改進模型構建 實現教材二次開發

石燕

人教版高中生物教材選修3現代生物科技專題中“重組DNA分子的模擬操作”，比較具體直觀，有助于學生理解其原理和過程。但是筆者認為該模擬操作還不夠明晰和深入，有待于改進。鑒于此，筆者在高三基因工程的基本操作程序的復習教學中，對第二步核心步驟即基因表達載體的構建進行了改進，實現了對教材的二次開發，重新設計和構建了基因表達載體，在課堂教學中收到了意想不到的效果。

1 模型構建的活動背景

“重組DNA分子的模擬操作”是安排在第一節“DNA重組技術的基本工具”之后。在第一節的教學中，教師要求學生進行簡單的剪切和拼接，而第二節基因工程的基本操作程序中的第二步基因表達載體的構建的教學，則對剪和拼提出了更高的要求。學生憑空想象不能深刻理解和領會，教師在高三復習教學中巧妙地改進了基因表達載體（即重組質粒）的模型構建，實現了對教材的二次開發。這樣，通過改進模型構建，一方面能將復雜問題簡單化，抽象問題形象化，靜止事物動態化，加深學生對知識的理解和掌握；另一方面學生通過自己動手構建模型，修改模型，完善模型，不僅培養了自學能力，也極大地激發了創新意識和創新潛能。此外，教師在復習教學中，創設一些新的情景，增加一些新的活動，有助于調動學生的學習熱情和興趣，提高課堂效率。

2 模型構建的活動設置

2.1 活動目的

模擬基因表達載體（即重組質粒）的構建過程，使學生領會其原理及重要性。

2.2 活動器材

白色A4紙1張，粉色A4紙1張，剪刀（代表限制酶）2把，訂書機（代表DNA連接酶）1個。

2.3 活動步驟

（1） 剪切質粒：

把1張白色A4紙縱向剪成4條長條，同桌的2位學生每人2條。每人將2條各自圍成環狀，代表質粒，形成2個白色質粒；用筆在白色質粒的不同位置寫上啟動子、標記基因、終止子、目的基因；用剪刀在寫有目的基因的位置剪開，成一條狀，表示質粒的長度，兩則露出兩個黏性末端。

（2） 剪切目的基因：

將粉色A4紙和白色A4紙一樣剪成4條，同桌的2位學生每人2條，每一條代表含目的基因的外源DNA，在每一條中央寫上目的基因。學生用同一把剪刀在目的基因兩側剪切，將目的基因剪下，兩側露出兩個與質粒相同的黏性末端。

（3） 構建基因表達載體（即重組質粒）：

用訂書機將剪開的質粒（白色）和剪下的目的基因（粉色）訂在一起，形成重組質粒。

（4） 剪接不同的末端：

用另一把剪刀把之前剪好的質粒和目的基因的一側剪切成平末端，這樣在質粒和目的基因的兩側露出了不同的末端，再將兩者用訂書機相連。

2.4 教師引導學生分析下列問題

（1） 剪刀剪開質粒和剪取目的基因分別剪了幾刀，即限制酶切割了幾次？剪刀剪開的是什么鍵？剪切時要注意什么？

（2） 訂書機即DNA連接酶連的是什么鍵？可能有哪些連接結果？

（3） 目的基因和質粒的連接，有正向和反向，結果一樣嗎？

（4） 活動步驟中“剪接不同的末端”的操作有什么意義？對你此有何啟示？

（5） 用同一種限制酶和不同的限制酶切割分別有什么優缺點？

2.5 評析

通過模型構建，能將復雜的、抽象的知識變得具體、直觀，既培養了學生的動手能力，也加深了學生對知識的理解，同時能培養學生的思維能力。通過分析問題（1），學生就能領會，限制酶不能切割質粒上的啟動子和終止子等，也不能切割目的基因本身，因此對于剪刀即限制酶要進行選擇，同時讓學生進一步明晰限制酶具有特異性。

第（1）和第（2）步驟，由于使用的是同一種限制酶，露出了相同的黏性末端，所以目的基因和目的基因可以相互連接，剪開的質粒和質粒可以相互連接。當然目的基因和質粒也能相互連接形成重組質粒，而所需要的是重組質粒。而在基因操作中將目的基因導入受體細胞，要檢測導入的是普通質粒還是重組質粒，所以在重組質粒上必須要有標記基因，便于鑒定和篩選。

目的基因和質粒的連接有正向和反向。如果經檢測導入的是重組質粒，但部分含有重組質粒中目的基因不能正確表達，那最可能的原因就是同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因與質粒反向連接。

因此，用同一種限制酶切割的缺點是不能定向連接，那么如何避免呢？教師設計了第（4）步驟，用2把不同的剪刀即不同的限制酶分別切割質粒和目的基因的兩側，結果它們的一側是黏性末端，另一側是平末端，這樣它們的兩側就露出了不同的末端，從而完成定向連接。

3 模型構建的活動應用

模型構建能透過現象揭示本質，能將一些重點、疑點、難點化繁為簡，使學生對知識理解更透徹。學生通過構建模型，能在遇到問題時將所學知識靈活運用，快速尋找解決方法，提高了思維的敏捷性，提升了解題能力。下面以兩個典例來說明。

【例1】 用限制酶EcoRⅠ、KpnⅠ和二者的混合物分別降解一個1 000 bp的DNA分子，降解產物分別進行凝膠電泳，在電場的作用下，降解產物分開，凝膠電泳結果如圖示。該DNA分子的酶切圖譜（單位：bp）正確的是（ ）

解析：學生在課堂上模擬了基因表達載體的構建，就很容易進行知識遷移和靈活運用。若在環狀質粒上剪一刀，則剪出一段DNA片斷（圖1中間條帶）。若在環狀質粒上剪兩刀，則剪出兩段DNA片斷（如圖1左側條帶），說明該DNA呈環狀，其上有一個KpnⅠ酶的酶切位點，有2個EcoRⅠ酶的酶切位點。2種限制酶同時切割，則切出了一段200 bp DNA片斷和兩段400 bp的DNA片斷（如圖1右側條帶），答案C符合。

答案：C。

【例2】 表1是幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖2、圖3中標注了相關限制酶的酶切位點，其中切割位點相同的酶不重復標注。請回答下列問題：

（1） 用圖中質粒和目的基因構建重組質粒，應選用 兩種限制酶切割。

（2） 若用Sau3A I切圖2質粒最多可能獲得

種大小不同的DNA片段。

解析：在構建基因表達載體時，注意不能將目的基因剪壞，也不能將啟動子、終止子等剪壞，學生在模擬操作過程中，如果對該過程真正領會了，就能將知識運用到具體的解題中。如第一小問，圖3中目的基因的左側有兩種限制酶BamH I酶和Bcl I酶，若用BamH I酶切割圖2中的質粒，會將兩個抗性基因都切壞，這樣不利于后續的篩選，故用Bcl I酶。目的基因的右側也有兩種限制酶Hind Ⅲ和Sau3A I。若用Sau3A I切割，根據表格中限制酶的識別序列，Sau3A I也可以切割BamH I酶和Bcl I酶的識別序列，故不可用。

幾種不同的限制酶同時切割，有完全切割和不完全切割，這就需要學生在模擬基因表達載體的構建過程中不斷地探索和嘗試，才能得出相應的結果。如第二小問，根據BamH I、Bcl I和Sau3A I的識別序列，Sau3A I在質粒上有三個酶切位點，完全酶切可得到記為A、B、C三種片段。若部分位點被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用Sau3A I切圖1質粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。

答案：（1） Bcl I 和Hind Ⅲ （2） 7

參考文獻：

劉成權.淺析美國生物教科書中的幾個模型構建[J].中學生物學，2008（3）：13～15.endprint