平检测目的基因表达的是（）A.检测转基因植物中目的基因转录出的mRNAB.检测转基因动物中目的基因表达出的蛋白质C.观察转基因植物是否具有抗虫性D.用核酸分子杂交检测目的基因是否存在答案：（1）B；（2）D；（3）C。2、简答题（1题）请简要描述核酸分子杂交检测目的基因转录出mRNA的原理。答案：首先将目的基因或者其转录出的mRNA固定在膜上，然后用放射性标记或者荧光标记的核酸探针（一段能和目的基因或者mRNA互补的核酸序列）去与之杂交。如果有杂交信号，就说明目的基因转录出mRNA了，这是基于碱基互补配对原则。（六）课后作业（5分钟）1、基础作业让学生绘制目的基因表达（转录和翻译）的过程图，并标注出主要的结构和物质。2、拓展作业查阅资料，了解一种目前正在研究或者已经应用的基因工程产品，如基因工程疫苗，然后阐述在这个产品中是如何进行目的基因表达产物检测和鉴定的。七、教学反思1、教学成功之处在教学过程中，通过趣味引入和联系时事的方式，成功地激发了学生的学习兴趣。例如，以蜘蛛侠的超能力基因导入人类细胞的假设和基因疗法治疗先天性失明的实例，让学生更容易进入学习情境。在讲授目的基因表达及产物检测鉴定的方法时，运用了多种教学方法，如讲授法、案例分析法、小组讨论法等。特别是小组讨论设计实验方案的环节，有效地锻炼了学生的实验设计能力和团队合作能力，学生的参与度较高。2、教学不足之处在讲解核酸分子杂交和抗原抗体杂交的原理时，虽然