“基因工程的基本操作程序”高三復習課教學設計

顧 軍

(江蘇省無錫市第一中學 214031)

1 教材分析

“基因工程的基本操作程序”是人教版高中生物學教材選修三《現代生物科技專題》第一專題第二節的內容。本節是“基因工程”專題的核心，上承“DNA重組技術的基本工具”一節，下啟“基因工程的應用”。本節內容包括簡述基因工程基本操作的四個步驟；簡述目的基因的獲得、基因表達載體的構建、目的基因的導入與檢測等常用的方法及其基本原理。其中基因表達載體的構建既是復習重點，又是難點，目的基因獲取方法中基因文庫的概念也是難點。如何讓復習課變得有效？一個重要原則就是要在學生原有的知識、經驗基礎上逐步提升。因此，教師應審視教材，還知識本源，盡量緊密聯系必修課中的基礎知識，一步步引領學生，讓他們心馳神往地投入到學習中來。

2 教學目標

2.1 知識目標 簡述基因工程基本操作的四個步驟，簡述目的基因的獲得、載體構建、目的基因的導入與檢測等方法及其基本原理。

2.2 能力目標 嘗試進行基因工程中目的基因的獲取、載體的構建，通過討論、進展追蹤等活動，提高收集處理資料、撰寫專題綜述的能力。

2.3 情感態度與價值觀目標 關注基因工程的發展，認同基因工程的應用促進生產力的提高。

3 教學過程

3.1 以教材題圖為情境，導入復習 本專題的內容由題圖、“科技探索之路”和四節內容構成，題圖為學習者創設了一個情境：沃森和克里克對DNA雙螺旋結構的重大發現和隨后的技術創新孕育了基因工程。“科技探索之路──基礎理論和技術的發展催生了基因工程”是正文的前奏曲。沒有基礎理論的研究成果，沒有技術方面的創新發明，基因工程不可能誕生，也不可能迅速崛起。讓學生在情境中回想：基因工程基本操作的四大步驟是什么？哪一步是核心步驟？

3.2 以資料引領的方式，讓學生明白理論和技術的發展如何催生基因工程的誕生 在學習本專題內容時，不能忽視知識與能力、情感態度與價值觀的有機結合。利用國際上重大科技成果的素材，開闊學生的視野，增強奮發圖強的精神；利用國內重大科技成果的素材，培養他們的民族精神，從而喚起學生學習的積極性。利用基因工程技術誕生的歷史事件資料，結合基因操作的四個基本過程，讓學生思考說出這些歷史事件為什么對基因工程的誕生起到了決定性的作用？教師對此一一解讀，不難看出，1944—1957年的事件為“基因工程誕生”提供理論基礎；1970—1983年的事件為“基因工程的誕生”提供技術的支持。這樣的知識引領，不僅可以激發學生探索生命科學奧秘的精神，同時解除學生對“基因工程”專題學習高深莫測、枯燥乏味的錯誤認識。

3.3 嘗試體驗基因文庫的構建過程，讓抽象知識直觀化 對于從基因文庫中獲得目的基因的方法，盡管教材文本運用比喻的方法，但語言文字仍顯抽象。如何化解難點？首先請學生思考問題：①什么是基因文庫？②基因文庫有哪些類型？③比較基因組文庫和cDNA文庫構建的不同點。

以上問題的呈現旨在復習高二學習的主要內容，也是學生容易理解的基礎知識。但如何構建基因文庫？為什么要構建基因文庫？學生是陌生的。課堂上通過圖1中的圖解，讓學生嘗試模擬構建基因文庫。首先教師介紹溫和噬菌體：感染宿主細菌后不引起細菌裂解，而與宿主細胞建立共生關系并隨細菌繁殖傳給細菌后代；再讓學生理解將真核基因組DNA“部分消化”的含義；在體外將這些DNA片段同適當的λ噬菌體連接成重組體，并轉化到大腸桿菌的受體細胞中去；最后，從轉化子克隆群體中挑出含目的基因的克隆。這樣的解釋，是對教材P10頁“生物技術資料卡”有關基因組文庫構建中抽象化語言的形象解讀。但需要學生明白，構建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是唯一的方式。可以通過PCR方式從含有該基因的生物DNA中直接獲得；也可以通過反轉錄獲得。教師在教學中，審視并解讀教材，利用圖片和多媒體，將微觀知識宏觀化、抽象知識直觀化，將知識“深入淺出”地傳授給學生。

圖1 基因文庫構建過程圖解

3.4 以例題為背景，體驗基因表達載體的構建過程，化解重難點 基因表達載體的構建是基因工程的核心內容。教學中，首先提出：作為基因工程表達載體，只需要含目的基因就可以完成任務了嗎？要讓學生明白，目的基因在表達載體中得到表達并發揮作用，還需要有其他控制元件。例如，生物之間需使用匹配的啟動子和終止子才有利于基因的表達；檢測目的基因是否導入受體生物的細胞中需要有篩選標記等。

例題：圖2是天然土壤農桿菌Ti質粒結構示意圖，請思考回答下列問題：

(1)人工改造時，要使抗蟲基因表達，還應插入________。

(2)人工改造時用限制酶②處理，其目的是：第一，去除質粒上的________(基因)，保證T-DNA進入水稻細胞后不會引起細胞的無限分裂和生長；第二，使質粒帶有單一限制酶作用位點，有利于________。第三，使質粒大小合適，可以提高轉化效率等。

(3)若用限制酶①分別切割改造過的理想質粒和帶有抗蟲基因的DNA分子，并構成重組Ti質粒。分別以含四環素和卡那霉素的培養基培養已成功導入抗蟲基因的水稻胚細胞，觀察細胞生長的現象是______。

圖2 天然土壤農桿菌結構圖示意圖

高三復習課出示例題進行講解是大部分教師慣用的方法，如何在有限的課堂教學中提高復習的效率？教師課前必需配合復習的內容精選題目，讓學生在讀題、審題、做題的過程中既要做到復習相關基礎知識，又在此基礎上得到能力提升。例如第(2)小題，要求學生觀察題圖，辨清質粒上目前所有基因的作用，去除質粒上的tmr編碼產物控制合成細胞分裂素的基因和tms編碼產物控制合成吲哚乙酸的基因，才能保證T-DNA進入水稻細胞后不會引起細胞的無限分裂和生長。在此基礎上明確一個基因表達載體的組成，學生審題、解題的能力有所提升，對復習起到事半功倍的作用。

4 教學反思

江蘇省高中生物高考考綱中列出的人教版選修三“基因工程專題”的四個考點，有三個是A級要求，一個是B級要求。A級只要求學生了解所列知識點，并能在相對簡單的情境中識別和使用它們。B級要求學生理解所列知識及與相關知識之間的聯系與區別，能在一定的情境中運用它們并作出合理的判斷或得出正確的結論。2008年以來高考試卷的命制中，這部分內容的難度與深度有所加強，這就導致教師在日常教學中，有意拔高教學目標，使部分學生“談基因工程習題色變”。倘若教師不能很好地解讀考綱，那么教學會加重學生的負擔，也就違背了高中生物學教學旨在提高全體高中學生生物核心素養的課標要求。