3.2 基因工程的基本操作程序教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.2基因工程的基本操作程序教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3课题XX课时1设计思路本节课以“基因工程的基本操作程序”为主题，通过结合人教版生物选择性必修3教材，引导学生掌握基因工程的基本操作步骤，包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞以及目的基因的检测与鉴定。课程设计注重理论与实践相结合，通过实验操作和案例分析，提高学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。核心素养目标培养学生生物学科学思维，通过基因工程操作程序的探究，发展学生的模型建构、科学探究、生物技术应用等能力。增强学生的社会责任感，认识到基因工程在生物技术发展中的重要性，激发学生对生物科学研究的兴趣和参与意识。教学难点与重点1.教学重点，

①目的基因的获取方法及其适用性；

②基因表达载体的构建原理和步骤；

③基因导入受体细胞的方法和选择；

④目的基因的检测与鉴定技术。

2.教学难点，

①理解基因表达载体的结构特点及其功能；

②掌握基因导入受体细胞的具体操作步骤和注意事项；

③分析和评价不同基因工程技术的优缺点及其应用前景；

④将理论知识与实际应用相结合，解决基因工程中的实际问题。教学资源-软硬件资源：多媒体教学设备（电脑、投影仪、白板）、实验器材（DNA提取试剂盒、PCR仪、电泳仪、凝胶成像系统等）

-课程平台：生物教学平台、在线实验室资源

-信息化资源：基因工程相关教学视频、实验操作指导手册、在线实验报告模板

-教学手段：实物演示、多媒体课件展示、小组讨论、实验操作指导教学流程1.导入新课

-详细内容：首先，通过展示自然界中生物多样性减少的图片和数据，引导学生思考生物技术对于生物多样性保护的重要性。接着，提出问题：“如何利用生物技术来保护和利用生物多样性？”然后，引入基因工程的概念，并简要介绍基因工程在生物技术领域的应用，激发学生的学习兴趣。

2.新课讲授

-详细内容：

①讲解目的基因的获取方法，包括PCR扩增、酶切技术、基因合成等，并结合实际案例展示不同方法的适用场景。

②讲解基因表达载体的构建原理和步骤，包括选择合适的载体、插入目的基因、连接和鉴定等，通过PPT展示载体结构图和操作流程图。

③讲解基因导入受体细胞的方法和选择，包括显微注射、电穿孔、农杆菌转化等，分析不同方法的优缺点。

3.实践活动

-详细内容：

①组织学生观看基因工程相关实验操作视频，如DNA提取、PCR扩增、电泳等，引导学生了解实验操作步骤和注意事项。

②安排学生分组进行模拟实验，如模拟基因表达载体的构建、模拟基因导入受体细胞等，让学生动手操作，巩固所学知识。

③指导学生分析基因工程实验数据，如电泳结果、PCR产物等，培养学生分析问题和解决问题的能力。

4.学生小组讨论

-3方面内容举例回答：

①关于目的基因的获取，讨论不同方法的适用场景和优缺点，如PCR扩增适用于目的基因片段较小的情况，酶切技术适用于目的基因片段较大或需要精确切割的情况。

②关于基因表达载体的构建，讨论载体选择、插入位点、连接方法等因素对基因表达的影响，如选择合适的载体可以提高基因表达效率，插入位点要避开内含子等。

③关于基因导入受体细胞，讨论不同方法的优缺点和适用范围，如显微注射适用于单细胞受体，电穿孔适用于细胞群体，农杆菌转化适用于植物细胞等。

5.总结回顾

-内容：本节课主要学习了基因工程的基本操作程序，包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、基因导入受体细胞以及目的基因的检测与鉴定。通过实验操作和案例分析，学生应掌握以下要点：

①目的基因的获取方法及其适用性；

②基因表达载体的构建原理和步骤；

③基因导入受体细胞的方法和选择；

④目的基因的检测与鉴定技术。

-环节呈现具体分析和举例：

①分析目的基因获取方法在实际应用中的优缺点，举例说明PCR扩增在基因克隆中的应用；

②通过实验操作流程图，讲解基因表达载体的构建步骤，举例说明选择合适载体的重要性；

③通过案例分析，展示基因导入受体细胞的方法和选择，举例说明农杆菌转化在植物基因工程中的应用。

-用时：45分钟教学资源拓展1.拓展资源：

-基因工程的历史与发展：介绍基因工程的发展历程，从最初的重组DNA技术到现代的CRISPR-Cas9基因编辑技术，以及基因工程在医学、农业、工业等领域的应用。

-基因工程的安全性：探讨基因工程可能带来的伦理和生态问题，如基因污染、基因歧视等，以及相关的法律法规和生物安全协议。

-基因工程与人类健康：介绍基因工程在疾病诊断、基因治疗和个性化医疗中的应用，如镰状细胞贫血的基因治疗研究。

-基因工程与农业：探讨基因工程在作物改良、抗病虫害、提高产量等方面的应用，如转基因作物的种植和安全性评估。

2.拓展建议：

-阅读相关书籍和文献：推荐学生阅读《基因工程原理与应用》、《基因编辑技术》等书籍，以及最新的科学期刊文章，了解基因工程领域的最新进展。

-参与在线课程和讲座：鼓励学生参加在线平台提供的基因工程相关课程，如Coursera、edX等，以及相关的学术讲座和研讨会。

-实验室参观和实习：组织学生参观基因工程实验室，了解实验设备和操作流程，或提供实验室实习机会，让学生亲身体验基因工程实验。

-撰写研究论文：指导学生围绕基因工程的一个特定主题，如基因编辑在疾病治疗中的应用，进行文献综述和实验设计，撰写研究论文。

-参与科学竞赛和项目：鼓励学生参与全国或国际的科学竞赛，如基因工程挑战赛、生物奥林匹克竞赛等，通过实践提升科研能力。

-社会实践活动：组织学生参与社区科普活动，如举办基因工程知识讲座，向公众普及基因工程知识，提高公众的科学素养。板书设计1.基因工程的基本操作程序

①基因工程概述

-定义：通过分子生物学和分子遗传学的方法，对生物体的基因进行操作的技术。

-目的：改变生物体的遗传特性，用于医学、农业、工业等领域。

2.目的基因的获取

①PCR扩增

-原理：利用DNA聚合酶在体外复制特定DNA片段。

-应用：获取目的基因片段。

②酶切技术

-原理：利用限制性内切酶切割DNA。

-应用：获取目的基因片段，构建基因表达载体。

③基因合成

-原理：通过化学合成方法合成DNA。

-应用：获取目的基因片段。

3.基因表达载体的构建

①载体选择

-原理：选择具有复制起点、选择标记和启动子的载体。

-应用：构建基因表达载体。

②目的基因插入

-原理：利用DNA连接酶将目的基因插入载体。

-应用：构建基因表达载体。

③载体鉴定

-原理：通过PCR、电泳等方法鉴定载体是否成功构建。

-应用：确保基因表达载体的正确性。

4.基因导入受体细胞

①显微注射

-原理：将目的基因直接注入受体细胞。

-应用：适用于单细胞受体。

②电穿孔

-原理：利用电场使细胞膜短暂穿孔，导入目的基因。

-应用：适用于细胞群体。

③农杆菌转化

-原理：利用农杆菌将目的基因导入植物细胞。

-应用：适用于植物基因工程。

5.目的基因的检测与鉴定

①PCR检测

-原理：利用PCR技术检测目的基因的存在。

-应用：初步鉴定目的基因。

②Southernblot

-原理：利用DNA探针检测目的基因的插入。

-应用：鉴定目的基因是否成功插入载体。

③Northernblot

-原理：利用RNA探针检测目的基因的表达。

-应用：鉴定目的基因是否在受体细胞中表达。教学评价与反馈1.课堂表现：

学生在课堂上的参与度和积极性将被评价。观察学生在课堂讨论中的发言次数、观点的深度和广度，以及能否准确理解和运用基因工程的基本操作程序。对于积极回答问题的学生给予口头表扬，并记录在课堂评价表中。

2.小组讨论成果展示：

通过小组讨论，学生需要展示他们对基因工程操作程序的理解和运用。评价内容包括小组成员的分工合作、讨论的深度和广度、解决问题的能力以及最终的展示成果。对于表现突出的小组，将在班级内进行表扬，并鼓励其他小组学习。

3.随堂测试：

设计一份随堂测试，包括选择题、填空题和简答题，旨在检验学生对基因工程基本操作程序的理解和记忆。测试后将立即进行批改，及时反馈给每位学生，帮助学生了解自己的学习情况。

4.实验报告评价：

对于进行基因工程实验操作的学生，将根据实验报告的完整性和准确性进行评价。评价内容包括实验步骤的描述、结果的记录、问题的分析和结论的得出。鼓励学生在实验报告中展示自己的实验技巧和思考过程。

5.教师评价与反馈：

教师将对学生的学习态度、实验操作技能和理论知识掌握情况进行综合评价。针对学生在学习过程中遇到的问题，教师将提供个性化的指导和建议。对于学生的进步和成就，教师将给予肯定和鼓励；对于存在的不足，教师将提出改进措施，帮助学生克服困难。通过定期的反馈，确保学生能够及时调整学习策略，提高学习效果。典型例题讲解1.例题：某基因表达载体的构建过程中，需要将目的基因插入到载体中。已知目的基因的序列为5'-ATCGTACG-3'，载体DNA的粘性末端为5'-GAC-3'。请写出插入过程中的粘性末端配对序列，并说明插入后的载体DNA序列。

答案：粘性末端配对序列为3'-CTGAC-5'。插入后的载体DNA序列为5'-GACATCGTACGCTGAC-3'。

2.例题：在基因工程中，为了检测目的基因是否成功导入受体细胞，通常采用PCR技术。如果目的基因的序列为5'-GATCGTACG-3'，请设计一对引物，用于PCR扩增目的基因。

答案：引物1：5'-GATCG-3'；引物2：5'-TACG-3'。

3.例题：某基因表达载体的构建过程中，需要将目的基因插入到载体中。已知目的基因的序列为5'-ATCGTACG-3'，载体DNA的粘性末端为5'-GAC-3'。请写出插入过程中的粘性末端配对序列，并说明插入后的载体DNA序列。

答案：粘性末端配对序列为3'-CTGAC-5'。插入后的载体DNA序列为5'-GACATCGTACGCTGAC-3'。

4.例题：在基因工程中，为了检测目的基因是否成功导入受体细胞，通常采用Southernblot技术。如果目的