基因工程及其应用教学设计

基因工程及其应用教学设计一、教学目标1.知识目标简述基因工程的基本原理。举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。关注转基因生物和转基因食品的安全性。2.能力目标通过对基因工程实例的分析，培养学生归纳总结、逻辑推理的能力。引导学生运用所学知识解决实际问题，提高学生的知识迁移能力和语言表达能力。3.情感态度与价值观目标体会科学技术在发展过程中是不断完善的，培养学生勇于探索、敢于创新的科学精神。关注基因工程的发展给人类社会带来的影响，激发学生对生命科学的兴趣，增强学生的社会责任感。

二、教学重难点1.教学重点基因工程的基本原理。基因工程在农业和医药等方面的应用。2.教学难点对基因工程操作工具和基本操作步骤的理解。转基因生物和转基因食品的安全性问题。

三、教学方法1.讲授法：系统讲解基因工程的基本概念、原理、操作工具和操作步骤等知识，使学生对基因工程有一个全面的了解。2.讨论法：组织学生讨论基因工程在农业、医药等领域的应用以及转基因生物和转基因食品的安全性问题，激发学生的思维，培养学生的合作学习能力和批判性思维能力。3.案例分析法：通过分析具体的基因工程案例，如抗虫棉的培育、胰岛素的生产等，帮助学生理解基因工程的实际操作过程和应用价值，加深学生对知识的理解和掌握。

四、教学过程

（一）导入新课（5分钟）1.展示一些通过基因工程技术培育出的具有特殊性状的生物图片，如抗虫棉、荧光猪等，引发学生的兴趣。2.提问：这些生物是如何获得这些特殊性状的呢？它们的培育过程涉及到哪些生物技术呢？从而引出本节课的主题基因工程及其应用。

（二）基因工程的概念和原理（15分钟）1.基因工程的概念讲解基因工程的定义：基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。举例说明基因工程与传统育种方法的区别，强调基因工程能够打破物种界限，实现不同物种间的基因交流。2.基因工程的原理以抗虫棉的培育为例，讲解基因工程的基本原理。展示抗虫棉培育的流程图，引导学生分析每一步骤的目的和原理。总结基因工程的原理：基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，其原理是基因重组。具体来说，就是将外源基因导入受体细胞，使其与受体细胞的DNA整合在一起，从而使受体细胞表现出特定的性状。

（三）基因工程的操作工具（20分钟）1.基因的"剪刀"限制性核酸内切酶（限制酶）讲解限制酶的来源：主要从原核生物中分离纯化出来。展示限制酶作用示意图，介绍限制酶的作用特点：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并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。举例说明限制酶的切割位点和切割结果，如EcoRⅠ限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。2.基因的"针线"DNA连接酶展示DNA连接酶作用示意图，讲解DNA连接酶的作用：将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。比较DNA连接酶与DNA聚合酶的区别，强调DNA连接酶是连接两个DNA片段，而DNA聚合酶是在DNA复制时将单个脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上。3.基因的运载体讲解运载体的作用：将外源基因送入受体细胞。介绍常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等，重点讲解质粒的特点。展示质粒的结构示意图，讲解质粒作为运载体必须具备的条件：能够在宿主细胞中稳定存在并自我复制；具有一个至多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选。

（四）基因工程的操作步骤（20分钟）1.提取目的基因讲解目的基因的概念：人们所需要的特定基因，如抗虫基因、胰岛素基因等。介绍提取目的基因的方法：从生物细胞中直接分离、人工合成等。以从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫基因为例，说明提取目的基因的过程。2.目的基因与运载体结合讲解目的基因与运载体结合的过程：用同一种限制酶切割目的基因和运载体，使其产生相同的黏性末端，然后用DNA连接酶将目的基因与运载体连接起来，形成重组DNA分子。展示目的基因与运载体结合的示意图，帮助学生理解这一过程。3.将目的基因导入受体细胞讲解将目的基因导入受体细胞的方法：根据受体细胞的不同，采用不同的导入方法。如将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术；将目的基因导入微生物细胞常用感受态细胞法。以将抗虫基因导入棉花细胞为例，说明将目的基因导入植物细胞的过程。4.目的基因的检测与鉴定讲解目的基因检测与鉴定的方法：采用DNA分子杂交技术检测目的基因是否导入受体细胞；采用分子杂交技术检测目的基因是否转录出mRNA；采用抗原抗体杂交技术检测目的基因是否翻译成蛋白质；有时还需要进行个体生物学水平的鉴定，如检测抗虫棉是否具有抗虫特性。展示目的基因检测与鉴定的流程图，帮助学生理解这一过程。

（五）基因工程的应用（20分钟）1.基因工程与作物育种讲解基因工程在作物育种方面的应用，如培育高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育具有抗逆性的作物品种等。以抗虫棉的培育为例，详细介绍基因工程在作物育种中的应用过程，强调基因工程育种的优点：能够定向改变生物的遗传性状，克服远缘杂交不亲和的障碍。组织学生讨论基因工程育种与传统育种方法相比，有哪些优势和不足。2.基因工程与药物研制讲解基因工程在药物研制方面的应用，如生产胰岛素、干扰素、白细胞介素等药物。以胰岛素的生产为例，介绍基因工程生产药物的过程：将胰岛素基因与运载体结合，导入大肠杆菌等微生物细胞中，通过发酵工程大量生产胰岛素。强调基因工程生产药物的优点：产量高、质量好、成本低。3.基因工程与环境保护讲解基因工程在环境保护方面的应用，如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。举例说明转基因细菌在环境保护中的应用实例，如假单孢杆菌能够分解石油中的多种烃类化合物，被广泛应用于石油污染的治理。组织学生讨论基因工程在环境保护中的应用前景和可能存在的问题。

（六）转基因生物和转基因食品的安全性（15分钟）1.转基因生物的安全性组织学生阅读教材相关内容，了解转基因生物可能带来的安全性问题，如食物安全、生物安全和环境安全等。引导学生讨论转基因生物安全性问题的不同观点，并分析其原因。教师总结：对于转基因生物的安全性问题，目前存在不同的看法。一些人认为转基因生物是安全的，因为科学家能够在一定程度上控制基因的表达和转移，并且经过了严格的安全性评价。另一些人则担心转基因生物可能会带来潜在的风险，如基因扩散、对非目标生物的影响等。2.转基因食品的安全性讲解转基因食品的概念：利用转基因生物生产的食品就是转基因食品。组织学生讨论转基因食品的安全性问题，如是否会对人体健康造成危害，是否会影响生态平衡等。教师介绍一些关于转基因食品安全性的研究成果和相关法规，引导学生正确看待转基因食品的安全性问题。

（七）课堂小结（5分钟）1.与学生一起回顾本节课所学的主要内容，包括基因工程的概念、原理、操作工具、操作步骤、应用以及转基因生物和转基因食品的安全性等。2.强调基因工程是现代生物技术的核心内容，它为人类的生产和生活带来了巨大的变革。同时，我们也要关注转基因生物和转基因食品的安全性问题，科学合理地利用基因工程技术。

（八）课堂练习（10分钟）1.布置一些与本节课内容相关的练习题，如选择题、填空题、简答题等，让学生在课堂上完成。2.巡视学生的答题情况，及时给予指导和纠正。3.对学生的练习情况进行简要点评，针对学生存在的问题进行进一步讲解。

（九）课后作业1.让学生收集一些关于基因工程最新研究成果的资料，并撰写一篇短文介绍基因工程的发展及其对人类社会的影响。2.思考基因工程在未来还可能在哪些领域得到应用，以及我们应该如何应对基因工程带来的安全性问题。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对基因工程的基本概念、原理、操作工具和操作步骤等知识有了较为系统的了解，并且能够举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。在教学过程中，通过案例分析、讨论等方式，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的思维能力和合作学习能力。同时