2024年高中生物 专题1 基因工程 1.2 第2课时 将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定教学实录 新人教版选修3

2024年高中生物专题1基因工程1.2第2课时将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定教学实录新人教版选修3学校授课教师课时授课班级授课地点教具设计意图本课时旨在通过实验操作，让学生掌握将目的基因导入受体细胞的方法和目的基因的检测与鉴定技术。通过实际操作，加深学生对基因工程基本原理的理解，培养学生的实验操作技能和科学探究精神。核心素养目标1.培养学生的科学探究能力，通过实验操作，使学生能够独立完成基因导入和检测过程。

2.增强学生的实验操作技能，提高学生对实验器材和试剂的使用熟练度。

3.培养学生的生物信息素养，使学生能够理解基因工程在生物技术中的应用和意义。

4.强化学生的批判性思维，引导学生对实验结果进行分析和评价，培养科学论证能力。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在进入本课时之前，已具备一定的生物学基础知识，包括细胞结构、DNA复制、转录和翻译等基本概念。此外，他们可能已经学习了遗传学的基本原理，如基因的分离定律和自由组合定律。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

高中生普遍对生物科学抱有浓厚兴趣，尤其是对基因工程这样的前沿科技领域。他们的学习能力较强，能够通过课本和实验操作来吸收新知识。学习风格上，部分学生可能更倾向于通过实验操作来学习，而另一些学生可能更倾向于理论学习和分析。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在操作基因工程实验时可能会遇到实验步骤复杂、实验结果不稳定等问题。此外，对分子生物学概念的理解可能存在困难，如对基因表达载体的构建、目的基因的检测与鉴定等环节的理解可能不够深入。此外，学生在实验过程中可能会遇到实验技能不足、数据分析能力有限等挑战。教学资源1.软硬件资源：基因工程实验装置（包括基因表达载体构建试剂盒、PCR仪、电泳仪、凝胶成像系统）、显微镜、离心机、移液器、培养箱等。

2.课程平台：学校内部生物教学平台或网络教学平台。

3.信息化资源：基因工程相关的教学视频、实验操作手册、实验数据集。

4.教学手段：多媒体教学课件、实验指导书、互动式教学软件。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求，如“请学生预习基因表达载体的构建过程，并思考如何选择合适的启动子和标记基因”。

设计预习问题：围绕“基因工程中的目的基因导入受体细胞”，设计问题如“为什么选择脂质体作为基因导入载体？如何优化脂质体的包裹效率？”

监控预习进度：通过平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生按照预习要求，自主阅读预习资料，理解基因表达载体的构建和导入受体细胞的基本原理。

思考预习问题：学生针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

提交预习成果：学生将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解基因工程中的目的基因导入受体细胞，为课堂学习做好准备。

培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过展示基因工程在医疗和农业中的应用案例，引出“基因工程中的目的基因导入受体细胞”课题，激发学生的学习兴趣。

讲解知识点：详细讲解脂质体介导的基因导入技术，结合实例如“如何将目的基因导入大肠杆菌细胞”。

组织课堂活动：设计小组讨论，让学生分组模拟基因导入过程，并讨论如何优化导入效率。

解答疑问：针对学生在实验操作中可能遇到的疑问，如“如何确保细胞膜的完整性”，进行及时解答和指导。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，积极思考老师提出的问题。

参与课堂活动：学生积极参与小组讨论，模拟实验过程，体验基因导入的实践操作。

提问与讨论：学生针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解脂质体介导的基因导入技术。

实践活动法：设计模拟实验，让学生在实践中掌握基因导入的技能。

合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

帮助学生深入理解脂质体介导的基因导入技术，掌握实验技能。

通过实践活动，培养学生的动手能力和解决问题的能力。

通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置“设计一个实验方案，探讨不同脂质体对基因导入效率的影响”，巩固学生对基因导入技术的理解。

提供拓展资源：提供与基因导入技术相关的拓展资源，如“基因工程实验技术手册”和“相关科研论文”。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导，如“在实验设计中，注意控制变量，确保实验结果的可靠性”。

学生活动：

完成作业：学生认真完成老师布置的课后作业，巩固学习效果。

拓展学习：学生利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考，如“阅读相关论文，了解最新的基因导入技术进展”。

反思总结：学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议，如“在实验操作中，如何提高实验数据的准确性？”。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的基因导入技术知识点和技能。

通过拓展学习，拓宽学生的知识视野和思维方式。

通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。教学资源拓展1.拓展资源：

-基因工程的历史与发展：介绍基因工程的起源、发展历程以及重要里程碑事件，如DNA双螺旋结构的发现、基因克隆技术的突破等。

-基因表达载体的种类与功能：详细讲解常用的基因表达载体，如质粒、噬菌体、病毒载体等，以及它们在基因工程中的应用。

-基因导入技术：介绍不同的基因导入技术，如电穿孔法、显微注射法、脂质体介导法等，并探讨其优缺点和适用范围。

-目的基因的检测与鉴定：介绍目的基因的检测方法，如PCR、Southernblot、Westernblot等，以及鉴定目的基因表达产物的技术，如蛋白质印迹、免疫荧光等。

-基因工程的应用领域：探讨基因工程在医学、农业、工业等领域的应用，如基因治疗、转基因作物、生物制药等。

2.拓展建议：

-阅读相关书籍和文献：推荐学生阅读《基因工程原理与应用》、《基因工程实验技术》等书籍，以及相关科研论文，以深入了解基因工程的理论和实践。

-观看教学视频：推荐学生观看基因工程相关的教学视频，如“基因工程实验技术教程”、“基因工程在医学中的应用”等，以直观地了解实验操作和实际应用。

-参与科研项目：鼓励学生参与学校或科研机构的基因工程相关科研项目，亲身实践，提高实验技能和科研能力。

-开展课外实验：指导学生设计并开展课外实验，如“构建基因表达载体”、“检测目的基因表达”等，以巩固所学知识，提高实验操作技能。

-组织学术交流活动：组织学生参加学术交流活动，如基因工程学术讲座、研讨会等，拓宽知识视野，激发科研兴趣。

-关注基因工程前沿动态：鼓励学生关注基因工程领域的最新研究进展，如CRISPR-Cas9基因编辑技术、合成生物学等，以保持对学科发展的敏感性。

-撰写实验报告：指导学生撰写实验报告，总结实验过程、结果和分析，提高学生的科研写作能力。

-开展小组讨论：组织学生进行小组讨论，分享实验心得、探讨实验问题，培养学生的团队合作精神和沟通能力。课堂课堂评价是教学过程中不可或缺的一环，它有助于教师了解学生的学习情况，及时发现问题并进行解决，同时也能激发学生的学习兴趣和动力。以下是对本节课的课堂评价策略：

1.提问评价：

-教师通过提问的方式，可以实时了解学生对知识的掌握程度。在导入新课阶段，教师可以提出一些引导性问题，如“大家知道基因工程的基本概念吗？”以检验学生对基础知识的掌握。

-在讲解知识点时，教师可以设计一系列递进式问题，引导学生深入思考。例如，在讲解基因导入技术时，可以提问：“为什么选择脂质体作为基因导入载体？”

-在课堂活动环节，教师可以通过提问来观察学生的参与度和理解程度。如在进行小组讨论时，教师可以提问：“你们小组认为如何优化脂质体的包裹效率？”

2.观察评价：

-教师在课堂上应密切关注学生的表现，包括学生的注意力、参与度、实验操作等。通过观察，教师可以了解学生在实验操作中是否存在错误，及时给予纠正。

-在小组讨论环节，教师应观察学生的互动情况，如是否积极发言、是否倾听他人意见等，以评估学生的团队协作能力。

3.测试评价：

-在本节课结束后，教师可以设计一份针对性的测试题，以检验学生对本节课知识点的掌握程度。测试题应包括选择题、填空题、简答题和实验设计题等多种题型。

-测试题的设计应紧密结合课本内容，如要求学生解释基因表达载体的构建过程，或设计一个实验方案来检测目的基因的表达。

4.课堂反馈：

-教师应及时对学生的课堂表现给予反馈，无论是正面的鼓励还是及时的纠正。例如，对于实验操作不规范的学生，教师可以耐心指导，帮助他们改正错误。

-对于在课堂上表现出色的学生，教师应给予表扬，以提高学生的学习积极性。

5.评价记录：

-教师应详细记录学生的课堂表现，包括学生的提问、回答、实验操作等，以便在课后进行总结和反思。

-教师可以将评价记录与学生的作业评价相结合，形成全面的学生评价体系。典型例题讲解1.例题：某基因表达载体中，启动子区域上游有一个调控元件，该元件在特定条件下能被激活，使基因表达增强。请分析以下实验结果，并解释原因。

实验步骤：

（1）将目的基因与调控元件连接后构建基因表达载体。

（2）将构建的基因表达载体导入受体细胞。

（3）在无调控元件激活条件下，检测目的基因的表达水平。

（4）在调控元件激活条件下，检测目的基因的表达水平。

实验结果：

无调控元件激活条件下，目的基因表达水平较低；调控元件激活条件下，目的基因表达水平显著提高。

答案：调控元件在特定条件下被激活后，可以增强启动子的活性，从而提高目的基因的表达水平。

2.例题：在进行基因克隆实验时，为了确保目的基因的插入方向正确，常常需要构建基因表达载体。请简述基因表达载体的构建步骤。

答案：

（1）选择合适的载体：选择具有复制起点、选择标记和终止子的载体。

（2）目的基因的克隆：通过PCR或限制性内切酶酶切等方法获得目的基因片段。

（3）载体线性化：使用限制性内切酶将载体线性化。

（4）目的基因与载体的连接：通过DNA连接酶将目的基因片段与线性化的载体连接。

（5）转化受体细胞：将连接后的重组载体转化到受体细胞中。

（6）筛选和鉴定：通过抗生素筛选、酶切分析等方法筛选出含有目的基因的转化细胞，并进行鉴定。

3.例题：在进行基因表达实验时，为了检测目的基因的表达产物，常常需要采用蛋白质印迹（Westernblot）技术。请简述蛋白质印迹的基本原理。

答案：

蛋白质印迹的基本原理是利用抗原抗体特异性结合的特性，将目的蛋白从复杂样品中分离出来。具体步骤如下：

（1）将样品与抗体反应，形成抗原抗体复合物。

（2）通过电泳将样品中的蛋白质分离。

（3）将电泳分离后的蛋白质转移到硝酸纤维素膜或聚偏氟乙烯膜上。

（4）用特异性抗体与硝酸纤维素膜上的蛋白质结合，形成抗原抗体复合物。

（5）通过化学发光或酶联免疫吸附等方法检测蛋白质印迹结果。

4.例题：在进行基因编辑实验时，CRISPR-Cas9技术是一种常用的方法。请简述CRISPR-Cas9技术的原理。

答案：

CRISPR-Cas9技术是一种基于RNA导向的基因编辑技术。其原理如下：

（1）设计sgRNA（单链引导RNA），其序列与目标DNA序列互补。

（2）将Cas9蛋白与sgRNA结合，形成Cas9-sgRNA复合物。

（3）Cas9-sgRNA复合物在目标DNA序列上识别并结合。

（4）Cas9蛋白在识别位点切割双链DNA，形成双链断裂。

（5）细胞内的DNA修复机制（如非同源末端连接或同源重组）将双链断裂修复，从而实现对目标DNA序列的编辑。

5.例题：在进行基因导入实验时，脂质体是一种常用的载体。请简述脂质体的作用原理。

答案：

脂质体是一种由磷脂双分子层组成的微小囊泡，具有以下作用原理：

（1）脂质体能够包裹目的基因，形成稳定的复合物，保护目的基因免受细胞内环境的破坏。

（2）脂质体可以通过静电吸附或融合作用，将包裹的目的基因导入细胞内。

（3）脂质体在细胞内降解后，释放出目的基因，使其在细胞内表达。板书设计①基因工程概述

-基因工程定义

-基因工程目的

-基因工程方法

②目的基因的获取

-基因克隆

-基因合成

-基因修饰

③基因表达载体的构建

-载体类型：质粒、噬菌体、病毒载体

-载体组成部分：复制起点、选择标记、终止子、目的基因插入位点

④基因导入受体细胞

-脂质体介导法

-电穿孔法

-显微注射法

⑤目的基因的检测与鉴定

-PCR技术

-Southernblot

-Westernblot

⑥基因工程的应用

-基因治疗

-转基因作物

-生物制药反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验教学与理论教学相结合：在讲解基因工程的基本原理后，加强实