第一节 基因工程赋予生物新的遗传特性教学设计高中生物浙科版2019选择性必修3 生物技术与工程-浙科版2019

-1-第一节基因工程赋予生物新的遗传特性教学设计高中生物浙科版2019选择性必修3生物技术与工程-浙科版2019教学设计课题Xx课型新授课√□章/单元复习课□专题复习课□习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□设计意图本节课旨在通过基因工程赋予生物新的遗传特性，引导学生理解基因编辑技术在现代生物技术中的应用，培养学生的科学探究能力和创新思维。通过结合浙科版2019选择性必修3生物技术与工程教材，让学生在实验操作中掌握基因工程的基本原理和操作方法，提高学生的实践能力。核心素养目标分析本节课培养学生生物科学探究能力，包括提出问题、设计实验、数据分析等。同时，提升学生的生物技术实践技能，通过基因工程操作，让学生掌握实验设计和执行能力。此外，培养学生科学态度与责任，认识到基因工程技术在生物育种、疾病治疗等领域的积极作用，增强学生的社会责任感和伦理意识。学情分析本节课针对高中生物选择性必修3《生物技术与工程》的学生群体，这一阶段的学生已具备一定的生物学基础知识，对生物科学有浓厚的兴趣。在知识层面，学生对遗传学、分子生物学等基础概念有一定了解，但基因工程作为一门较为复杂的生物技术，对学生来说仍具有一定的挑战性。

在能力方面，学生具备一定的实验操作技能，能够进行基本的生物学实验。然而，面对基因工程这一复杂的技术，学生在实验设计、数据分析等方面可能存在不足。此外，学生的批判性思维和问题解决能力有待提高。

在素质方面，学生表现出较强的自主学习能力和团队合作精神，但部分学生在面对困难时容易产生畏难情绪，需要教师引导和鼓励。

对课程学习的影响：由于基因工程涉及的理论和实践知识较为复杂，学生的知识储备和实验技能水平将直接影响他们对课程内容的理解和掌握。此外，学生的科学探究能力和创新思维在基因工程的学习过程中尤为重要，需要教师通过多样化的教学方法和实践活动来激发和培养。教学资源软硬件资源：

-生物实验室：包含显微镜、离心机、PCR仪等实验设备。

-计算机实验室：用于基因序列分析、实验数据处理等。

课程平台：

-学校生物教学平台：提供课程资料、在线测试和实验指导。

信息化资源：

-基因工程相关的教学视频和动画。

-在线基因数据库和序列分析工具。

教学手段：

-传统教学：使用课本、黑板、PPT进行讲解。

-实验操作：学生分组进行基因工程实验操作。

-小组讨论：促进学生互动，共同解决问题。教学流程1.导入新课（用时5分钟）

-展示自然界中生物多样性丰富的图片，引导学生思考生物多样性的形成原因。

-提问：生物的遗传特性是如何传递的？有没有可能通过人工手段改变生物的遗传特性？

-引出基因工程的概念，介绍基因工程在生物育种、疾病治疗等领域的应用，激发学生的学习兴趣。

2.新课讲授（用时15分钟）

-第一条：讲解基因工程的基本原理，包括基因的提取、克隆、修饰和转移等步骤。

-举例：介绍CRISPR-Cas9基因编辑技术的原理和应用。

-第二条：介绍基因工程实验的基本操作，包括DNA提取、PCR扩增、基因克隆等。

-举例：展示实验室中DNA提取的实验步骤和注意事项。

-第三条：分析基因工程在生物育种中的应用，如抗虫、抗病、提高产量等。

-举例：讨论转基因抗虫棉的培育过程和优势。

3.实践活动（用时20分钟）

-第一条：分组进行DNA提取实验，让学生亲自动手操作，加深对基因工程实验步骤的理解。

-指导学生观察实验现象，如DNA的溶解、沉淀等。

-第二条：进行PCR扩增实验，让学生掌握PCR技术的原理和操作方法。

-指导学生观察PCR反应曲线，分析扩增结果。

-第三条：讨论基因工程在生物育种中的应用案例，如转基因抗虫水稻的培育。

-引导学生分析转基因技术的优势和潜在风险。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

-第一方面：讨论基因工程技术的伦理问题。

-举例回答：学生讨论转基因食品的安全性、对生态环境的影响等。

-第二方面：分析基因工程技术在疾病治疗中的应用前景。

-举例回答：学生讨论基因治疗在癌症、遗传病等领域的应用。

-第三方面：探讨基因工程技术的未来发展趋势。

-举例回答：学生讨论基因编辑技术在基因治疗、生物制药等领域的应用前景。

5.总结回顾（用时5分钟）

-回顾本节课所学内容，强调基因工程的基本原理、实验操作和应用领域。

-指出本节课的重难点：基因工程实验步骤的理解、PCR技术的操作和转基因技术的伦理问题。

-鼓励学生在课后继续探索基因工程的相关知识，关注其在实际生活中的应用。知识点梳理1.基因工程的概念和意义

-基因工程的定义：指利用分子生物学、遗传学、生物化学等方法，对生物的基因进行操作和改造的技术。

-基因工程的意义：在农业、医学、生物制药等领域具有广泛应用，可以改良作物品种、治疗遗传病、生产药物等。

2.基因工程的基本工具和材料

-基因剪刀：如限制性内切酶，用于切割DNA分子。

-连接工具：如DNA连接酶，用于将DNA片段连接起来。

-运载体：如质粒、噬菌体等，用于携带目的基因并在宿主细胞中复制。

-目的基因：待插入到载体中的基因片段。

3.基因克隆

-原理：利用基因剪刀将目的基因从供体DNA中切割下来，与载体DNA连接，形成重组DNA分子。

-操作步骤：DNA提取、限制性内切酶切割、连接、转化、筛选等。

4.基因表达

-原理：将目的基因插入到宿主细胞中，通过转录和翻译过程，合成蛋白质。

-影响因素：启动子、增强子、终止子等调控序列，宿主细胞类型等。

5.基因编辑技术

-CRISPR-Cas9技术：利用CRISPR系统中的Cas9酶进行基因编辑。

-操作步骤：设计靶标基因序列、构建sgRNA、Cas9蛋白结合、DNA切割、修复等。

6.基因工程在农业中的应用

-抗虫、抗病、提高产量等转基因作物的培育。

-转基因技术在农业中的应用前景和潜在风险。

7.基因工程在医学中的应用

-遗传病基因治疗：通过基因工程技术修复或替换有缺陷的基因。

-基因治疗在癌症、遗传病等领域的应用前景。

8.基因工程在生物制药中的应用

-基因工程药物的生产：利用基因工程技术生产重组蛋白、抗体等药物。

-生物制药在疾病治疗中的应用前景。

9.基因工程的伦理问题

-转基因食品的安全性、对生态环境的影响等。

-基因编辑技术的伦理道德和社会责任。

10.基因工程的未来发展趋势

-基因编辑技术在基因治疗、生物制药等领域的应用前景。

-基因工程技术与其他学科的交叉融合。重点题型整理1.**基因工程实验流程题**

-题型：请简述基因工程实验的基本流程，并说明每个步骤的目的。

-答案：基因工程实验的基本流程包括：目的基因的获取、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。每个步骤的目的分别是：获取目的基因、构建基因表达载体用于基因表达、将目的基因导入受体细胞实现基因转移、检测与鉴定目的基因是否成功表达。

2.**限制性内切酶应用题**

-题型：限制性内切酶在基因工程中有什么作用？

-答案：限制性内切酶在基因工程中用于切割DNA分子，产生具有特定粘性末端的片段，便于目的基因与载体DNA的连接。

3.**PCR技术原理题**

-题型：简述PCR技术的原理及其在基因工程中的应用。

-答案：PCR技术（聚合酶链反应）原理是通过DNA聚合酶在特定引物的作用下，对模板DNA进行扩增。在基因工程中，PCR技术用于扩增目的基因，为后续的克隆和表达做准备。

4.**基因编辑技术应用题**

-题型：CRISPR-Cas9基因编辑技术在基因治疗中有哪些应用？

-答案：CRISPR-Cas9基因编辑技术在基因治疗中可用于修复遗传缺陷基因，例如治疗镰状细胞贫血、杜氏肌营养不良等遗传性疾病。

5.**转基因生物伦理题**

-题型：转基因生物的伦理问题主要体现在哪些方面？

-答案：转基因生物的伦理问题主要体现在食品安全、环境安全、生物多样性保护、基因编辑的不可逆性和潜在的社会影响等方面。例如，转基因食品可能对人类健康造成影响，转基因作物可能对生态环境造成破坏。板书设计①基因工程概念与意义

-基因工程的定义

-基因工程的意义：农业、医学、生物制药等领域应用

②基因工程的基本工具和材料

-基因剪刀：限制性内切酶

-连接工具：DNA连接酶

-运载体：质粒、噬菌体

-目的基因

③基因克隆

-原理：基因的获取、载体构建、DNA连接、转化、筛选

-操作步骤：DNA提取、限制性内切酶切割、连接、转化、筛选

④基因表达

-原理：基因克隆后的表达

-影响因素：启动子、增强子、终止子、宿主细胞类型

⑤基因编辑技术

-CRISPR-Cas9技术：原理、操作步骤

-应用：基因治疗、遗传病治疗

⑥基因工程在农业中的应用

-抗虫、抗病、提高产量等转基因作物的培育

⑦基因工程在医学中的应用

-遗传病基因治疗：癌症、遗传病

⑧基因工程在生物制药中的应用

-基因工程药物的生产：重组蛋白、抗体等

⑨基因工程的伦理问题

-食品安全、环境安全、生物多样性保护、基因编辑的不可逆性

⑩基因工程的未来发展趋势

-基因编辑技术在基因治疗、生物制药等领域的应用前景作业布置与反馈作业布置：

1.完成教材中的“思考与讨论”部分，针对基因工程在农业、医学和生物制药中的应用，撰写一篇短文，分析其优势和潜在风险。

2.利用网络资源或图书馆资料，查找一篇关于CRISPR-Cas9基因编辑技术的最新研究论文，简要总结其研究内容和结论。

3.设计一个实验方案，假设要利用基因工程技术提高某种作物的产量，请列出实验步骤和预期结果。

作业反馈：

1.对学生的短文作业进行批改，重点关注学生对基因工程应用的分析深度和逻辑性，以及对学生提出的问题