人教版高中生物《DNA重组技术的基本工具》教学设计

人教版高中生物DNA重组技术的基本工具教学设计一、教学目标1、 知识目标：简述DNA重组技术所需三种基本工具作用。2、能力目标： （1）通过对材料的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。（2）通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。（3）通过学生动手制作重组DNA的模型，培养学生的动手能力以及合作精神。3、 情感目标：通过学习基因操作的工具，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯物主义观念。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。五、教学重点、难点 1. 教学重点DNA重组技术所需的三种基本工具的作用2. 教学难点（1）限制酶的作用特点和作用结果（2）基因工程载体需要具备的条件六、教学手段多媒体课件教学，用剪刀代表限制酶剪切DNA序列，制作重组质粒模型七、课前准备 1、教师：上网搜查基因工程的实例、图片制成课件，用硬纸制作好的质粒和带有目的基因的DNA序列，发放相关资料。 2、学生：预习课本相关内容，自带剪刀和胶带。八、教学过程 （一）引入新课教师活动：多媒体出示两则与狂犬病相关的资料和图片，设问：为何烟草细胞中可以产生人的蛋白质？学生思考后回答：共用一套遗传密码，有了人的基因。师：大家回答的很对，因为科学家把人的基因转入到烟草的细胞中，并在细胞内进行表达，这就利用了DNA重组技术，由于是在DNA分子水平上进行，而DNA是肉眼看不到的东西，所以要完成这一过程必须要有一套非常精细的工具，那么，今天我们就来学习DNA重组技术的基本工具。出示：课本图片1-1，设问：观察这张图片，想想需要哪些工具呢？生：运输工具，手术刀，缝合针。（设计意图：利用课外资料吸引学生的注意力，引起学生的兴趣，同时培养学生的观察能力）（一）“分子手术刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）设问：从哪里获得限制性内切酶？学生活动：阅读课本P4-5限制性核酸内切酶“分子手术刀”，寻找答案。生：主要从原核生物中分离纯化得到设问：那么限制酶是一种酶还是一大类酶呢？书上哪句话可以回答这个问题？学生活动：阅读教材生：迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制酶。师：不错，由于限制酶是可以切割DNA分子的，因此在了解限制酶的作用特点之前，请大家先来回顾一下DNA分子的结构，出示:DNA分子的平面结构图设问：DNA分子的结构特点是怎样的？生：由两条反向平行的脱氧核苷酸单链组成，中间碱基按照碱基互补配对原则通过氢键相连，外侧相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连。出示磷酸二酯键的位置的动画图片。师：注意磷酸二酯键是由两条磷酸酯键组成。DNA分子外则的磷酸和脱氧核糖核酸交替排列是不变的，那么不同的DNA分子是由于什么不同造成的呢？生：不同的DNA分子它的碱基对的排列顺序不同。出示:简写的DNA分子图。师：对，所以在简写DNA时外侧用两条直线表示磷酸和脱氧核糖交替排列，而内侧的碱基对必须写清楚。（设计意图：运用多媒体展示DNA的结构，加深学生对已学知识的印象，利于掌握新知识，符合认知的一般规律。）师：下面我们在回过来看看限制酶的作用特点。设问：限制酶的作用特点是什么呢？师：请学生比较资料上5种限制酶的识别序列的图片，阅读课本相关知识，从限制酶的识别序列，切割位点，切割部位这三个方面思考。学生活动：阅读教材，比较5种限制酶的识别序列。生：它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。出示:剪开磷酸二酯键的动画过程，师：是连接两个脱氧核苷酸之间的磷酸酯键。因此可以归纳出限制酶具有特异性。（设计意图：通过学生的阅读，比较，培养学生的观察能力、分析问题的能力和归纳总结能力）设问：那么限制酶切割DNA后会产生什么结果呢？学生活动：请同学们把1，2，3这三种限制酶切割的结果画出来。利用投影仪把一些学生写的结果投影出来。学生观察评论，得出正确答案。师：大家会画，那么会剪吗？请同学们在DNA序列中找到4，5的识别序列，并用剪刀把结果给剪切出来。学生动手操作，利用投影仪展示学生的剪切结果。师：通过大家动手，可以看到经过限制酶切割之后得到几种结果。生：一种形成黏性末端，一种形成平末端。设问：为什么会有这两种不同的作用结果呢？原因何在？学生活动：阅读课本，寻找答案。生：限制酶在它识别序列的中心位置两侧将DNA两条单链分割开，就形成黏性末端，而从识别序列的中心位置切开就产生平末端。出示：粘性末端和平末端的图片。师：展示图解，加以补充解释。被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。而限制酶切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。设问：限制酶剪开的粘性末端相同吗？生：相同师：对，由于DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸单链构成，所以在读碱基时，要按照相反的方向读。设问：2号和3号限制酶切割之后得到的粘性末端相同吗？学生活动：观察比较自己所画的粘性末端生：相同师：不同的限制酶也可以得到相同的粘性末端，但是在基因工程中我们一般强调同种限制酶，这样得到的粘性末端一定相同。（设计意图：通过学生自己动手，激起学生的兴趣，同时更加直观的了解知识，加深对知识的理解）设问：大家注意限制酶切割的目的基因自身不会进入受体细胞，那么它怎样才能导入受体细胞？学生：需要“分子运输车”载体设问：现在常用的载体是谁呢？生：质粒设问：什么是质粒？学生活动：阅读教材，寻找答案。生：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。师：很对，但是用得最多的质粒是大肠杆菌的质粒。出示：大肠杆菌的质粒图片。设问：请同学根据大肠杆菌的质粒特点，结合课本，想想作为载体所需的条件是什么呢？生：需要有限制酶切割位点，以便目的基因插入其中，携带进入受体细胞。师：对应的是大肠杆菌质粒的哪个结构？生：对应的是大肠杆菌质粒的目的基因插入位点。师：还有吗？生：需要有标记基因，便于重组DNA的鉴定和选择，筛选出导入目的基因的受体细胞，对应的是大肠杆菌的氨苄青霉素的抗性基因。师：不错，那么复制原点有什么用呢？生：可以让插入到质粒上的目的基因随着质粒的复制而一起复制。师：所以充当运载体的要具备以下几个必要条件：（1）有1多个限制酶切点（2）导入基因能在受体细胞中复制、表达（3）有某些标记基因，便于筛选设问：除了质粒，还有哪些DNA分子也可以作为载体呢？生：噬菌体，动植物病毒。师：它们都是病毒，可以做载体，说明他们具备了作为载体的条件。（设计意图：利用插图，结合阅读课本，归纳载体必须具备条件的认识，培养学生归纳总结能力，从而加深学生的记忆。）设问：要将切割下来的目的基因和运载体DNA片段接连在一起，需要用到什么酶？学生：DNA连接酶。教师：同学们说得对！出示：思考：限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接时，所用DNA连接酶是否一样呢？学生活动：阅读教材，寻找答案。学生：所用的酶不一样。出示：粘性末端连接的动画过程。设问：这是什么种类的DNA连接酶连接的呢？生：Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶可“缝合”双链黏性末端，师：对，那么连接的缝隙形成什么键？生：磷酸二酯键出示：平末端连接的动画过程设问：这是什么种类的DNA连接酶连接的呢？生：T4 DNA连接酶可“缝合”双链DNA的平末端，但平末端之间连接的效率比较低。师：DNA连接酶常用的有两种即Ecoli DNA连接酶和T4 DNA连接酶，它们连接的末端有所不同，但是结果都是为了形成磷酸二酯键，使DNA片段连在一起。现在请大家动手、动脑协调配合，制作一个重组质粒。出示：动动手：已知限制性内切酶的识别序列和切点是_GATC_。在目的基因的两侧均有它切点，而质粒中也有它的一个切点。请用剪刀代表限制酶，透明胶代替DNA连接酶，利用所给的硬纸片，制作一个重组质粒的模型。加深和巩固学生对这三种工具的理解。学生活动：两人一组制作重组质粒模型。教师活动：巡视、指导一些学生制作。最后结束时加强反思，请以为同学归纳本节课的内容，出示本节课的板书，布置作业。（设计意图：激发学生的兴趣，活跃课堂气氛，体现基础知识的准确运用，在运用中加深对基础知识的深层次理解，同时加强学生的合作精神。）九、板书设计1.1 DNA重组技术的基本工具 (一) “分子手术刀:限制性核酸内切酶1、来源:主要来自原核生物2、作用特点:特异性3、结果:产生黏性末端或 平末端 (二)“分子缝合针”: DNA连接酶1、种类：E.coliDNA连接酶和T4 DNA连接酶2、作用:把末端之间的缝隙“缝合”起来 (三)“分子运输车”:基因进入受体细胞的载体1、种类:质粒、动植物病毒等2、条件:自我复制、限制酶切点、标记基因十、教学反思：本节课采用了引导探究式的教学模式，通过教师创设自主合作的学习情景，激发学生的学习积极性，活跃学生的思维。使教师由单纯的信息表达者转变成信息的加工者、组织者，处于主导地位；学生也由被动地接受知识转变成学习的主体，通过自己的观察和思考以及动手操作，主动获取知识。这样在课堂教学过程中，通过师生互动、生生互动，活跃了课堂气氛，从而落实了新课改的理念。但由于时间有限，有的知识点没有讲的透彻，而且有的环节设计还不够好，所以仍需不断改进和努力。5