3.1《重组DNA技术的基本工具》教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3（表格版）

3.1《重组 DNA技术的基本工具》教学设计
一、核心素养目标
1.结合生活或生产实例，举例说出基因工程及相关技术的基本原理（生命观念、科学思维）；
2.认同基因工程过程中需要限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具，并能运用结构与功能的观点来分析各自的作用（生命观念、科学思维）。
二、教材分析
教材通过抗虫棉花的图片引导学生走进基因工程的领域，接着阐述了在培育抗虫棉花的过程至少需要三种工具，即准确切割 DNA的“手术刀”——限制性内切酶、将 DNA片段再连接起来的“缝合针”——DNA连接酶、将体外重组好的 DNA导入受体细胞的“运输工具”——载体。通过实例激发学生的兴趣，然后再逐一的介绍这三种工具的作用。由于本节内容是基因工程的入门，所以让学生掌握这三种工具的作用是非常重要的。
三、学情分析
高二学生的思维水平、学习能力已经发展到较高阶段，大多数学生喜欢亲自动手操作，但是动手能力不强。学生通过报刊、杂志、电视等媒体对基因工程的产物如转基因的鲤鱼，抗虫棉，耐寒的植物有所了解，因此在讲授新课时，联系实际，更容易引起学生的兴趣，便于新知识的掌握。另外，在必修课中学习过的一些知识可以为新知识的学习垫下铺垫，如 DNA分子的结构等。
四、教学重难点
1.教学重点：重组 DNA技术所需的三种基本工具的作用。
2.教学难点：模拟操作切割 DNA分子，重组 DNA模型。
学习任务 教师活动 学生活动 设计意图
基因工程的概念和理论基础 【提供资料】我国是棉花的生产和消费大国，棉花在种植过程中常常会受到棉铃虫的侵袭，这会使棉花大量减产。大量施用农药不仅提高了生产成本，还可能造成农产品和环境的污染，如果能培育出自身能抵抗棉铃虫的棉花就能解决这个问题。棉花本身不具有“抗虫基因”，而苏云金杆菌有一种“抗虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。 【提问】能否将苏云金杆菌的“抗虫基因”导入棉花细胞，使棉花自身产生抗虫蛋白来抵抗棉铃虫呢？提出识你的看法，并依据你所学的遗传学能知识阐明理由。 【讲述】基因工程的概念。 联系学过的知识，思考、回答：能，因为绝大多数生物的遗传物质都是 DNA，并且所有生物共用一套遗传密码。理解基因工程的概念。 引导学生分析基因工程的理论基础，有助于他们理解基因工程的概念，还能让他们感受到理论研究的价值
基因工程需要用到的“分子工具” 【提问】基因工程是在 DNA分子水平上进行设计和施工的。请你推测培育转基因抗虫棉需要用到哪些“分子工具”。【展示图片】展示教材中的“重组 DNA技术所需的三种基本工具示意图”，让学生分析这三种工具的作用。 讨论、回答：需要切断 DNA和拼接 DNA的工具等。初步认识三种工具的作用。 以抗虫棉的培育引出对基因工程所需“分子工具”的介绍，激发学生的学习兴趣。借助教材中的示意图直观呈现三种工具的作用，帮助学生理解微观、抽象的知识。
限制酶 —— “分 子手术刀” 【组织小组活动】 1.让学生阅读教材“限制性内切核酸酶——‘分子手术刀’”部分的内容。 2.给学生提供印有不同 DNA序列的绿色、粉色和黄色的纸条(其中绿色纸条用透明胶条首尾连接成环)，让学生仔细观察纸条上的 DNA序列，并结合教材中提供的限制酶 EcoRI和 SmaI的识别序列信息，用贴有 EcoRI标签的剪刀剪切绿色和粉色纸条上的特定位点，用贴有 SmaI标签的剪刀剪切黄色纸条上的特定位点。 【提问】 1.限制酶的作用特点有哪些？ 2.两种限制酶切割 DNA片段产生的末端有什么不同？ 3.限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，它们在原核生物中存在的意义是什么？ 阅读教材。开展活动，找到正确的切割位点，完成剪切。 结合教材中的内容和活动的经历，思考、回答问题。 将微观的作用通过模拟活动的形式呈现，可以让学生更加清晰地认识限制酶的作用特点
DNA连接酶——“分子缝合针” 【组织小组活动】让学生仔细观察上述活动中剪切绿色和粉色纸条产生的“DNA片段”的末端，并用订书器将从粉色纸条上剪切下来的“DNA片段”连接到绿色纸条的切口处。 【提问】 1.订书器代表什么？ 2.订书钉代表什么？ 3.DNA连接酶的作用位点是什么？ 【讲述】介绍 DNA连接酶的分类和作用特点 开展活动，正确连接片段。思考、回答：订书器代表 DNA连接酶；订书钉代表新形成的磷酸二酯键；DNA连接酶恢复了被限制酶切开的磷酸二酯键。听讲，进一步认识 DNA连接酶 接续上述模拟活动，帮助学生认识 DNA连接酶的作用特点。
随堂检测及小结 【总结归纳】请学生总结本节所学，形成知识框架。 【布置任务】 1.完成课时分层训练。 2.外源基因难以进入细胞，进入后也不容易稳定存在并表达。通常需要利用载体将基因送入细胞。在上述活动中，对绿色和红色纸条的操作，模拟的就是将外源基因连接到质粒载体的操作。常用的载体有哪些？需要具备什么条件？请学生课下预习。 构建知识框架答题思考，总结规律。课后思考 巩固落实，加强理解。布置课后思考，为学生下一节的学习做铺垫
目标检测练习： 1．下列关于限制酶的说法，正确的是() A．限制酶广泛存在于各种生物中，其化学本质是蛋白质 B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C．不同的限制酶切割 DNA后都会形成黏性末端 D．限制酶均特异性地识别含 6个核苷酸的序列 2．下列有关限制性内切核酸酶的叙述中错误的是() A．用限制酶从一个 DNA分子中部获取一个目的基因时，4个磷酸二酯键断裂 B．限制酶识别序列越短，则该序列在 DNA中出现的几率就越小 C．—CATG↓—和—G↓GATCC－序列被限制酶切出的黏性末端碱基数相同 D．用不同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒，也可能形成重组质粒 3．DNA连接酶是重组DNA技术中常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是() A．能连接 DNA分子双链碱基对之间的氢键 B．能将单个脱氧核苷酸加到 DNA片段的末端，形成磷酸二酯键 C．能连接用同种限制酶切开的两条 DNA片段，重新形成磷酸二酯键 D．DNA连接酶只能连接双链 DNA片段互补的黏性末端 4．据图分析，下列有关酶的功能的叙述不正确的是() A．限制酶可以切断 a处 B．DNA聚合酶可以连接 a处 C．解旋酶可以切断 b处 D．DNA连接酶可以连接 c处
《重组 DNA技术的基本工具》教学反思 本节课的主要特点如下: 1.在强化核心概念和基本原理知识传授的同时，更注重对学生能力的培养。如布置学生带着任务自学教材等方式，培养学生自主学习能力；通过阅读材料，培养学生获取信息的能力；通过模型构建，培养学生动手能力和交流合作能力；通过动画、图片等直观教学手段，培养学生的观察能力以及对图形的分析、描述能力。 2.在回顾已学知识的基础上引导学生认识基因工程实现的可能。通过引导学生回顾在必修 2模块所学的知识，让他们认识到由于绝大多数生物的遗传物质都是 DNA，并且所有生物共用一套遗传密码，因此基因可以在不同的生物之间转移，从而赋予生物新的遗传特性，这是基因工程重要的理论基础。像这样建立新旧知识之间的联系，既能够促进学生理解新知识，还能够让学生切实体会到科学理论与技术之间的联系，即理论指导技术研究，技术研究反过来又会促进理论的建设。 3.创造性地安排和改进教材中的活动，帮助学生理解“分子工具”的特征。很多教师在进行本节课的教学时，通常是先讲授完所有的知识内容，再安排学生开展教材“思考·讨论”栏目中的模拟制作活动，以帮助他们巩固学习的知识。而在本课中，我采用了边开展活动边教授相关知识内容的形式。通过活动，微观、抽象的知识内容变得具体化和形象化，这可以提高学生对三种基本工具的感性认识，从而帮助他们理解这些工具在基因工程操作中所起的重要作用。同时，我还改进了活动，例如，将教材活动中使用的透明胶条用订书器和订书钉代替，有利于学生更好地理解 DNA连接酶连接的是磷酸二酯键而不是氢键；将其中一张纸条连接成环，模拟了质粒载体，从而帮助学生认识构建携带外源基因的质粒的过程，为后续内容的学习打下基础。在本节课的教学实施中，还存在一些不足之处。例如，由于时间分配不合理，导致在某些问题上学生自学、讨论不很充分；课前预习完成不好，部分学生难以跟上老师的节奏；重组 DNA的模拟制作是本节课的一大亮点，学生活动效果也比较好，但是我对学生活动的评价还显得不够深入。如果时间允许，可以给学生创造一些“试错”的机会，放手让学生“试错”和在修正错误中充分讨论，都有助于学生深入理解知识。因此，如何解决上述问题，打造真正的高效课堂是今后需要着重思考的问题。