2024-2025学年高中生物 第四章 生物化学与分子生物学技术 第2节 分子生物学技术教学实录 苏教版选修1

2024-2025学年高中生物第四章生物化学与分子生物学技术第2节分子生物学技术教学实录苏教版选修1主备人备课成员设计思路本节课以苏教版选修1第四章第二节“分子生物学技术”为主题，通过结合实际案例，引导学生了解分子生物学技术的基本原理和应用。课程设计注重理论与实践相结合，通过实验操作和案例分析，使学生掌握分子生物学技术的基本操作方法，提高学生的实验技能和科学素养。核心素养目标分析教学难点与重点1.教学重点

-明确DNA提取原理：重点讲解DNA在细胞中的分布、提取过程中使用的试剂和步骤，以及如何通过观察DNA在氯化钠溶液中的溶解度变化来提取DNA。

-掌握PCR技术原理：强调DNA复制的原理，包括引物、模板DNA、Taq酶等关键因素，以及PCR循环过程中的变性、退火和延伸步骤。

-理解凝胶电泳原理：讲解凝胶电泳的基本原理，包括电场对DNA分子的作用、不同大小DNA分子的迁移速度差异，以及如何通过电泳结果判断DNA片段的大小。

2.教学难点

-DNA提取过程中的细节操作：难点在于如何精确控制实验条件，如试剂的比例、温度和时间，以确保DNA提取的效率和纯度。

-PCR操作技巧：难点在于正确设置PCR循环参数，包括温度、时间等，以及如何避免污染和错误扩增。

-凝胶电泳结果分析：难点在于如何准确读取电泳结果，识别DNA片段的大小，并解释结果背后的生物学意义。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源-软硬件资源：PCR仪器、电泳仪、紫外灯、显微镜、DNA提取试剂盒、PCR试剂、电泳试剂、DNA模板、凝胶板、载玻片、滴管、移液器、计时器等。

-课程平台：多媒体教学平台、在线实验室模拟软件。

-信息化资源：分子生物学技术相关视频资料、实验操作步骤图解、科学论文数据库。

-教学手段：实物展示、PPT演示、互动问答、小组讨论、实验操作指导。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：教师通过在线平台发布PPT和视频资料，要求学生预习DNA提取的原理和步骤。

-设计预习问题：如“DNA提取过程中有哪些关键步骤？如何避免DNA降解？”

-监控预习进度：通过在线平台监控学生的预习进度，确保学生能够按时完成预习。

学生活动：

-自主阅读预习资料：学生阅读DNA提取的相关资料，理解实验原理。

-思考预习问题：学生针对预习问题进行思考，记录疑问。

-提交预习成果：学生将预习笔记和疑问提交至平台。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：学生通过自主阅读和思考，培养自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台进行资源共享和进度监控。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过展示DNA提取实验的视频，激发学生学习兴趣。

-讲解知识点：详细讲解PCR技术的基本原理和操作步骤。

-组织课堂活动：进行PCR实验操作，分组进行，学生实际操作。

-解答疑问：针对学生在实验中遇到的问题进行解答。

学生活动：

-听讲并思考：学生认真听讲，思考PCR技术的关键点。

-参与课堂活动：学生积极参与实验操作，体验PCR技术的应用。

-提问与讨论：学生在实验过程中提出问题，进行讨论。

教学方法/手段/资源：

-讲授法：教师通过讲解，帮助学生理解PCR技术的原理。

-实践活动法：通过实验操作，让学生掌握PCR技术的技能。

-合作学习法：通过分组实验，培养学生的团队合作能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：布置关于DNA提取和PCR技术的相关练习题。

-提供拓展资源：推荐相关书籍和在线资源，供学生进一步学习。

-反馈作业情况：批改作业，给予学生反馈。

学生活动：

-完成作业：学生完成课后练习，巩固所学知识。

-拓展学习：学生利用推荐资源进行深入学习。

-反思总结：学生反思学习过程，总结经验。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：学生通过自主完成作业和拓展学习，提升自我。

-反思总结法：学生通过反思，提升自我学习能力。拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料

-《分子克隆实验指南》：详细介绍了分子生物学实验的基本原理和操作步骤，适合学生深入了解实验技术。

-《基因工程》：探讨基因工程在农业、医学等领域的应用，帮助学生了解分子生物学技术的实际应用。

-《现代分子生物学》：全面介绍了分子生物学的基本理论和技术，适合对分子生物学有较高兴趣的学生。

-《生物技术》：介绍生物技术在环境保护、能源、医药等领域的应用，拓展学生的知识视野。

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究

-DNA序列分析：引导学生利用在线DNA序列分析工具，分析已知基因序列，了解基因的功能和调控机制。

-基因编辑技术：介绍CRISPR-Cas9等基因编辑技术，探讨其在医学、农业等领域的应用前景。

-生物信息学：介绍生物信息学的基本概念和方法，引导学生学习如何利用生物信息学工具分析生物数据。

-蛋白质结构预测：介绍蛋白质结构预测的基本原理和方法，引导学生了解蛋白质结构与功能的关系。

-分子生物学实验设计：引导学生设计简单的分子生物学实验，培养实验设计能力和科学思维。

-生物技术伦理：探讨生物技术伦理问题，引导学生关注生物技术在发展过程中的道德和社会责任。

3.实践活动与项目

-组织学生参与学校或社区的科学展览，展示分子生物学实验成果。

-鼓励学生参加生物奥林匹克竞赛，提升学生的实验技能和科学素养。

-开展分子生物学实验课程，让学生亲自动手进行DNA提取、PCR等实验操作。

-建立学生实验兴趣小组，定期组织讨论和实验交流活动。

4.课题研究

-选取与分子生物学相关的热点问题，如基因编辑、生物制药等，引导学生进行课题研究。

-鼓励学生查阅文献资料，学习相关研究方法，撰写研究报告。

-组织学生参加学术会议，展示研究成果，提升学生的学术交流能力。

5.跨学科学习

-结合化学、物理学等学科知识，探讨分子生物学技术在相关领域的应用。

-组织学生参与跨学科项目，如生物技术与计算机科学相结合的课题研究。

-鼓励学生关注生物技术在其他学科中的应用，如生物技术与环境科学、生物技术与材料科学等。教学反思同学们，今天这节课我们学习了分子生物学技术，这真是一个既神奇又充满挑战的领域。回想起来，我觉得有几个方面值得我反思。

首先，我发现学生在DNA提取实验中的操作细节掌握得不够好。有些同学在添加试剂时不够精准，导致提取的DNA纯度不高。这说明我在实验操作的教学中，可能需要更加细致地指导学生，比如通过视频、图片等方式展示每个步骤的细节，确保他们能够正确理解并操作。

其次，我发现学生们在理解PCR技术原理时遇到了一些困难。特别是对于PCR循环过程中的变性、退火和延伸步骤，一些学生难以理解。这让我意识到，在讲解复杂的概念时，我需要更加注重逻辑性和层次性，或许可以通过类比的方法，比如将DNA复制过程比作复制一份文件，让学生更容易理解。

然后，我注意到在小组讨论环节，一些学生参与度不高，可能是由于他们对实验内容不够熟悉，或者是性格内向。为了提高学生的参与度，我决定在未来的教学中更多地采用小组合作的形式，并鼓励学生发表自己的观点，通过讨论和交流来加深理解。

此外，我还发现，有些学生对分子生物学技术的实际应用了解不多。为了拓宽他们的视野，我计划在课程结束后提供一些相关的拓展阅读材料，并鼓励他们进行课后自主学习和探究，比如阅读《基因工程》或《生物技术》等书籍。

在教学过程中，我也意识到自己在课堂管理上还有待提高。有时候，课堂气氛不够活跃，学生参与度不高。为了解决这个问题，我打算在未来的教学中更多地使用互动式教学方法，比如提问、游戏等，以激发学生的学习兴趣。课后作业1.实验设计题

设计一个实验方案，用于从植物叶片中提取DNA。请列出实验步骤和所需试剂。

答案：

实验步骤：

1.将植物叶片剪碎，放入研钵中。

2.加入一定量的缓冲液和洗涤剂，研磨叶片。

3.将研磨液过滤，收集滤液。

4.向滤液中加入等体积的95%乙醇，充分混匀。

5.将混合液静置，待DNA沉淀。

6.用玻璃棒轻轻搅拌，收集DNA沉淀。

7.将DNA沉淀用70%乙醇洗涤，干燥后溶解于适量水中。

所需试剂：

-植物叶片

-研钵

-缓冲液

-洗涤剂

-95%乙醇

-70%乙醇

-玻璃棒

-滤纸

2.计算题

如果PCR反应的退火温度设置为55°C，计算在90°C变性后，DNA双链在55°C下退火的时间。

答案：

根据DNA的Tm值计算公式，Tm=2(A+T)+4(G+C)，假设DNA序列中A+T和G+C的比例相等，则Tm=2*55+4*35=190°C。

在90°C变性后，DNA双链需要降温至55°C进行退火，降温速率通常为1°C/秒，因此退火时间为190°C-55°C=135°C，所需时间为135秒。

3.应用题

解释为什么在PCR反应中需要使用引物。

答案：

引物是一段与目标DNA序列互补的短单链DNA分子，它们在PCR反应中起到以下作用：

-作为DNA复制的起始点，使得PCR反应能够从特定的DNA序列开始。

-通过与目标DNA序列的互补配对，确保PCR扩增的特异性。

-提高PCR反应的效率，因为引物与目标DNA的结合可以加速DNA复制的启动。

4.分析题

分析凝胶电泳中DNA片段大小与迁移速率之间的关系。

答案：

在凝胶电泳中，DNA片段的大小与迁移速率之间存在以下关系：

-DNA片段越小，迁移速率越快，因为较小的片段在电场中的阻力较小。

-DNA片段越大，迁移速率越慢，因为较大的片段在电场中的阻力较大。

-因此，通过比较DNA片段在凝胶上的迁移距离，可以推断出它们的大小。

5.创新题

设计一个实验方案，用于检测某种植物中特定基因的表达水平。

答案：

实验步骤：

1.提取植物的总RNA。

2.通过RT-PCR将RNA逆转录为cDNA。

3.设计针对目标基因的特异性引物。

4.进行PCR扩增，检测目标基因的cDNA。

5.通过凝胶电泳分析PCR产物，比较目标基因与内参基因的表达水平。

6.根据目标基因与内参基因的扩增条带强度，计算目标基因的表达水平。

所需试剂：

-植物样本

-RNA提取试剂盒

-RT-PCR试剂盒

-特异性引物

-PCR试剂

-凝胶电泳试剂

-紫外灯

-凝胶成像系统板书设计①分子生物学技术概述

-定义：分子生物学技术是研究生物大分子的结构、功能和相互作用的实验技术。

-应用：基因工程、蛋白质工程、疾病诊断、生物制药等。

②DNA提取

-原理：利用化学或物理方法从细胞中分离纯化DNA。

-方法：研磨、破碎细胞，加入缓冲液和洗涤剂，过滤，沉淀，洗涤，溶解。

③PCR技术

-原理：利用DNA复制的原理，通过体外循环扩增特定DNA片段。

-步骤：变性、退火、延伸。

④凝胶电泳

-原理：利用DNA片段在电场中的迁移速率差异进行分离。

-操作：制备凝胶，加样，电泳，染色，观察。

⑤基因克隆

-原理