基于模型構(gòu)建的“DNA重組技術(shù)的基本工具”的教學(xué)設(shè)計(jì)

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摘要根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、教材內(nèi)容之間內(nèi)隱的邏輯關(guān)系，創(chuàng)設(shè)情境展開教學(xué)，以問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生思考、討論，并通過(guò)模擬操作幫助學(xué)生建立知識(shí)結(jié)構(gòu)模型，從而突破重難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 DNA重組技術(shù)限制酶 DNA連接酶教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1教材分析

“DNA重組技術(shù)的基本工具”是高中生物《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》專題一“基因工程”的第一節(jié)教學(xué)內(nèi)容，既是對(duì)必修二基因工程的延續(xù)和拓展，又是本章其他內(nèi)容的基礎(chǔ)，也是高考命題熱點(diǎn)所在，是公認(rèn)的教學(xué)重、難點(diǎn)。

2學(xué)情分析

學(xué)生雖然在高一學(xué)過(guò)基因的本質(zhì)、DNA的分子結(jié)構(gòu)、基因工程等有關(guān)知識(shí)，具有了一定的知識(shí)基礎(chǔ)，但由于學(xué)習(xí)間隔的時(shí)間較長(zhǎng)，難免有所遺忘?；蚬こ虒儆诜肿铀椒懂牐瑑?nèi)容較抽象，學(xué)生無(wú)法直觀體會(huì)、理解，雖然在平時(shí)經(jīng)營(yíng)了較多訓(xùn)練，但是在高考中此類題目的得分率仍然很低。針對(duì)以上這些因素，教師在教學(xué)中合理創(chuàng)設(shè)情境，由淺入深地幫助學(xué)生理解、掌握。本節(jié)課共設(shè)置兩次模擬操作，采用化復(fù)雜為簡(jiǎn)約，化抽象為具體等方法，使學(xué)生更加直觀理解、掌握內(nèi)容。

3教學(xué)目標(biāo)

①理解基因工程的基本概念，簡(jiǎn)述DNA重組技術(shù)的三種工具;

②通過(guò)嘗試模型構(gòu)建，理解限制酶、DNA連接酶的作用過(guò)程及部位;

③認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開理論研究和技術(shù)創(chuàng)新。

4教學(xué)過(guò)程

4.1創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師展示防凍番茄、熒光魚、耕地雞等圖片，提出問(wèn)題：“如何使行道樹發(fā)光？”學(xué)生根據(jù)以往所學(xué)的知識(shí)，很容易回答出問(wèn)題。教師由此導(dǎo)入本節(jié)課所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容“基因工程”，展示基因工程的定義。教師強(qiáng)調(diào)基因工程是在分子水平上的操作，可定向地改造生物的遺傳性狀，基因工程創(chuàng)造出的生物被稱為轉(zhuǎn)基因生物。

4.2在情境模擬操作和問(wèn)題串的應(yīng)用中引導(dǎo)學(xué)生理解基因工程的三種工具

4.2.1用模擬操作讓學(xué)生直觀體會(huì)限制酶的作用特點(diǎn)

學(xué)生模擬操作一：標(biāo)有EcoR I、Sma I、Bam HI三種限制酶識(shí)別序列（表1）、切割位點(diǎn)用↓表示的線條;剪刀。

教師指導(dǎo)學(xué)生用剪刀模擬三種限制酶的切割過(guò)程，并提出問(wèn)題：EcoR I酶和Sma I酶切割后產(chǎn)生的末端有何不同？限制酶作用部位是哪里？如何理解“限制”一詞？教師在學(xué)生推測(cè)的基礎(chǔ)上完善、補(bǔ)充，讓學(xué)生理解回文序列的特點(diǎn)，并強(qiáng)調(diào)限制酶的特點(diǎn)、作用部位。

學(xué)生模擬操作二：在教師出示的含目的基因的DNA片段上（EcoR I酶識(shí)別序列和切割位點(diǎn)為G↓AATFC），嘗試將目的基因剪切下來(lái)。

在這個(gè)操作中，學(xué)生會(huì)遇到一些問(wèn)題，所以教師要適時(shí)開展小組討論，相互交流、啟發(fā)，以求得問(wèn)題的解決和認(rèn)識(shí)的深入。教師選取、展示幾位學(xué)生的切割結(jié)果，并提出問(wèn)題：

①目的基因的兩個(gè)末端是否可以黏合？

②EcoR I酶切割產(chǎn)生的末端和BamH I酶切割產(chǎn)生的末端是否可以黏合？為什么？通過(guò)對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題的分析，學(xué)生很容易得出同種限制酶切割產(chǎn)生的末端是相同的，為后續(xù)DNA重組模型的構(gòu)建做好鋪墊。

4.2.2讓學(xué)生在模型運(yùn)用中理解DNA連接酶的作用特點(diǎn)

教師將學(xué)生模擬切割后產(chǎn)生的片段重新放在一起，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，并提出問(wèn)題：兩個(gè)相同的末端連在一起是一個(gè)完整的DNA嗎？學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)片段間存在一個(gè)缺口，隨即教師提出第二個(gè)問(wèn)題：缺口是如何產(chǎn)生的？破壞的是哪個(gè)化學(xué)鍵？如何將缺口修復(fù)？這樣導(dǎo)出DNA連接酶的作用。學(xué)生閱讀教科書，回答DNA連接酶的種類和區(qū)別。教師強(qiáng)調(diào)DNA連接酶連接的是兩個(gè)互補(bǔ)的DNA片段，作用的部位是磷酸二酯鍵。

4.2.3運(yùn)用類比推理讓學(xué)生理解運(yùn)載體

運(yùn)載體的種類和載體必須具備的條件是教學(xué)的難點(diǎn)，針對(duì)這一難點(diǎn)，教師可采用類比推理的方法能變陌生為熟悉，深入淺出地幫助學(xué)生理解抽象復(fù)雜的知識(shí)。

在教學(xué)中，教師可作如下處理：

①人造衛(wèi)星無(wú)法自行飛到太空中，火箭卻可以，人們把人造衛(wèi)星和火箭綁定，結(jié)果太空中有了人造衛(wèi)星。

②噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，能將其DNA注入大腸桿菌。

③土壤農(nóng)桿菌侵染植物時(shí)，能將其質(zhì)粒帶入植物細(xì)胞，如何將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞？

其中，教師引導(dǎo)學(xué)生概括出運(yùn)載體的種類。解決上述問(wèn)題后，教師繼續(xù)設(shè)計(jì)邏輯性強(qiáng)、有層次的問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生思考、討論：

①螢火蟲的發(fā)光基因和運(yùn)載體拼接需要哪些工具？

②運(yùn)載體須具備什么條件才能被限制酶識(shí)別和切割？

③運(yùn)載體需滿足什么條件才能在受體細(xì)胞中自我復(fù)制？

④為什么通常人們采用大腸桿菌體內(nèi)的質(zhì)粒，而不采用霍亂弧桿菌中的質(zhì)粒？

⑤如何判斷目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞？

各學(xué)習(xí)小組合作探究、討論以上問(wèn)題，相互補(bǔ)充、完善答案。在學(xué)生明確以上問(wèn)題后，教師引導(dǎo)學(xué)生概括出載體必須具備的4個(gè)條件，理清它們之間的邏輯關(guān)系，深化學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的理解，并強(qiáng)調(diào)天然的載體一般需要經(jīng)過(guò)人工改造才可。

4.3小組合作，建構(gòu)DNA重組模型

小組活動(dòng)材料：表示模擬操作二獲得的目的基因、1個(gè)質(zhì)粒（需要將兩端連接成環(huán)的線條），質(zhì)粒和DNA片段含有被EcoR I酶識(shí)別的序列;剪刀、透明帶。

教師指導(dǎo)學(xué)生利用所給的工具構(gòu)建重組DNA。學(xué)生交流討論、上臺(tái)展示操作成果，教師提出問(wèn)題：

①將多個(gè)的目的基因和質(zhì)粒放在一定的環(huán)境中，會(huì)有多少種連接方式？②如何避免錯(cuò)誤連接？學(xué)生除了得出正確的連接方式之外，還可能出現(xiàn)目的基因和目的基因、目的基因和質(zhì)粒的反向連接、目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化，三個(gè)及三個(gè)以上同時(shí)連接等方式。教師引導(dǎo)學(xué)生分析形成這些錯(cuò)誤連接的原因并提出修改方案。最后，教師總結(jié)如果采用兩種酶切可以避免質(zhì)粒和目的基因的自身環(huán)化和反向連接，即使這樣也不能100%成功，所以還要進(jìn)行篩選。通過(guò)討論為下一節(jié)的學(xué)習(xí)做好鋪墊，同時(shí)讓學(xué)生理解學(xué)科技術(shù)是不斷發(fā)展。

5教學(xué)反思

本節(jié)課的設(shè)計(jì)突破了基因工程以講授為主的教學(xué)方法，教師充分利用情境展開教學(xué)，借助兩次小組模擬操作和層層遞進(jìn)的問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生在動(dòng)手操作中對(duì)相關(guān)問(wèn)題的思考，變抽象為具體，使學(xué)生從宏觀上理解限制酶的切割、重組質(zhì)粒的構(gòu)建過(guò)程，解決了學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，使學(xué)生更好地理解核心概念，提升思維能力。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生參與熱情高，在思維碰撞中找到解決問(wèn)題的方法，形成操作步驟，培養(yǎng)了交流、分析、歸納總結(jié)的能力。但個(gè)別組對(duì)限制酶作用的特點(diǎn)了解、運(yùn)用不夠，導(dǎo)致在完成操作二時(shí)遇到了困難，因此在教學(xué)中需要對(duì)模擬操作二進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。