2019-2020年高中生物 1.1DNA重组技术的基本工具教案 新人教版选修3
2019-2020年高中生物 1.1DNA重组技术的基本工具教案新人教版选修3 教学建议
1.借助插图、课件和模拟操作落实教学重点
本节内容的教学重点是DNA重组技术所需的三种基本工具的作用,这些知识是微观的分子水平上的变化,学生缺乏直观的经验,教师可以充分利用教材中的插图和多媒体课件,如培育抗虫棉的操作过程图、黏性末端与平末端图、磷酸二酯键与氢键的位置图、DNA的连接部位图和质粒结构图等,使教学内容变得更加形象、直观,从而更容易被学生感知和理解。在此基础上,再进一步引导学生
提炼知识,将感性认识上升到理性认识。
为了让学生更好地理解限制酶和DNA连接酶的作用,可以让学生进行重组DNA分子的模拟操作。制作过程既能帮助学生突破思维上的障碍,又能充分调动学生学习的积极性,让学生在动脑、
动手的过程中体验到获取知识的快乐。课堂教学中,注重模拟过程中学生主体地位与主导作用的发挥,模拟限制酶、DNA连接酶的“切割”“缝合”过程时,完全交给学生去自主完成,哪怕是出错了,这也是学生的一种成长,一种思维辨析过程,在此基础上,可引导学生模拟自身环化、如何解决防止自身环化等问题,进一步增强学生处理问题的能力。
2.设置问题情境突破教学难点
本节内容的教学难点是基因工程中载体需要具备的条件。如果我们采用直白、平淡的方式直
接给出答案,学生接受起来会比较困难,教师不妨设置一系列的问题串,引导学生积极参加教学活动,开启他们思想的闸门。例如:可以启发学生思考“如果载体没有切割位点,它还能携带基因
吗?”“假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样?”“如何发现目的基因有没有进入受体细胞?”“霍乱菌的质粒有多个限制酶的酶切位点,你会用它来作载体吗?”等一系列的问题,使学生
在分析、思考和讨论的过程中,明确载体为什么要具备这几个条件,其效果肯定比简单的死记硬背
要好得多。
3.利用表格进行课堂小结
两种工具酶既属于教学的重点,又属于易混点,而且它们与DNA聚合酶、DNA水解酶、解旋酶甚至RNA聚合酶等与DNA有关的酶也容易混淆。为了巩固课堂教学,强化学生对教学重、难点的识记理解,加强对易混点的辨析,建议在课堂小结环节设计出“与DNA有关的酶的比较”表格让学生填写,能起到画龙点睛的作用。
参考资料
限制性核酸内切酶
限制性核酸内切酶是一类在特殊核苷酸序列处水解双链DNA的内切酶,又称限制酶。限制性核酸内切酶一般以微生物属名的第一个字母和种名的前两个字母来命名,第四个字母表示菌株(品系)。例如,从Bacillus amylolique faciens H中提取的限制性内切酶称为Bam H,在同一品系细菌中得到的识别不同碱基顺序的几种不同特异性的酶,可以编成不同的号,如Hin d Ⅱ、Hin d Ⅲ等。
到目前为止,细菌,是限制性核酸内切酶,尤其是特异性非常强的限制性核酸内切酶的主要来源。每种限制酶特异识别专一DNA序列,并在切割位点将其准确切割。例如,Eco RⅠ切割GAATTC序列,切
割位点在G与A之间。在已发现的限制性内切酶中,近百种酶的识别顺序已被测定。有很多来源不同的酶有相同的碱基识别顺序,这种酶称为“异源同功酶”。应该注意的是,这些酶虽然有相同的
识别顺序,但它们的切点并不完全一样。例如XmaⅠ和SmaⅠ都识别六核苷酸CCCGGG,但切点不同,
当然也有识别顺序和切点都相同的酶,如HapⅡ、HpaⅡ、MnoⅠ,都在识别顺序CCGG内有一相同的
切点,HalⅢ和Bsu RⅠ同样在识别顺序GGCC内有一相同的切点。细菌将自身的DNA作甲基化修饰,
防止了被自身核酸内切酶降解,但又不影响这些DNA序列上遗传信息的正常识别与表达。每种细菌都有一种或几种用来切割特异DNA序列的限制酶,还有与限制酶配对的甲基转移酶,用来防止限制
酶降解细菌基因中的相应序列。
2019-2020年高中生物 1.1《DNA重组技术基本工具》教学设计新人教
版选修3
设计思路
1．指导思想：“DNA重组技术的基本工具”这节课位于人教版高中生物选修三第一专题第一节第二课时。基因工程是现代生物技术的核心内容，通过模拟DNA重组过程，将具体的操作程序有机联系起来，加深对这一程序的理解，有利于提高学生的认知水平和接受能力。
2．理论依据：布鲁纳“学科基本结构”理论，表现方式有效性原则；模拟探究教学法；问题生成法。
3.设计特色：针对重点难点对教学内容进行结构化处理，并与基因工程的实际操作练习起来；在模拟探究的过程中不断生成问题，引导学生依据载体的特点，按照相似性原理，选择和建立模型，进而对模型进行“剪”与“连”等操作，并分析操作结果。
教学分析
1．教材分析
重点：DNA重组技术的三种基本工具
难点：载体的特点及应用
2．学情分析
通过上一节课的学习，学生们已初步掌握了“DNA重组技术的基本工具”有哪些，其作用是什么。但这些基本工具在实际应用中如何发挥作用，是非常抽象的内容，仅仅靠学生的想象，很难真正理解并融会贯通；同时，中学生的心理发育特点，决定了他们更乐于通过实际动手操作来解决遇到的问题，同时对自己新发现的问题有更加强烈的探究欲望。
3．教学条件分析
对于本节课的教学设计而言，需要如下教学条件：电脑，投影仪，彩色复印纸，剪刀，双面胶。几乎所有省市级示范高中学校的教学条件都可以满足本节课的要求
教学目标
简述基因工程原理及基本操作程序
掌握基因工程基本操作程序的四个步骤
通过动手操作、小组合作，提高学生自主学习及合作探究的能力。
教学策略与手段
教学模式：探究式教学，通过创设问题情境，在分析问题、解决问题的过程中不断生成一系列新的问题，培养学生的自学能力，以及探究和思维能力。
教学策略：利用教学多媒体，自制教具，使抽象的问题形象化，引导学生自主动手操作，解决每一程序中的技术难点和重点。
教学手段：PPT，自制教具，投影仪等综合教学辅助工具。本节课模拟探究的是载体与目的基因的连接，所以将教材提供的碱基序列加以调整，用彩色打印纸打印，如图：
然后粘贴出环状DNA和链状DNA，同时提供剪刀、胶带，如图：
教学过程：
（一）回顾旧知，引入新课
教师的组织和引导学生活动教学意图
利用多媒体展示多种转基因产品。
通过展示让学生回忆上节课学过，基因工程需要哪些特殊工具？
呈现：三种不同的工具，载体的四个特点。
提出问题：在实际操作过程中，载体的这些特点是否能满足实际需求呢？学生回忆并回答，补充。
学生思考并讨论。
通过活动，调动
学生的学习兴趣，导入
课题。
引出本节课的重点：
DNA重组技术的模拟操
作。
通过回顾旧知，创设问
题情境，确立本节课的
重点，并激发学生的探
究欲望。
（二）模拟重组，讲授新课
教师活动学生活动设计意图
利用PPT给学生分别呈现限制性核酸内切酶EcoRI，BamHI识别的碱基序列和酶切位点，酶切过程以及DNA连接酶的作用位点。(见附图1)
给学生分发教具：每组发两个带碱基序列的环状DNA，两张链状DNA，（且四个DNA上仅有EcoRI的酶切位点），剪刀，胶带。（见附图2）
学生首先动手模拟得到EcoRI酶切后的载体和目的基因。（见附图3）
让学生观察并思考：如果条件充分，此时我们得到的目的基因和载体是否能够成功连接？
继续提出问题：
将多个EcoRI酶切后的载体与目的基因混合后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种？请大家尝试操作。学生观察。
学生动手操作，模拟重组DNA，探究载
体的特点。
思考，讨论，得出结论。
思考，讨论，动手操作，得出结论。
学生们除得到载体与目的基因之间的连
接外，还有载体与载体之间的连接，目
的基因与目的基因之间的连接，以及载
体自身环化，和目的基因自身环化等。
其中载体及目的基因的自身环化是干扰
重组的常见因素。
思考，讨论。学生们观察，讨论后提
将情景引入到新课
让学生准确理解切
割或连接部位。
在实际动手操作的
过程中发现问题，
解决问题。
通过动手模拟操
作，以及思考和讨
论，使所学知识逐
步深入，并把记忆
中的知识转变为实
际中的能力。
学生通过比较，能
够发现有的小组目
的基因插入方向与
别组有不同，从而
（操作结果见附图4）
提出第二个问题：为什么会出现这么多种连接产物呢？（见附图5，附图6）
各小组挑出本组制作的载体与目的基因连接后的重组DNA，互相观察并比较是否有不同。
（见附图7）
提出第三个问题：我们如何解决目的基因定向插入这个问题呢？
在这个过程中提醒学生：载体的特点之一是有多个不同的酶切位点。
分发另一套材料，每组两个环状DNA，两个链状DNA（都带EcoRI，BamHI两种酶切序列），让学生再次模拟操作。
（见附图8）
（见附图9）
给学生展示PPT，通过图片和视频使学生发现载体的特点中除有多个酶切位点外，还携带有标记基因（如氨苄青霉素抗性基因），标记基因可以参与鉴别受体细胞中是否含有目的基因。
（见附图10）
提出第四个问题：前面操作中，载体与载体重组得到的DNA，载体与目的基因重组得到的出，一种限制性核酸内切酶切割后产生
的黏性末端只有一种，相同的黏性末端
之间可以任意连接。
在这些连接产物中，我们需要的是载体
与目的基因连接而成的重组DNA。
观察比较。
学生讨论。
模拟操作。
剪切后，学生们观察发现，两种限制酶
切割产生的黏性末端是不同的，虽然载
体与载体间，目的基因与目的基因间仍
会连接，但载体及目的基因自身环化问
题得到解决，根据碱基互补配对原则，
目的基因与载体连接的方向是唯一的。
这样，通过模拟操作，学生们解决了刚
才所提出的问题，得出结论：载体上含
有多个酶切位点，利用双酶切的方法，
可以保证目的基因的定向插入，同时还
避免了载体及目的基因的自身环化，提
高DNA重组率，实现目的基因的正确转
录和表达。
观察，思考。
发现目的基因不同
的插入方向将导致
出现不同的基因产
物。
通过思考，部分学
生能够提出用两种
限制酶切割载体，
从而使切口处的黏
性末端不同的思
路。
通过层层深入的问
题，逐步突出重
点，突破难点，学
生们发现科学实践
的过程远非理论记
忆那么简单。课堂
上的模拟重组可以
大大降低空间想象
的难度，使抽象的
内容直观化。
利用具体直观的信
息媒体使学生对抽
象的内容直观
化。
DNA上都有标记基因（如氨苄青霉素抗性基因），如何筛选出含目的基因的重组DNA 呢？（这个问题难度较高，适合能力较强的同学）
如果学生未得到准确的结论，提示他们：在基因工程的实际操作中，科学家选择的载体往往含两个或更多的标记基因。
利用PPT呈现：环状DNA载体以及上面的两个标记基因。
（见附图11）学生通过讨论，设计，提出如果将一个
标记基因放在目的基因的插入位置，当
目的基因插入时，这个标记基因将被破
坏而无法表达，从而达到筛选的目的。
得出结论：仅在青霉素培养基上生长的
是含目的基因的受体细胞，在青霉素培
养基和四环素培养基上都能生长的是载
体自接的受体细胞。
引导学生从基因工
程的整体思考问
题。
学生通过类比发
现：多个酶切位
点，多个标记基
因，插入失活的筛
选方法是基因工程
中的重要设计思
路，理解了基因工
程中使用的载体往
往是人工合成的，
并真正懂得了实践
是检验真理的唯一
标准。
（三）、归纳总结，理清脉络
教师活动学生活动设计意图
提问学生，之后用多媒体展示：1．DNA重组所需三种基本工具2．载体特点
a．多酶切位点──目的基因定向插入
b．多标记基因──目的基因的筛选思考，讨论，回答通过归纳总结回顾
刚才的模拟探究过
程，加深学生对DNA
重组技术的理解，
特别是载体的特点
及其应用，为教材
内容的深化拓展打
好基础。
作业设计
1．已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA 分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现在多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是
↓↓↓
────────────────────
a b c d
A．3种 B．4种 C．9种 D． 12种
2．下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如图，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamHⅠ或EcoRⅠ或PstⅠ的酶切位点。现用BamHⅠ和EcoRⅠ两种酶同时切割该DNA片段（假设所用的酶均可将识别位点完全切开），下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是（）
A．1 为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠ
B．1 为EcoRⅠ，2为BamHⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠ
C．1 为PstⅠ，2为EcoRⅠ，3为EcoRⅠ，4为BamHⅠ
D．1 为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为PstⅠ，4为EcoRⅠ
3．某质粒上有SalⅠ、Hin dⅢ、Bam H I三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题：
⑴将含有目的基因的DNA与质粒分别用Sal I酶切，酶切产物用______________ 催化连接后，两个DNA片段的连接结果有_______________种。
⑵构建重组质粒时，应选用__________________两种酶对___________________进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。
DNA重组技术基本工具的教学设计附图
附图1：
附图2：
附图3：
附图4：
载体与目的基因之间的连接
载体与载体之间的连接
目的基因与目的基因之间的连接
载体自身环化
目的基因自身环化
附图5：
附图6：
一种限制酶切割后产生的黏性末端只有一种，相同的黏性末端之间可以任意连接。附图7：
同向插入
反向插入
目的基因插入方向不同将导致出现不同的基因产物附图8：
附图9：
两种限制酶切割产生的黏性末端不同
载体与载体间，目的基因与目的基因间仍可连接
载体及目的基因无法自身环化
无法连接
正确连接
附图10：
附图11：