1、专题 1 基因工程一、 教学目的要求知识方面1.简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。2.简述基因工程的原理及技术。3.举例说出基因工程的应用。4.简述蛋白质工程。情感态度与价值观方面1. 关注基因工程的发展。2. 认同基因工程的应用促进生产力的提高。能力方面1.运用所学 DNA 重组技术的知识，模拟制作重组 DNA 模型。2.尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案。3.通过讨论、进展追踪等活动，提高收集资料、处理资料、撰写专题综述报告的能力。基因工程属于生物科技前沿的内容，这一专题的教学，首先要考虑基础性。高中阶段的教学不是培养专家，而是要全面提高学生的科学素养，因此，着力点应
2、瞄准对学生的发展起根本作用的知识、能力、思想情感上。忽视了这一点，而一味追求知识的深和透，就会本末倒置，影响学生的全面发展。本专题教学的另一个重要原则就是要在学生原有的知识、经验基础上提升。违背了渐进性，易使学生认为“基因工程难学”而产生“危乎高哉”的想法，望而却步。紧密联系学生已有的经验、生活阅历，尽量紧密联系必修课中的基础知识，一步步引领学生登上这一科技前沿的舞台，学生们才会心驰神往地投入到学习中来。在学习本专题内容时，不能忽视知识与能力、情感态度与价值观的有机结合。情感态度与价值观是学习的动力，要利用国际上重大科技成果的素材，开阔学生的视野，增强他们奋发图强的紧迫感；利用国内重大科技成果
3、的素材，培养他们自强不息的民族精神，从而唤起他们学习的积极性。二、 教学内容的结构和特点（一）教学内容的特点本专题的内容由题图、 科技探索之路和四节内容构成。题图为学习者创设了一个意境。沃森和克里克对 DNA 双螺旋结构的重大发现和随后的技术创新孕育了基因工程。在复制的 DNA 双螺旋结构上展示的转基因工程菌、牛、羊、鱼、番茄、甜椒、牵牛等，代表了基因工程在三个重要方面的研究成果：转基因微生物、转基因动物和转基因植物。在上述画面的基础上，点出基因工程的主题：“基因工程是按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 DNA 重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型
4、和生物产品。 ”此题图不仅寓意深刻，且十分生动。科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基因工程是正文的前奏曲。没有基础理论的研究成果，没有技术方面的创新发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。其内容分两部分：一部分介绍基础理论研究成果，一部分介绍在技术层面上发明的各种操作手段。编者精选这些最重要的成果，其目的是使学生从科技史实中，感悟创新是科学技术发展的不竭动力。专题 1 基因工程本专题参考学时为 7 课时，其中第一节DNA 重组技术的基本工具2 课时；第二节基因工程的基本操作程序2 课时；第三节基因工程的应用2 课时；第四节蛋白质工程的崛起1 课时。对本专题的特点分析如下。1.纵观全章内
5、容折射创新与发展的光辉纵观本章科技探索之路和四节内容，鲜明揭示出理论创新、技术进步是促进基因工程问世和迅猛发展的主导因素。例如，在科技探索之路中，有关基础理论研究，相关操作工具的发现，催生了基因工程。在基因工程的基本操作程序中，PCR 基因扩增技术的发明，又将基因工程提升到一个新阶段。由于基因导入方法的不断创新和完善，使基因工程技术在微生物、植物、动物领域硕果累累。在基因工程的应用中，不仅可以看到转基因技术在微生物、植物、动物中的应用，而且看到这项技术已经发展到基因工程药物治疗、基因治疗等医药卫生领域。在蛋白质工程的崛起中，描述基因工程虽然硕果累累，但仍满足不了日益发展的生活、生产的更多要求，
6、从而崛起了第二代基因工程蛋白质工程。基因工程从诞生到现在，时间虽短，但包括的内容已折射出人类不断开拓创新、不断寻求发展的精神光辉。2.透视字里行间体现“科学、技术、社会（STS） ”教育思想在科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基因工程中，以精选的史实，说明了科学和技术的关系。在DNA 重组技术的基本工具中， “工欲善其事，必先利其器”又一次说明科学和技术是一对孪生兄弟。在基因工程的基本操作程序中，目的基因获取等一系列步骤，把社会需求、基础理论和先进技术融合在一起。在基因工程的应用中，社会的需求推动着科学技术的迅猛发展；基因工程的迅猛发展，促进了社会的不断进步。而蛋白质工程的崛起一节说明，社
7、会的更高需求召唤着科学、技术的再创新第二代基因工程的崛起。3.感悟呈现方式体现“简约、形象、诱思”原则由于基因工程内容上的“高”与“新” ，处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式，为此，教材的编写采用简化手法，化复杂为简约。在科技探索之路中，摘其基础理论和技术创新中主要内容呈现给学生，在DNA 重组技术的基本工具中摘其基本工具介绍给学生。在基因工程的基本操作程序和基因工程的应用中，呈现主干，割舍枝杈，将非主干内容以资料卡、拓展视野等方法呈现，做到有主有次。对于基因工程，学生接触得少，为此，教学内容的另一种呈现方式是形象化。在文字描述感到抽象时，课文中都配以插图，力争图
8、文并茂。对课文中难以理解的名词、概念，通过打比方，使其“形象化” 。例如，基因文库中把基因组文库比作国家图书馆，而把cDNA 文库比作某市图书馆，这样便于学生理解和掌握。“简约”和“形象”不是为了降低学生智力参与的力度，恰恰相反， “简约”给学生留有了思维的时间和空间。 “形象”为学生左右脑协同思考创设了情境。为此，在本章教学内容中，结合图文，都提出了一些相应的问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力，从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。例如，在模拟制作中，通过提出问题，引导学生进一步思考特定限制酶的功能、DNA 连接酶的作用位点。又如，在学习限制酶时，提出“限
9、制酶在原核生物中的作用”的问题，是为学生创设一个问题情境，从而为深入理解限制酶在生物体中的作用打开思路。（二）教学内容的结构科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基因工程三、 与学生经验的联系报刊、杂志、广播、电视等媒体都有基因工程技术的介绍。高中学生已经或多或少了解一些基因工程的内容，知道人的生长激素基因可在鲤鱼中表达，使鲤鱼生长迅速；知道寒冷水域中鱼的抗寒基因可在植物中表达，从而培育出抗寒性能高的植物由于基因工程的诞生，实现了在微生物、动物、植物之间的基因交流，人类以前不能实现的种种奇思妙想将变为现实。在现实生活中，转基因生物也来到了人们的身边：超市中摆放着转基因大豆榨出的油；大田里种植了
10、转基因的抗虫棉；药品商店出售着转基因微生物生产的胰岛素可以说，以上内容都是学生学习新知识可联系的经验。还有一些必修课中学习过的知识可作为学习新知识的铺垫。在学习限制酶与 DNA 连接酶时，可与必修本中有关 DNA 结构的知识紧密联系。有了DNA 结构的基础知识，才能较好地理解这两种酶的功能。在学习目的基因检测时，可与必修本中 DNA 指导蛋白质合成的过程联系。这样学生才能理解，为什么要在三个层次上检测：检测转基因生物是否插入了目的基因；检测目的基因是否转录出 mRNA；检测目的基因是否翻译成蛋白质。在学习基因组文库时，可联系必修本中人类基因组计划的内容，从而获得一些感性认识。而在学习 cDNA
11、 文库时，联系 DNA 转录的有关知识：获得 mRNA 后，以它为模板，反转录则可获一条 DNA 单链，再以单链为模板合成双链 DNA。在学习 PCR 扩增技术时，可联系必修本中的 DNA 复制的内容。在学习基因工程的应用一节时，应鼓励学生主动联系当地生产、生活中的具体事例，引导学生思考用基因工程的方法解决实际问题。四、 与其他专题的联系本专题多数内容都与其他专题有紧密的联系。关于转基因生物，在学习技术知识的基础上应引导学生主动学习生物技术的安全性和伦理问题专题。 胚胎工程中有关胚胎移植技术的内容，可使学生对培育转基因动物有更加透彻的理解。 细胞工程中介绍植物细胞培养技术，是目的基因导入植物细
12、胞、培育转基因植物的重要环节。另外，学习本专题内容时，密切关注生态工程专题中呈现的生态环境问题，思考利用基因工程的方法，解决生态环境问题中常规技术难以解决的问题。1.1 DNA 重组技术的基本工具一、 教学目标1.简述 DNA 重组技术所需三种基本工具的作用。2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。二、 教学重点和难点1.教学重点DNA 重组技术所需的三种基本工具的作用。2.教学难点基因工程载体需要具备的条件。三、 教学过程1.设置问题情境，引导学生在思索中学习新知识。本节内容主要是介绍 DNA 重组技术的三种基本工具及其作用。如果我们采用直白、平淡的方式介绍，不利于调动学生学习
13、的积极性，也不利于学生科学素养的全面提高。应当通过创设情境，提出问题，诱导学生积极参与教学活动，开启他们思想的闸门。限制酶“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。可在进入这部分内容学习时，设置学生关心的问题“限制酶从哪里寻找”，诱导学生联想从前学过的内容噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA 的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而诱导学生产生“可能是有什么酶来切割外源 DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。这样就将书中直白的“这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的写法，变成了一个自主探索的思想活动。DNA 连接
14、酶DNA 片段的“分子缝合针”，写得比较简洁。我们可以从原有的知识出发，诱发学生思考，达到辨析、明理的作用。要想连接被切割开的 DNA，学生根据从前学过的知识，第一反应就想到“DNA 聚合酶”。学生这种想法的产生是很自然的。但实际上并不能用这种酶进行 DNA 片段的连接。应引领学生分析 DNA 聚合酶与 DNA 连接酶的不同作用，从而达到更深层次认识 DNA 连接酶的目的。基因进入受体细胞的载体“分子运输车”的学习内容，提到作为载体必需的四个条件。教学不能仅仅着眼于让学生记住这几个条件，而应该通过诱导思索，明确为什么要有这四个条件才能充当载体。2.让抽象的语言在直观的插图中找到注释，在实际动手
15、中形成正确认识。语言文字具有抽象、概括的特点；插图等信息媒体，具有形象、直观的特点，容易被感知和理解，但抽象、概括功能差。要想真正理解本节语言文字中的含义，必须将抽象的语言文字与形象的插图等非语言信息媒体有机地结合起来，做到优势互补。这样学生一时琢磨不透的抽象语言，就能在具体、直观的插图中找到注解。抽象的黏性末端、平末端的叙述以及磷酸二酯键的部位，与直观的插图协同运用，可使学生准确地理解切割或连接部位，理解“黏性”的内涵。DNA 连接酶是“缝合”磷酸二酯键的，在重组 DNA 过程中到底体现在何处，结合插图会易于理解。紧密结合质粒载体结构的模式图教学，也将使学生对构建载体条件的有关内容变得容易理
16、解。在模拟制作 DNA 重组模型时，单纯动手剪纸板只能算是手工劳动，而模拟制作是富含科学内涵的动手过程。当拿来剪刀时，首先意识到这是一把 EcoRI 的特异剪刀，应去寻找G AATTC 的碱基序列，然后从 G 和 A 之间剪开。当拿来不干胶时，意识到只能黏连磷酸二酯键处，而不能去黏连碱基对处。当出现模拟制作失误时，也要想想，这在真实情况下可能是什么原因所致。3.引导学生从基因工程的整体思考问题，解决本节教学难点。本节的难点是对载体必须具备条件的分析。要想解决这个问题，就事论事的做法不能奏效。只有将这局部的内容整合到整个基因工程的设计过程中才能理解。例如，我们选用从霍乱弧菌中的质粒来做载体，结合
17、基因工程的实际目的来想：谁敢用它来做受体细胞的载体？显然人们对分离出的基因产物运用后果有顾虑，从而认清载体必须对细胞无害。当然这里主要考虑载体不能有害于受体细胞，影响其生命活动的正常进行。又如，载体上没有标记基因，我们用肉眼又看不到载体是否真正进入，那么如何鉴定？因此只有真正想到实际工作中这方面的困难，才会明白预先为什么要选具备标记基因的载体。再如，没有一个和多个切割位点，就不能进行 DNA 的重组。重组 DNA 不能复制，就可能丢失。所以要引导学生，将一个个的问题置于整体过程中考虑，这样才能理解局部的做法是为了实现整体的目标。1.2 基因工程的基本操作程序一、 教学目标1.简述基因工程原理及
18、基本操作程序。2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。二、 教学重点和难点1.教学重点基因工程基本操作程序的四个步骤。2.教学难点（1）从基因文库中获取目的基因。（2）利用 PCR 技术扩增目的基因。三、 教学过程本节是基因工程专题的核心，上承DNA 重组技术的基本工具一节，下接基因工程的应用 。本节教学难点多，学生学习有一定的困难，因此采取化整为零、各个击破的教学过程。1.加强预习环节，先解决为什么要分四个步骤的问题，然后解决每一步骤的技术方法问题。为了突破难点及培养自学能力，在上节课结束时，可布置学生预习本节内容。在上新课时，首先解决基因工程的基本操作程序为什么要分四个步骤，即分析每一步骤的
19、必要性。为什么要有“目的基因的获取”这一步？引导学生看本专题题图中基因工程的概念：“基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 DNA 重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 ”可以说这既是概念，也是原理。这里所说的“更符合人们需要” ，就是目的，那么更符合人们需要的那个基因就是目的基因了。有了目的基因，我们才能赋予一种生物以另一种生物的遗传特性。为什么要有“表达载体的构建”这一步？单独的 DNA 片段目的基因是不能稳定遗传的。课文中谈到构建表达载体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
20、达和发挥作用。为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？教材指出含有目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化。为什么要有“目的基因的检测与鉴定”这一步？这是因为目的基因是否真正插入受体细胞的 DNA 中，是否能够在受体细胞中稳定遗传和正确表达，只有通过检测、鉴定才能得知。在解决上述为什么基因工程操作程序分四个步骤的基础上，进入每一程序的有关技术和方法的学习。2.加强教学媒体的运用，解决每一程序中的技术难点。在各个操作程序中都有一些技术和方法层面上的难点不好理解，成为学生学习过程的拦路虎。形象化是解决这一难题的好办法。例如，在目的基因获取
21、的常用方法中有“从基因文库中获得目的基因”的说法。尽管课文中运用了比喻的方法，但语言文字仍显抽象。应尽可能在教学中编制软件、绘制投影片或利用挂图来解决这一难点。让学生了解有了基因文库，就可随时从中提取所需要的目的基因，引入受体细胞使之表达。而有关 PCR 扩增技术，则可结合书中插图，明示出文字中概括出的变性、退火、延伸、多次重复等四个过程。又如，在学习基因表达载体的构建方法时，可结合插图，说明插入必要的元件目的基因、启动子、终止子和标记基因的位置及其作用。再如，学习目的基因导入方法时，可借用目的基因导入植物细胞的方法农杆菌转化法以及相关的图，讲清具体方法。攻破一点后，再扩展到其他导入方法。3.
22、通过设计某一转基因生物，将基因工程的操作程序有机地串联起来。本节学习的基因工程的基本操作程序和方法是对转基因植物、动物、微生物的概括。如果在本课将要结束时，做个练习，带领学生结合设计某一转基因生物的具体过程，可将基因工程操作程序有机地串起来，从而加深对这一程序的认识。例如，烟草是人类健康的“杀手” 。如果让它生产出人类需要的药物蛋白，应如何操作？通过这一实例引导学生结合目的基因从何而来，表达载体如何构建，如何导入烟草，如何检测药物蛋白产生与否等问题加以设计。可加深学生对基因工程原理的理解。不同学生会有不同的方法，让学生通过相互比较，相互借鉴，达到相互学习的目的。学生在课下还可查阅科学杂志等参考
23、读物，了解科学家成功的做法。1.3 基因工程的应用一、 教学目标1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。2.关注基因工程的进展。3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。二、教学重点和难点1.教学重点基因工程在农业和医疗等方面的应用。2.教学难点基因治疗。三、教学过程1.加强收集信息和处理信息环节的指导。基因工程的应用是基因工程基本操作程序的一个必然结果。如果本节只作为成果的学习，那么就显得思维力度不足了。为此，加强指导学生收集和处理信息这一环节。具体做法如下：无论是学习转基因植物方面的应用，还是学习转基因动物方面的应用，乃至转基因工程菌生产药物方面的应用，首先必须寻找目的基因。可利用下表，指导学生整理课本中提供的信息，填写此表。这样做既可以调动学生学习的积极性，也增强了他们分析和处理信息的能力。表 转基因生物与目的基因的关系转基因生物 目的基因 目的基因从何来抗虫棉 Bt 毒蛋白基因 苏云金芽孢杆菌抗真菌立枯丝核菌的烟草 几丁质酶基因和抗毒素合成基因
