2024-2025学年高中生物 专题1 1.2 基因工程的基本操作程序教学设计 新人教版选修3

2024-2025学年高中生物专题11.2基因工程的基本操作程序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为新教材选修3《现代生物科技专题》中的“基因工程的基本操作程序”。内容包括基因工程的定义、基本工具（限制酶、DNA连接酶、载体等）、基因克隆的基本步骤（目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定等）。通过本节课的学习，学生能够理解基因工程的基本原理和操作程序，为后续学习打下基础。核心素养目标1.培养学生的科学探究能力，通过基因工程的基本操作程序的学习，使学生能够运用科学方法分析问题、解决问题。

2.增强学生的生物技术意识，认识到基因工程在现代生物科技中的重要作用，激发学生对生物技术的兴趣。

3.培养学生的批判性思维能力，引导学生对基因工程的应用进行伦理和安全的思考。

4.提升学生的合作学习与交流能力，通过小组讨论和实验操作，学会与他人合作，共同完成基因工程实验。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在进入本节课之前，已经学习了高中生物的分子生物学基础，包括DNA结构、基因表达调控、遗传信息的传递等知识。此外，学生还应该对细胞生物学、生物化学等领域的知识有所了解，这些基础知识的掌握对于理解基因工程的基本操作程序至关重要。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

高中生对生物科技普遍具有浓厚的兴趣，尤其是对基因工程这样的前沿科技领域。学生的能力方面，他们具备一定的逻辑思维和分析问题的能力，但实验操作技能可能参差不齐。学习风格上，学生中既有偏好独立思考的，也有倾向于团队合作学习的。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在理解基因工程的基本操作程序时可能遇到的困难包括：对某些生物学术语的混淆、难以将理论知识与实际操作相结合、对实验原理和步骤的理解不够深入。此外，实验操作的复杂性也可能成为学生面临的挑战，特别是在实验技能和实验安全意识方面。教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：通过系统的讲解，帮助学生构建基因工程的基本概念框架。

2.讨论法：组织学生围绕基因工程的应用和伦理问题进行讨论，培养批判性思维。

3.实验法：指导学生进行模拟实验，让学生亲身体验基因工程的操作步骤，加深理解。

教学手段：

1.多媒体演示：利用PPT展示基因工程操作流程图，直观展示操作步骤。

2.视频教学：播放相关实验操作视频，帮助学生理解复杂实验过程。

3.在线资源：提供在线实验指导，便于学生课后复习和拓展学习。教学过程一、导入新课

（教师）同学们，今天我们来学习高中生物选修3《现代生物科技专题》中的“基因工程的基本操作程序”。首先，请大家回顾一下我们已经学过的分子生物学知识，比如DNA的结构、基因表达调控等，这些都是我们今天学习的基础。

（学生）回顾了DNA的结构、基因表达调控等知识。

二、新课讲授

（教师）接下来，我将为大家介绍基因工程的定义、基本工具和基本步骤。

1.基因工程的定义

（教师）基因工程，顾名思义，就是通过人为的方式对生物体的基因进行操作和改造。简单来说，就是将一个生物体的基因转移到另一个生物体中，从而改变其性状。

（学生）了解了基因工程的定义。

2.基本工具

（教师）在基因工程中，我们通常会用到一些特殊的工具，比如限制酶、DNA连接酶和载体等。

（教师）首先，我们来了解一下限制酶。限制酶是一种特殊的酶，它能够识别特定的DNA序列，并在这些序列的特定位置上切割DNA分子。

（学生）了解了限制酶的作用。

（教师）接下来，我们看看DNA连接酶。DNA连接酶是一种酶，它能够将两个DNA分子连接起来，形成一个新的DNA分子。

（学生）了解了DNA连接酶的作用。

（教师）最后，我们来看看载体。载体是一种DNA分子，它可以将外源基因携带到宿主细胞中。

（学生）了解了载体的作用。

3.基本步骤

（教师）基因工程的基本步骤包括：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

（教师）首先，目的基因的获取。这一步主要是从生物体中提取目的基因。

（学生）了解了目的基因的获取步骤。

（教师）接下来，基因表达载体的构建。这一步是将目的基因插入到载体中，形成基因表达载体。

（学生）了解了基因表达载体的构建步骤。

（教师）然后，将目的基因导入受体细胞。这一步是将基因表达载体导入到宿主细胞中。

（学生）了解了将目的基因导入受体细胞的步骤。

（教师）最后，目的基因的检测与鉴定。这一步是检测目的基因是否成功导入受体细胞，并鉴定其表达情况。

（学生）了解了目的基因的检测与鉴定步骤。

三、课堂练习

（教师）现在，请大家完成以下练习题，检验一下自己对本节课内容的掌握情况。

（学生）认真完成课堂练习题。

四、课堂讨论

（教师）接下来，我们进行课堂讨论。请同学们思考以下问题：

1.基因工程有哪些应用？

2.基因工程在应用过程中可能遇到哪些伦理和安全性问题？

（学生）积极参与课堂讨论，发表自己的观点。

五、课堂总结

（教师）今天我们学习了基因工程的基本操作程序，包括定义、基本工具和基本步骤。希望大家通过这节课的学习，能够对基因工程有一个更深入的了解。

（学生）总结本节课所学内容，加深对基因工程的理解。

六、课后作业

（教师）请大家课后完成以下作业：

1.查阅资料，了解基因工程在农业、医学等领域的应用实例。

2.思考基因工程在应用过程中可能遇到的伦理和安全性问题，并提出自己的看法。

（学生）认真完成课后作业，巩固所学知识。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：

学生通过本节课的学习，能够准确理解基因工程的定义、基本工具（限制酶、DNA连接酶、载体等）以及基因克隆的基本步骤（目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定等）。学生对这些基本概念和操作程序的记忆和理解达到了课程要求。

2.实验技能提升：

学生在模拟实验中，通过实际操作，掌握了基因工程实验的基本技能，如DNA的提取、限制酶的切割、DNA连接等。这些技能的提升将有助于学生在未来的生物实验课程中更加得心应手。

3.科学探究能力的培养：

学生在探究基因工程的基本操作程序时，学会了如何运用科学方法分析问题、解决问题。他们能够设计实验方案，进行实验操作，并从实验结果中得出结论，这一过程有助于提高学生的科学探究能力。

4.生物技术意识的增强：

学生通过学习基因工程，认识到生物技术在现代社会中的重要作用，激发了他们对生物科技的兴趣。他们开始关注生物科技的发展动态，并对生物技术的应用前景有了更深的认识。

5.伦理和安全性意识的培养：

学生在讨论基因工程的应用和伦理问题时，学会了从伦理和安全性角度思考问题。他们能够认识到基因工程在应用过程中可能带来的风险，并思考如何平衡科技发展与伦理道德的关系。

6.合作学习与交流能力的提升：

在小组讨论和实验操作中，学生学会了与他人合作，共同完成任务。他们通过交流分享各自的观点和经验，提高了自己的团队协作能力和沟通能力。

7.知识迁移能力的提高：

学生将所学知识应用于解决实际问题，如分析基因工程在农业、医学等领域的应用实例。这种知识迁移能力的提高有助于学生将理论知识与实际应用相结合。

8.学习兴趣的激发：

通过本节课的学习，学生对基因工程产生了浓厚的兴趣，激发了他们进一步学习生物科技的愿望。这种兴趣的激发将有助于学生持续关注和探索生物科技领域。内容逻辑关系①基因工程的定义与基本概念

-基因工程的定义：通过人为方式对生物体的基因进行操作和改造。

-基本概念：基因、DNA、基因表达、载体、限制酶、DNA连接酶。

②基因工程的基本工具

-限制酶：识别特定DNA序列并切割。

-DNA连接酶：连接DNA分子。

-载体：携带外源基因的DNA分子。

③基因克隆的基本步骤

-目的基因的获取：从生物体中提取目的基因。

-基因表达载体的构建：将目的基因插入载体。

-将目的基因导入受体细胞：将载体导入宿主细胞。

-目的基因的检测与鉴定：检测目的基因的存在和表达情况。课后作业1.实验设计题：

题目：设计一个实验方案，以大肠杆菌为受体细胞，将人类胰岛素基因导入其中，并检测胰岛素的表达。

答案：实验步骤如下：

（1）获取人类胰岛素基因：从人类细胞中提取胰岛素基因。

（2）构建基因表达载体：将胰岛素基因插入到载体DNA中。

（3）将载体DNA导入大肠杆菌：采用转化法将载体DNA导入大肠杆菌。

（4）检测胰岛素表达：通过Westernblot或ELISA等方法检测大肠杆菌中胰岛素的表达。

2.伦理思考题：

题目：基因编辑技术在医疗领域的应用可能会带来哪些伦理问题？

答案：基因编辑技术在医疗领域的应用可能会带来以下伦理问题：

（1）基因编辑可能导致基因变异，引发不可预见的副作用。

（2）基因编辑技术可能被用于非医学目的，如设计“设计婴儿”。

（3）基因编辑可能导致基因歧视，加剧社会不平等。

3.应用分析题：

题目：分析基因工程在农业领域的应用，并讨论其对农业生产的影响。

答案：基因工程在农业领域的应用主要包括：

（1）培育转基因作物，提高作物产量和抗病虫害能力。

（2）改良动物品种，提高畜牧业生产效率。

（3）生产生物农药，减少化学农药的使用。

对农业生产的影响：

（1）提高作物产量和品质。

（2）降低农业生产成本。

（3）减少环境污染。

4.知识应用题：

题目：解释以下概念之间的联系：基因、DNA、蛋白质。

答案：基因是生物遗传信息的载体，由DNA分子组成。DNA分子是生物遗传信息的存储介质，通过转录和翻译过程，DNA信息转化为蛋白质。因此，基因、DNA、蛋白质三者之间存在密切的联系。

5.案例分析题：

题目：分析CRISPR-Cas9技术在基因编辑中的应用，并讨论其优缺点。

答案：CRISPR-Cas9技术是一种基于RNA指导的基因编辑技术，具有以下优缺点：

优点：

（1）操作简便，成本低。

（2）编辑效率高，特异性强。

缺点：

（1）可能引起脱靶效应，导致非目标基因的编辑。

（2）编辑后的基因可能引发细胞毒性或免疫反应。教学评价1.课堂评价：

（1）提问环节：通过课堂提问，教师可以及时了解学生对知识的掌握程度。教师会设计一系列与基因工程基本操作程序相关的问题，如“什么是限制酶？”“基因表达载体的构建包括哪些步骤？”等。学生的回答情况将作为评价学生学习效果的重要依据。

（2）观察环节：教师会关注学生在课堂上的参与度、实验操作能力以及团队合作情况。例如，在模拟实验过程中，教师会观察学生是否能够按照步骤正确操作，是否能够与同伴有效沟通和协作。

（3）测试环节：通过课堂小测验或随堂测试，教师可以评估学生对知识点的理解和应用能力。测试题包括选择题、填空题和简答题，内容涵盖本节课的重点知识点。

2.作业评价：

（1）作业批改：教师会对学生的课后作业进行认真批改，包括实验报告、思考题和案例分析等。批改过程中，教师会关注学生是否能够运用所学知识解决实际问题，是否能够清晰、准确地表达自己的观点。

（2）作业点评：教师会针对学生的作业进行详细点评，指出优点和不足，并提出改进建议。例如，在评价实验报告时，教师会关注学生是否能够准确记录实验数据，是否能够合理分析实验结果。

（3）反馈与鼓励：教师会及时将作业评价结果反馈给学生，鼓励学生继续努力。对于表现优秀的学生，教师会给予表扬；对于存在问题的学生，教师会耐心指导，帮助他们克服困难。

3.形成性评价：

（1）实验报告评分：通过对学生实验报告的评分，教师可以了解学生在实验操作、数据分析、结论撰写等方面的能力。实验报告评分标准包括实验步骤的正确性、数据分析的合理性、结论的准确性等。

（2）课堂参与度