2024年高中生物 专题1 基因工程 1.2 第1课时 目的基因获取和基因表达载体的构建教学设计 新人教版选修3

2024年高中生物专题1基因工程1.2第1课时目的基因获取和基因表达载体的构建教学设计新人教版选修3学校授课教师课时授课班级授课地点教具教学内容本节课内容选自新人教版选修3《生物技术实践》专题1基因工程1.2第1课时，主要围绕目的基因的获取和基因表达载体的构建展开。通过学习，学生将了解目的基因的来源、获取方法以及基因表达载体的构建过程。具体内容包括：目的基因的来源（基因文库、PCR技术等），目的基因的获取方法（分子克隆、化学合成等），基因表达载体的构建（载体种类、载体构建方法等）。核心素养目标培养学生生物科学思维，通过目的基因获取和基因表达载体的构建，提升学生运用分子生物学技术解决问题的能力。增强学生的科学探究意识，通过实验操作，锻炼学生的实验设计、操作和数据分析能力。同时，引导学生树立科学伦理观念，认识到生物技术在造福人类的同时，也要关注其可能带来的伦理问题。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在此之前已经学习了分子生物学的基础知识，包括DNA结构、基因表达调控、基因突变等。此外，他们可能对PCR技术、分子克隆等基本实验操作有所了解。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

学生对生物技术领域普遍感兴趣，尤其是基因工程这一前沿领域。学生的能力方面，具备一定的实验操作技能和数据分析能力。学习风格上，部分学生偏好通过实验操作来学习，而另一部分学生则更倾向于理论学习和逻辑推理。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在学习目的基因获取和基因表达载体构建时，可能会遇到以下困难和挑战：

（1）对分子生物学理论知识的理解不够深入，难以将理论知识与实验操作相结合。

（2）实验操作过程中，可能对实验步骤和注意事项掌握不牢固，导致实验失败。

（3）数据分析能力不足，难以从实验结果中提取有效信息。

（4）对于基因工程伦理问题的认识不足，可能难以在实验中遵循伦理原则。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：结合多媒体课件，系统讲解目的基因的获取方法和基因表达载体的构建过程，帮助学生建立知识框架。

2.讨论法：组织学生围绕实验设计、实验操作和结果分析进行小组讨论，激发学生的思考和分析能力。

3.实验法：引导学生进行模拟实验操作，通过实际操作加深对知识点的理解。

教学手段：

1.多媒体课件：展示实验原理、步骤和结果，直观呈现教学内容。

2.实验操作视频：播放实验操作过程，帮助学生掌握实验技巧。

3.在线教学平台：提供实验指导、学习资料和在线讨论区，方便学生自主学习。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。例如，提前一天发布关于目的基因获取和基因表达载体构建的PPT，要求学生了解基本概念和操作流程。

设计预习问题：围绕目的基因获取和基因表达载体构建，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。如：“如何从基因组中提取目的基因？”“载体构建有哪些常见的策略？”

监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。教师可以通过查看学生提交的预习成果，了解学生的预习情况。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解目的基因获取和基因表达载体构建的基本原理。例如，学生通过阅读PPT和文档，了解到分子克隆的基本步骤。

思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。学生可能会提出：“为什么选择PCR技术获取目的基因？”等问题。

提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。教师可以收集学生的预习成果，作为课堂讨论的素材。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出目的基因获取和基因表达载体构建课题，激发学生的学习兴趣。例如，播放一个关于基因工程在医药领域的应用视频。

讲解知识点：详细讲解目的基因获取和基因表达载体的构建过程，结合实例帮助学生理解。如，通过讲解PCR技术操作步骤，让学生明白如何从基因组中提取目的基因。

组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握技能。例如，小组讨论如何选择合适的载体，角色扮演模拟实验操作过程。

解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。如，学生提问“为什么载体中要加入抗生素抗性基因？”教师可以解释这是为了筛选转化成功的细胞。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。例如，在讲解载体构建时，学生需要思考不同载体载体的优缺点。

参与课堂活动：积极参与小组讨论、角色扮演、实验等活动，体验知识的应用。如，学生在角色扮演中模拟实验操作，体验基因工程的复杂性。

提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。例如，学生可能会提问“基因表达载体构建是否会影响基因表达水平？”并展开讨论。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：根据目的基因获取和基因表达载体构建课题，布置适量的课后作业，巩固学习效果。如，要求学生设计一个简单的基因表达载体。

提供拓展资源：提供与目的基因获取和基因表达载体构建相关的拓展资源（如书籍、网站、视频等），供学生进一步学习。例如，推荐相关的在线课程和学术论文。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。教师可以针对学生的作业反馈，指出其不足并提出改进建议。

学生活动：

完成作业：认真完成老师布置的课后作业，巩固学习效果。例如，学生通过设计基因表达载体，加深对构建过程的理解。

拓展学习：利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考。如，学生通过阅读推荐书籍，了解基因工程在生物技术领域的应用。

反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。例如，学生可以反思自己在设计基因表达载体过程中的思维过程，找出不足并改进。学生学习效果学生学习效果主要体现在以下几个方面：

1.知识掌握程度

（1）目的基因的来源：了解基因文库、PCR技术等获取目的基因的方法。

（2）基因表达载体的构建：掌握载体种类、载体构建方法以及构建过程中的注意事项。

（3）基因表达载体的功能：理解基因表达载体的作用及其在生物技术中的应用。

2.实验操作技能

学生在本节课中通过模拟实验操作，掌握了以下实验技能：

（1）目的基因的获取：学会使用PCR技术从基因组中提取目的基因。

（2）基因表达载体的构建：掌握载体构建的基本步骤，包括载体选择、插入目的基因、连接等。

（3）基因表达载体的检测：学会检测基因表达载体的构建结果，如PCR检测、酶切分析等。

3.分析与解决问题的能力

学生在本节课中通过讨论、实验等活动，提升了以下能力：

（1）分析能力：能够分析目的基因获取和基因表达载体构建过程中的问题，并提出解决方案。

（2）问题解决能力：在面对实验失败或结果异常时，能够迅速找到原因并调整实验方案。

（3）创新思维：在实验过程中，能够尝试不同的实验方法，寻求更好的解决方案。

4.团队合作与沟通能力

学生在小组讨论、角色扮演等活动中，提升了以下能力：

（1）团队合作：学会与他人合作，共同完成任务。

（2）沟通能力：能够清晰、准确地表达自己的观点，倾听他人的意见，并在此基础上进行讨论。

（3）协调能力：在团队中，能够协调各方资源，确保实验顺利进行。

5.科学伦理观念

学生在学习过程中，对以下科学伦理问题有了更深入的认识：

（1）基因编辑的伦理问题：了解基因编辑技术在医学、农业等领域的应用，以及可能带来的伦理问题。

（2）基因隐私保护：认识到基因信息的重要性，以及保护个人基因隐私的必要性。

（3）生物安全：了解生物技术在应用过程中可能带来的生物安全问题，以及如何防范。

6.自主学习能力

（1）自主获取知识：学会利用网络、图书馆等资源，自主获取与基因工程相关的知识。

（2）自主学习方法：掌握自主学习的方法，如制定学习计划、总结归纳、反思总结等。

（3）自我评估：学会对自己的学习过程和成果进行评估，找出不足并改进。课后作业1.实验设计题

题目：设计一个实验方案，以验证PCR技术从基因组中成功提取了目的基因。

答案：

实验目的：验证PCR技术从基因组中提取目的基因的成功性。

实验材料：基因组DNA、PCR引物、PCR反应混合物、DNA电泳试剂盒等。

实验步骤：

（1）提取基因组DNA；

（2）设计PCR引物，针对目的基因的上下游序列；

（3）进行PCR反应，包括预变性、变性、退火和延伸步骤；

（4）取PCR产物进行电泳分析；

（5）观察并记录电泳结果，判断目的基因是否成功提取。

2.综合应用题

题目：简述基因表达载体的构建过程，并说明构建过程中需要注意的关键步骤。

答案：

基因表达载体的构建过程主要包括以下步骤：

（1）选择合适的载体：根据实验目的和需求，选择合适的载体，如质粒、噬菌体载体等；

（2）设计引物：针对目的基因的上下游序列，设计PCR引物；

（3）PCR扩增目的基因：利用PCR技术扩增目的基因；

（4）连接：将目的基因与载体连接，形成重组载体；

（5）转化：将重组载体转化到宿主细胞中；

（6）筛选和鉴定：通过抗生素抗性筛选和酶切分析等手段，筛选出含有目的基因的细胞。

构建过程中需要注意的关键步骤：

（1）引物设计：引物设计要准确、特异性强，避免非特异性扩增；

（2）连接反应：连接反应条件要适宜，确保连接效率；

（3）转化：转化效率要高，确保有足够的细胞含有目的基因；

（4）筛选和鉴定：筛选和鉴定过程要准确，避免假阳性结果。

3.应用分析题

题目：分析基因表达载体的构建在生物技术中的应用，举例说明。

答案：

基因表达载体的构建在生物技术中具有广泛的应用，以下为几个例子：

（1）基因工程药物的生产：通过基因表达载体的构建，将目的基因导入宿主细胞，生产如胰岛素、干扰素等药物；

（2）基因治疗：将治疗性基因导入患者体内，用于治疗遗传性疾病或癌症；

（3）基因编辑：利用基因表达载体构建基因编辑系统，如CRISPR-Cas9，实现对基因的精确修改；

（4）基因克隆：通过基因表达载体构建，将目的基因克隆到宿主细胞中，用于后续研究。

4.判断题

题目：基因表达载体的构建过程中，引物设计是关键步骤。

答案：正确。

5.简答题

题目：简述基因表达载体的构建过程中，如何筛选和鉴定含有目的基因的细胞。

答案：

筛选和鉴定含有目的基因的细胞的方法主要包括以下几种：

（1）抗生素抗性筛选：在含有抗生素的培养基中筛选出能够生长的细胞，这些细胞可能含有目的基因；

（2）酶切分析：通过酶切分析，检测重组载体是否含有目的基因；

（3）PCR检测：利用PCR技术检测细胞中是否存在目的基因；

（4）测序：对筛选出的细胞进行测序，确认其是否含有目的基因。板书设计①本文重点知识点：

-目的基因的获取

-基因表达载体的构建

-载体种类

-载体构建方法

-基因表达载体的功能

②关键词：

-基因文库

-PCR技术

-限制性核酸内切酶

-连接酶

-转化

-抗生素抗性筛选

-酶切分析

③重点句子：

-“目的基因的获取是基因工程的第一步，也是最为关键的一步。”

-“基因表达载体的构建是将目的基因导入宿主细胞的关键环节。”

-“载体种类繁多，根据不同的应用需求选择合适的载体至关重要。”

-“载体构建方法包括分子克隆和化学合成两种主要途径。”

-“基因表达载体的功能包括表达目的基因、筛选转化细胞等。”教学反思教学反思

今天的课结束了，我想对今天的课程进行一些反思。首先，我觉得今天的教学效果还不错，学生们对目的基因的获取和基因表达载体的构建这部分内容表现出了一定的兴趣。但是，我也发现了一些问题和不足，以下是我的一些思考。

首先，我在导入新课的时候，通过播放一个关于基因工程在医药领域的应用的视频，试图激发学生的兴趣。从学生的反应来看，这个方法还是起到了一定的作用，他们对于基因工程的应用有了更直观的认识。但是，我也意识到，视频的时间不宜过长，否则可能会让学生感到疲劳，注意力不集中。

其次，在讲解目的基因获取的方法时，我采用了讲授法和实验法相结合的方式。通过讲解PCR技术的原理和步骤，让学生了解如何从基因组中提取目的基因。在实验法部分，我设计了一个模拟实验，让学生分组进行操作，这样既能巩固理论知识，又能提高他们的动手能力。我发现，学生们在模拟实验中积极性很高，但是部分学生对于实验步骤的细节掌握不够，这可能是我在讲解时没有强调到位。

在基因表达载体的构建部分，我重点讲解了载体种类和构建方法。我使用了图片和文字相结合的方式，让学生更直观地理解不同载体的结构和功能。在讲解过程中，我发现有些学生对于载体构建的复杂性和精确性感到困惑，这可能是因为这部分内容比较抽象，需要更多的实践来加深理解。

在组织课堂活动时，我尝试让学生分组讨论和角色扮演，以培养学