“基因工程的基本操作程序”高三复习课教学设计

顾 军

(江苏省无锡市第一中学 214031)

1 教材分析

“基因工程的基本操作程序”是人教版高中生物学教材选修三《现代生物科技专题》第一专题第二节的内容。本节是“基因工程”专题的核心，上承“DNA重组技术的基本工具”一节，下启“基因工程的应用”。本节内容包括简述基因工程基本操作的四个步骤；简述目的基因的获得、基因表达载体的构建、目的基因的导入与检测等常用的方法及其基本原理。其中基因表达载体的构建既是复习重点，又是难点，目的基因获取方法中基因文库的概念也是难点。如何让复习课变得有效？一个重要原则就是要在学生原有的知识、经验基础上逐步提升。因此，教师应审视教材，还知识本源，尽量紧密联系必修课中的基础知识，一步步引领学生，让他们心驰神往地投入到学习中来。

2 教学目标

2.1 知识目标 简述基因工程基本操作的四个步骤，简述目的基因的获得、载体构建、目的基因的导入与检测等方法及其基本原理。

2.2 能力目标 尝试进行基因工程中目的基因的获取、载体的构建，通过讨论、进展追踪等活动，提高收集处理资料、撰写专题综述的能力。

2.3 情感态度与价值观目标 关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进生产力的提高。

3 教学过程

3.1 以教材题图为情境，导入复习 本专题的内容由题图、“科技探索之路”和四节内容构成，题图为学习者创设了一个情境：沃森和克里克对DNA双螺旋结构的重大发现和随后的技术创新孕育了基因工程。“科技探索之路──基础理论和技术的发展催生了基因工程”是正文的前奏曲。没有基础理论的研究成果，没有技术方面的创新发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。让学生在情境中回想：基因工程基本操作的四大步骤是什么？哪一步是核心步骤？

3.2 以资料引领的方式，让学生明白理论和技术的发展如何催生基因工程的诞生 在学习本专题内容时，不能忽视知识与能力、情感态度与价值观的有机结合。利用国际上重大科技成果的素材，开阔学生的视野，增强奋发图强的精神；利用国内重大科技成果的素材，培养他们的民族精神，从而唤起学生学习的积极性。利用基因工程技术诞生的历史事件资料，结合基因操作的四个基本过程，让学生思考说出这些历史事件为什么对基因工程的诞生起到了决定性的作用？教师对此一一解读，不难看出，1944—1957年的事件为“基因工程诞生”提供理论基础；1970—1983年的事件为“基因工程的诞生”提供技术的支持。这样的知识引领，不仅可以激发学生探索生命科学奥秘的精神，同时解除学生对“基因工程”专题学习高深莫测、枯燥乏味的错误认识。

3.3 尝试体验基因文库的构建过程，让抽象知识直观化 对于从基因文库中获得目的基因的方法，尽管教材文本运用比喻的方法，但语言文字仍显抽象。如何化解难点？首先请学生思考问题：①什么是基因文库？②基因文库有哪些类型？③比较基因组文库和cDNA文库构建的不同点。

以上问题的呈现旨在复习高二学习的主要内容，也是学生容易理解的基础知识。但如何构建基因文库？为什么要构建基因文库？学生是陌生的。课堂上通过图1中的图解，让学生尝试模拟构建基因文库。首先教师介绍温和噬菌体：感染宿主细菌后不引起细菌裂解，而与宿主细胞建立共生关系并随细菌繁殖传给细菌后代；再让学生理解将真核基因组DNA“部分消化”的含义；在体外将这些DNA片段同适当的λ噬菌体连接成重组体，并转化到大肠杆菌的受体细胞中去；最后，从转化子克隆群体中挑出含目的基因的克隆。这样的解释，是对教材P10页“生物技术资料卡”有关基因组文库构建中抽象化语言的形象解读。但需要学生明白，构建基因文库是获取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。可以通过PCR方式从含有该基因的生物DNA中直接获得；也可以通过反转录获得。教师在教学中，审视并解读教材，利用图片和多媒体，将微观知识宏观化、抽象知识直观化，将知识“深入浅出”地传授给学生。

图1 基因文库构建过程图解

3.4 以例题为背景，体验基因表达载体的构建过程，化解重难点 基因表达载体的构建是基因工程的核心内容。教学中，首先提出：作为基因工程表达载体，只需要含目的基因就可以完成任务了吗？要让学生明白，目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件。例如，生物之间需使用匹配的启动子和终止子才有利于基因的表达；检测目的基因是否导入受体生物的细胞中需要有筛选标记等。

例题：图2是天然土壤农杆菌Ti质粒结构示意图，请思考回答下列问题：

(1)人工改造时，要使抗虫基因表达，还应插入________。

(2)人工改造时用限制酶②处理，其目的是：第一，去除质粒上的________(基因)，保证T-DNA进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长；第二，使质粒带有单一限制酶作用位点，有利于________。第三，使质粒大小合适，可以提高转化效率等。

(3)若用限制酶①分别切割改造过的理想质粒和带有抗虫基因的DNA分子，并构成重组Ti质粒。分别以含四环素和卡那霉素的培养基培养已成功导入抗虫基因的水稻胚细胞，观察细胞生长的现象是______。

图2 天然土壤农杆菌结构图示意图

高三复习课出示例题进行讲解是大部分教师惯用的方法，如何在有限的课堂教学中提高复习的效率？教师课前必需配合复习的内容精选题目，让学生在读题、审题、做题的过程中既要做到复习相关基础知识，又在此基础上得到能力提升。例如第(2)小题，要求学生观察题图，辨清质粒上目前所有基因的作用，去除质粒上的tmr编码产物控制合成细胞分裂素的基因和tms编码产物控制合成吲哚乙酸的基因，才能保证T-DNA进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长。在此基础上明确一个基因表达载体的组成，学生审题、解题的能力有所提升，对复习起到事半功倍的作用。

4 教学反思

江苏省高中生物高考考纲中列出的人教版选修三“基因工程专题”的四个考点，有三个是A级要求，一个是B级要求。A级只要求学生了解所列知识点，并能在相对简单的情境中识别和使用它们。B级要求学生理解所列知识及与相关知识之间的联系与区别，能在一定的情境中运用它们并作出合理的判断或得出正确的结论。2008年以来高考试卷的命制中，这部分内容的难度与深度有所加强，这就导致教师在日常教学中，有意拔高教学目标，使部分学生“谈基因工程习题色变”。倘若教师不能很好地解读考纲，那么教学会加重学生的负担，也就违背了高中生物学教学旨在提高全体高中学生生物核心素养的课标要求。