人教版高中生物《DNA重组技术的基本工具》教学设计

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资源描述
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
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