“基因工程的基本操作程序”高三復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

顧 軍

(江蘇省無錫市第一中學(xué) 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(xué)教材選修三《現(xiàn)代生物科技專題》第一專題第二節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)是“基因工程”專題的核心，上承“DNA重組技術(shù)的基本工具”一節(jié)，下啟“基因工程的應(yīng)用”。本節(jié)內(nèi)容包括簡(jiǎn)述基因工程基本操作的四個(gè)步驟；簡(jiǎn)述目的基因的獲得、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因的導(dǎo)入與檢測(cè)等常用的方法及其基本原理。其中基因表達(dá)載體的構(gòu)建既是復(fù)習(xí)重點(diǎn)，又是難點(diǎn)，目的基因獲取方法中基因文庫的概念也是難點(diǎn)。如何讓復(fù)習(xí)課變得有效？一個(gè)重要原則就是要在學(xué)生原有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上逐步提升。因此，教師應(yīng)審視教材，還知識(shí)本源，盡量緊密聯(lián)系必修課中的基礎(chǔ)知識(shí)，一步步引領(lǐng)學(xué)生，讓他們心馳神往地投入到學(xué)習(xí)中來。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 簡(jiǎn)述基因工程基本操作的四個(gè)步驟，簡(jiǎn)述目的基因的獲得、載體構(gòu)建、目的基因的導(dǎo)入與檢測(cè)等方法及其基本原理。

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

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 關(guān)注基因工程的發(fā)展，認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提高。

3 教學(xué)過程

3.1 以教材題圖為情境，導(dǎo)入復(fù)習(xí) 本專題的內(nèi)容由題圖、“科技探索之路”和四節(jié)內(nèi)容構(gòu)成，題圖為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)了一個(gè)情境：沃森和克里克對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的重大發(fā)現(xiàn)和隨后的技術(shù)創(chuàng)新孕育了基因工程。“科技探索之路──基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程”是正文的前奏曲。沒有基礎(chǔ)理論的研究成果，沒有技術(shù)方面的創(chuàng)新發(fā)明，基因工程不可能誕生，也不可能迅速崛起。讓學(xué)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(lǐng)的方式，讓學(xué)生明白理論和技術(shù)的發(fā)展如何催生基因工程的誕生 在學(xué)習(xí)本專題內(nèi)容時(shí)，不能忽視知識(shí)與能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的有機(jī)結(jié)合。利用國際上重大科技成果的素材，開闊學(xué)生的視野，增強(qiáng)奮發(fā)圖強(qiáng)的精神；利用國內(nèi)重大科技成果的素材，培養(yǎng)他們的民族精神，從而喚起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。利用基因工程技術(shù)誕生的歷史事件資料，結(jié)合基因操作的四個(gè)基本過程，讓學(xué)生思考說出這些歷史事件為什么對(duì)基因工程的誕生起到了決定性的作用？教師對(duì)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(chǔ)；1970—1983年的事件為“基因工程的誕生”提供技術(shù)的支持。這樣的知識(shí)引領(lǐng)，不僅可以激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)奧秘的精神，同時(shí)解除學(xué)生對(duì)“基因工程”專題學(xué)習(xí)高深莫測(cè)、枯燥乏味的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

3.3 嘗試體驗(yàn)基因文庫的構(gòu)建過程，讓抽象知識(shí)直觀化 對(duì)于從基因文庫中獲得目的基因的方法，盡管教材文本運(yùn)用比喻的方法，但語言文字仍顯抽象。如何化解難點(diǎn)？首先請(qǐng)學(xué)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(gòu)建的不同點(diǎn)。

以上問題的呈現(xiàn)旨在復(fù)習(xí)高二學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，也是學(xué)生容易理解的基礎(chǔ)知識(shí)。但如何構(gòu)建基因文庫？為什么要構(gòu)建基因文庫？學(xué)生是陌生的。課堂上通過圖1中的圖解，讓學(xué)生嘗試模擬構(gòu)建基因文庫。首先教師介紹溫和噬菌體：感染宿主細(xì)菌后不引起細(xì)菌裂解，而與宿主細(xì)胞建立共生關(guān)系并隨細(xì)菌繁殖傳給細(xì)菌后代；再讓學(xué)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(dāng)?shù)摩耸删w連接成重組體，并轉(zhuǎn)化到大腸桿菌的受體細(xì)胞中去；最后，從轉(zhuǎn)化子克隆群體中挑出含目的基因的克隆。這樣的解釋，是對(duì)教材P10頁“生物技術(shù)資料卡”有關(guān)基因組文庫構(gòu)建中抽象化語言的形象解讀。但需要學(xué)生明白，構(gòu)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?？梢酝ㄟ^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(zhuǎn)錄獲得。教師在教學(xué)中，審視并解讀教材，利用圖片和多媒體，將微觀知識(shí)宏觀化、抽象知識(shí)直觀化，將知識(shí)“深入淺出”地傳授給學(xué)生。

圖1 基因文庫構(gòu)建過程圖解

3.4 以例題為背景，體驗(yàn)基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，化解重難點(diǎn) 基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心內(nèi)容。教學(xué)中，首先提出：作為基因工程表達(dá)載體，只需要含目的基因就可以完成任務(wù)了嗎？要讓學(xué)生明白，目的基因在表達(dá)載體中得到表達(dá)并發(fā)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(dòng)子和終止子才有利于基因的表達(dá)；檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體生物的細(xì)胞中需要有篩選標(biāo)記等。

例題：圖2是天然土壤農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)思考回答下列問題：

(1)人工改造時(shí)，要使抗蟲基因表達(dá)，還應(yīng)插入________。

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

(3)若用限制酶①分別切割改造過的理想質(zhì)粒和帶有抗蟲基因的DNA分子，并構(gòu)成重組Ti質(zhì)粒。分別以含四環(huán)素和卡那霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)已成功導(dǎo)入抗蟲基因的水稻胚細(xì)胞，觀察細(xì)胞生長的現(xiàn)象是______。

圖2 天然土壤農(nóng)桿菌結(jié)構(gòu)圖示意圖

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

4 教學(xué)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(gè)考點(diǎn)，有三個(gè)是A級(jí)要求，一個(gè)是B級(jí)要求。A級(jí)只要求學(xué)生了解所列知識(shí)點(diǎn)，并能在相對(duì)簡(jiǎn)單的情境中識(shí)別和使用它們。B級(jí)要求學(xué)生理解所列知識(shí)及與相關(guān)知識(shí)之間的聯(lián)系與區(qū)別，能在一定的情境中運(yùn)用它們并作出合理的判斷或得出正確的結(jié)論。2008年以來高考試卷的命制中，這部分內(nèi)容的難度與深度有所加強(qiáng)，這就導(dǎo)致教師在日常教學(xué)中，有意拔高教學(xué)目標(biāo)，使部分學(xué)生“談基因工程習(xí)題色變”。倘若教師不能很好地解讀考綱，那么教學(xué)會(huì)加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)，也就違背了高中生物學(xué)教學(xué)旨在提高全體高中學(xué)生生物核心素養(yǎng)的課標(biāo)要求。