1、1“基因工程的基本操作程序”教学的应对策略南京市中华中学 张鸿亮基因工程属于生物前沿科技，内容复杂高深，教学着力点要针对学生的发展起根本作用的知识、能力、情感态度和价值观，教学过程中不要过分追求知识的深和透，要在学生原有知识的基础上逐步提升。要紧密联系必修课中的基础知识，以及学生已有的生活经验和经历。在教学过程中重视知识与能力、情感态度与价值观的有机结合。基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤，目的基因的获取是第一步，其中涉及基因文库的构建，学生不容易懂，多数教师采用讲授法授课。其他三个步骤，内容相对简单一些，根据学生在理解过程中出现的问题，研究其应对策略可以提高教学的有效性。在具体教学中，本
2、人采取引导学生读图、读书、讨论、归纳四个步骤，以读图、读书形成知识基础，以讨论引出问题和解决问题，以归纳形成共识。知识是能力的载体，既不能强调知识而忽略学生能力的发展，也不能脱离知识而片面强调提高能力。尤其是新授课教学，需要在奠定知识基础后，通过启发和提问，形成问题，师生互动，解决问题。所以，本节课教学的应对策略研究，是高中生物教学的问题与问题解决课题研究中的一环。1 读图，形成感性认识基因表达载体的构建是实施基因工程的第二步，也是基因工程的核心。正确构建载体，目的基因才能在受体细胞中维持稳定并表达。学生通过观察教材中的插图（如右图） ，自主得出：基因表达载体是由目的基因（插入基因）启动子终止
3、子标记基因（抗生素基因）等组成，在此基础上引导学生认识：启动子（promoter）是一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端；终止子（terminater）位于基因的尾端，也是一段有特殊结构的DNA 短片段；抗生素基因作为其标记基因。以上新知识难度不大，正如前苏联教育心理学家维果茨基的最近发展区理论所阐述，学生容易接受。当学生将新认识整合到原有知识经验中，实现新旧知识的整合以后，不禁要问：“启动子、终止子和标记基因的作用是什么？” 从问题中看出学生产生了更浓厚的学习兴趣，应及时激励他们去探究。2 读书，形成理性认识学生探究新知的方法之一是读书，在阅读书本的过程中，通过一定的分析、思维活动
4、，知道：基因表达载体构建的目的是为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能表达和发挥作用；启动子的作用是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出 mRNA，通过翻译过程，最终获得所需要的蛋白质；终止子相当于一盏红色信号灯，使转录在所需要的地方停止下来；标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。3 讨论，交流解决问题美国教育家萨其曼（uchman）主张“探究方法的训练”模式，重点是帮助学生认清事实，建立正确的科学概念，并形成假说以解释新事物和新现象。因此，可以用探究的方法训练学生，层层设问，以系列问题激
5、起学生的好奇心，从而激发他们去合作学习和探究问题，从而解决问题，在协作学习中共同建构科学知识。 31 基因表达载体中的启动子、终止子是目的基因带有的？还是质粒上固有的？ 学生通过回忆必修 2 所学中心法则的主要内容：基因转录，形成信使 RNA；信使 RNA 翻译，形成蛋白质。再经过分析、交流、讨论，探究出正确结论：将供体生物的基因转移到受体生物的细胞中，只有使用生物自身基因的启动子、终止子才能比较利于基因的表达。如果目的2基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因前接上特定的启动子、终止子，目的基因中已含有启动子、终止子；如果目的基因是通过人工方法合成
6、的，或通过 cDNA 文库获得的目的基因是不含启动子和终止子的，只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因中没有启动子、终止子，是无法转录的，因此，在构建基因表达载体时，由于质粒上不含有目的基因的启动子、终止子，所以需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。32 标记基因是 质粒上固有的 还是后加上去的？ 目的基因是否导入受体生物中还需要有标记基因作为筛选标记。一般情况下，质粒载体在基因组中有 12 个筛选标记，为寄主细胞提供易于检测的表型特征。由于构建载体的目的不同，需要的标记基因也不同，有的标记基因是质粒上固有的，有的标记基因是需要另外加上的，例如有时需要确定目的基
7、因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基因与标识基因的融合基因） ，如绿色荧光蛋白基因等。33 植物基因工程载体只有一种吗? 受体细胞的种类不同，基因表达载体的构建上也会有所差异，不可能是千篇一律的。此时，请学生带着问题阅读教材中“将目的基因导入受体植物细胞”，他们会发现将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，即外源目的基因插入到 Ti 质粒上的 TDNA（可转移的 DNA）上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并将其插入到植物细胞中染色体的 DNA 上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。4 归纳，形成知识体系 通过读
8、图、读书和讨论，知道了如何构建基因表达载体。要清楚基因工程的目的，需要通过具体实例来说明基因表达载体的应用。以下是农杆菌转化法的过程图，在构建植物基因转化载体时，将目的基因插入到农杆菌的 Ti 质粒上的 TDNA 部位，保证目的基因有合适的启动子、终止子，再将目的基因转入植物细胞。植物基因工程载体按其功能大致还可以分为目的基因克隆载体、中间表达载体。目的基因克隆载体通常是以多拷贝的大肠杆菌质粒作为载体，与微生物基因工程载体相似；中间表达载体是含有植物特异启动子的中间载体。教学“目的基因导入受体细胞”时，通过比较农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，得出我国科学家发明的花粉管通道法十分简便经济，
9、可以说明在科学研究中需要不断创新，就此也激发学生的民族自豪感，达成情感性学习目标。教学“目的基因的检测与鉴定”时，学生难以理解读教材中的插图，此时采用简笔板画的方法，学生理解就比较容易，问题也就解决了。假设基因表达载体是直链的，要整合到转基因生物的染色体上，那么，检测的方法就是采用 DNA 分子杂交技术，先制成 DNA 探针。具体操作方法是从转基因生物的基因组文库中提取含有目的基因的 DNA 片段，用放射性同位素标记形成探针，再提取出待测生物染色体中的 DNA，将两者都解链，然后进行杂交，如果在含有目的基因的片段上显示出杂交带，就表明待测生物细胞内目的基因已经插入到染色体中，如果没有显示出杂合
10、带，则说明待测生物的转基因操作没有成功（边讲解边板画，如图。 ）3进行目的基因的鉴定，包括鉴定是否转录出 mRNA 和是否翻译出蛋白质。如鉴定是否转录出 mRNA，还可以采用 DNA 分子杂交技术，在含有目的基因的 DNA 片段上用放射性同位素标记后形成探针，不同的是提取出待测生物的 mRNA，然后与探针杂交，如果显示出杂交带，就表明待测生物的目的基因转录出了 mRNA，如果没有显示出杂合带，则说明待测生物的转基因工作没有成功（边讲解边板画） 。这样，通过简笔画，有效地解决了学生在学习过程中遇到的问题。以上是本人在教学中的一点研究，还需要进一步完善。教师的教学，是一个不断探究的过程，需要提高探究意识，不断进行教学方法和技巧的探究。在教学“基因工程的基本操作程序”过程中，有效引导学生不断思考、解决学习过程中需要解决的问题，使学生养成良好的思维品质。教师在教学过程中也逐渐积累解决教学问题的经验和策略，提高自身的教学能力。
