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視頻標簽：DNA重組技術
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：人教版生物選修三1.1DNA重組技術的基本工具_陜西省優課
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人教版生物選修三1.1DNA重組技術的基本工具_陜西省優課
DNA重組技術基本工具的教學設計
設計背景
1．指導思想：“DNA重組技術的基本工具”這節課位于人教版高中生物選修三第一專題第一節第二課時。基因工程是現代生物技術的核心內容，通過模擬DNA重組過程，將具體的操作程序有機聯系起來，加深對這一程序的理解，有利于提高學生的認知水平和接受能力。
2．理論依據：布魯納“學科基本結構”理論；表現方式有效性原則；模擬探究教學法；問題生成法。
3.設計特色：針對重點難點對教學內容進行結構化處理，并與基因工程的實際操作練習起來；在模擬探究的過程中不斷生成問題，引導學生依據載體的特點，按照相似性原理，選擇和建立模型，進而對模型進行“剪”與“連”等操作，并分析操作結果。
教學分析
1．教材分析
重點：DNA重組技術的三種基本工具
難點：載體的特點及實際應用應用
2．學情分析
通過上一節課的學習，學生們已初步掌握了“DNA重組技術的基本工具”的種類和作用。但這些基本工具在實際應用中如何發揮作用，是非常抽象的內容，僅僅靠學生的想象，很難真正理解并融會貫通；同時，中學生的心理發育特點，決定了他們更樂于通過實際動手操作來解決遇到的問題，同時對自己新發現的問題有更加強烈的探究欲望。
3．教學條件分析
對于本節課的教學設計而言，需要如下教學條件：電腦，投影儀，彩色復印紙，剪刀，有色膠帶。我校的教學條件可以滿足本節課的要求。
4. 教學目標 知識與技能
簡述DNA重組技術所需三種基本工具的作用。 過程與方法
通過動手操作、小組合作，提高學生自主學習及合作探究的能力。 情感態度與價值觀
認同基因工程的誕生和發展離不開理論研究和技術創新
5.教學策略與手段
教學模式：探究式教學，通過創設問題情境，在分析問題、解決問題的過程中不斷生成一系列新的問題，培養學生的自學能力，以及探究和思維能力。
教學策略：利用教學多媒體，自制教具，使抽象的問題形象化，引導學生自主動手操作，解決每一程序中的技術難點和重點。
教學手段：PPT，自制教具，投影儀等綜合教學輔助工具。本節課模擬探究的是載體與目的基因的連接，所以將教材提供的堿基序列加以調整，用彩色打印紙打印，如圖：
然后粘貼出環狀DNA和鏈狀DNA，同時提供剪刀、膠帶，如圖：
6.教學過程：
（一）回顧舊知，引入新課
教師的組織和引導
學生活動
教學意圖
利用多媒體展示多種轉基因產品。通過展示DNA分子結構讓學生回憶基因工程的操作對象。
通過展示讓學生回憶上節課學過，基因工程需要哪些特殊工具？
呈現：三種不同的工具，載體的必要條件。
提出問題：在實際操作過程中，載體的這些特點是否能滿足實際需求呢？
學生回憶并回答，補充。
學生思考并討論。
通過活動，調動學生的學習興趣，導入課題。
引出本節課的重點：DNA重組技術的模擬操作。
通過回顧舊知，創設問題情境，確立本節課的重點，并激發學生的探究欲望。
（二）模擬重組，講授新課
教師活動
學生活動
設計意圖
利用PPT給學生分別呈現限制性核酸內切酶EcoRI識別的堿基序列和酶切位點，酶切過程以及DNA連接酶的作用位點。(見附圖1)
給學生分發教具：每組發兩個帶堿基序列的環狀DNA，兩張鏈狀DNA，（且四個DNA上僅有EcoRI的酶切位點），剪刀，膠帶。（見附圖2）
學生首先動手模擬得到EcoRI酶切后的載體和目的基因。（見附圖3）
讓學生觀察并思考：如果條件充分，此時我們得到的目的基因和載體是否能夠成功連接？
繼續提出問題：
將兩個EcoRI酶切后的載體與目的基因混合后，加入DNA連接酶，其連接產物可能有哪些種？請大家嘗試操作。
（操作結果見附圖4）
提出第二個問題：為什么會出現這么多種連接產物呢？
各小組挑出本組制作的載體與目的基因連接后的重組DNA，互相觀察并比較是否有不同。
（見附圖5）
提出第三個問題：我們如何解決目的基因定向插入這個問題呢？
在這個過程中提醒學生：載體的特點之一是有多個不同的酶切位點。
分發另一套材料，每組兩個環狀DNA，
學生觀察。
學生動手操作，模擬重組DNA，探究載體的特點。
思考，討論，得出結論。
思考，討論，動手操作，得出結論。
學生們除得到載體與目的基因之間的連接外，還有載體與載體之間的連接，目的基因與目的基因之間的連接，以及載體自身環化，和目的基因自身環化等。其中載體及目的基因的自身環化是干擾重組的常見因素。
思考，討論。學生們觀察，討論后提出，一種限制性核酸內切酶切割后產生的黏性末端只有一種，相同的黏性末端之間可以任意連接。
在這些連接產物中，我們需要的是載體與目的基因連接而成的重組DNA。
觀察比較。
學生討論。
模擬操作。
將情景引入到新課
讓學生準確理解切割或連接部位。
在實際動手操作的過程中發現問題，解決問題。
通過動手模擬操作，以及思考和討論，使所學知識逐步深入，并把記憶中的知識轉變為實際中的能力。
學生通過比較，能夠發現有的小組目的基因插入方向與別組有不同，從而發現目的基因不同的插入方向將導致出現不同的基因產物。
通過思考，部分學生能夠提出用兩種限制酶切割載體，從而使切口處的黏性末端不同的思路。
兩個鏈狀DNA（都帶EcoRI，BamHI兩種酶切序列），讓學生再次模擬操作。
（見附圖6）
（見附圖7）
提出第四個問題：與前面的結果相比較，有哪些變化?
提出第五個問題：如何避免載體于再提，目的基因與目的基因間的連接結果出現？如何篩選出含目的基因的重組DNA呢？（這個問題難度較高，適合能力較強的同學）
如果學生未得到準確的結論，提示他們：標記基因的作用？在基因工程的實際操作中，科學家選擇的載體往往含兩個或更多的標記基因。
利用PPT呈現：環狀DNA載體以及上面的兩個標記基因。給學生展示PPT，通過圖片使學生發現載體的特點中除有多個酶切位點外，還攜帶有標記基因（如氨芐青霉素抗性基因），標記基因可以參與鑒別受體細胞中是否含有目的基因。
（見附圖8）
（見附圖9）
剪切后，學生們觀察發現，兩種限制酶切割產生的黏性末端是不同的，雖然載體與載體間，目的基因與目的基因間仍會連接，但載體及目的基因自身環化問題得到解決，根據堿基互補配對原則，目的基因與載體連接的方向是唯一的。這樣，通過模擬操作，學生們解決了剛才所提出的問題，得出結論：載體上含有多個酶切位點，利用雙酶切的方法，可以保證目的基因的定向插入，同時還避免了載體及目的基因的自身環化，提高DNA重組率，實現目的基因的正確轉錄和表達。
觀察，思考。
學生通過討論，設計，提出如果將一個標記基因放在目的基因的插入位置，當目的基因插入時，這個標
記基因將被破壞而無法表達，從而達到篩選的目的。
得出結論：僅在青霉素培養基上生長的是含目的基因的受體細胞，在青霉素培養基和四環素培養基上都能生長的是載體自接的受體細胞。
通過層層深入的問題，逐步突出重點，突破難點，學生們發現科學實踐的過程遠非理論記憶那么簡單。課堂上的模擬重組可以大大降低空間想象的難度，使抽象的內容直觀化。
利用具體直觀的信息媒體使學生對抽象的內容直觀化。
引導學生從基因工程的整體思考問題。
學生通過類比發現：多個酶切位點，多個標記基因，插入失活的篩選方法是基因工程中的重要設計思路，理解了基因工程中使用的載體往往是人工合成的，并真正懂得了實踐是檢驗真理的唯一標準。
（三）、歸納總結，理清脈絡
學生活動
設計意圖
教師活動
用多媒體展示課堂總結： 載體特點
a．多酶切位點──目的基因定向插入
b．多標記基因──目的基因的篩選
記憶，理解。
通過歸納總結回顧剛才的模擬探究過程，加深學生對DNA重組技術的理解，特別是載體的特點及其應用，為教材內容的深化拓展打好基礎。
（四）、聯系應用，及時鞏固
1．已知某種限制性內切酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如圖中箭頭所指，如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現在多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷，則從理論上講，經該酶切后，這些線性DNA分子最多能產生長度不同的DNA片段種類數是
↓ ↓ ↓
────────────────────———————————— a b c d
A．3種 B．4種 C．9種 D． 12種
2．下表為幾種限制性核酸內切酶識別的序列和切割的位點。如圖，已知某DNA在目的基因的兩端1、2、3、4四處有BamHⅠ或EcoRⅠ或PstⅠ的酶切位點。現用BamHⅠ和EcoRⅠ兩種酶同時切割該DNA片段（假設所用的酶均可將識別位點完全切開），下列各種酶切位點情況中，可以防止酶切后單個含目的基因的DNA片段自身連接成環狀的是（ ）
A．1 為BamHⅠ，2為EcoRⅠ，3為BamHⅠ，4為PstⅠ
B．1 為EcoRⅠ，2為BamHⅠ，3為BamHⅠ，4為PstⅠ
C．1 為PstⅠ，2為EcoRⅠ，3為EcoRⅠ，4為BamHⅠ
D．1 為BamHⅠ，2為EcoRⅠ，3為PstⅠ，4為EcoRⅠ
3．某質粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamH I三種限制酶切割位點，同時還含有抗四環素基因和抗氨芐青霉素基因。利用此質粒獲得轉基因抗鹽煙草的過程如圖所示，請回答下列問題：
⑴ 將含有目的基因的DNA與質粒分別用Sal I酶切，酶切產物用______________ 催化連接后，兩個DNA片段的連接結果有_______________種。
⑵ 構建重組質粒時，應選用__________________兩種酶對___________________進行切割，以保證重組DNA序列的唯一性。
7.課后反思
不少教材選用的是兩種顏色（如綠色和粉紅色）的等寬硬紙板，然后讓學生在硬紙板上依次等距離寫上字母（字母要清晰、工整）。由于學生用筆所寫的字母根本不可能大小一致，所以堿基要實現互補配對就比較難。因此，做出的紙帶也就缺乏科學性和可行性。為此做如下改進：
將“硬紙板”改為“A4紙”，因為硬紙板比較難打印，而A4紙打印非常方便。重新設計DNA片段。不少教材中設計的DNA片段只有1個酶切位點，不能切割出兩端具有黏性末端的DNA片段，也不能被多種限制酶所識別切割，為此作如下改進。教師需要預先將模擬的DNA片段放大成小二字號，另外在字母的外側各加上一條黑線代表DNA分子的基本骨架。
改進工具，將教材中的“透明膠帶”改為“深色的膠帶”，如“藍色或綠色膠帶”。當教師把學生所得的實驗結果用實物投影儀進行投影時，若學生用“透明膠帶”，所粘貼的位置顯示不出來，學生所粘貼的位置是否正確也就很難看清楚，教學效果比較差。改用“藍色或綠色膠帶”后，投影效果就非常明顯了。
本實驗注重實驗操作過程的評價，小組之間可以相互比較，也可利用投影展示各組實驗的結果，從以下幾方面進行評價。 1 是否正確“識別”特定的核苷酸序列
根據所選的限制性核酸內切酶的特點，在含有目的基因的片段和質粒上找出其特定的核苷酸序列，畫虛線表示中心軸線的位置，畫箭頭（“↓”和“↑”）標注酶切位點。 2 是否完成對目的基因和質粒的“切割”
用剪刀正確地“切割”DNA，從而獲得目的基因和質粒片段。 3 是否進行正確的“拼接”
檢查實驗結果，主要看膠帶粘貼的位置，判斷DNA連接酶的作用是否表示正確。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
