基于模型构建的“DNA重组技术的基本工具”的教学设计

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　　摘要根据学生已有的认知结构、教材内容之间内隐的逻辑关系，创设情境展开教学，以问题串引导学生思考、讨论，并通过模拟操作帮助学生建立知识结构模型，从而突破重难点。
　　关键词 DNA重组技术限制酶 DNA连接酶教学设计
　　中图分类号G633.91 文献标志码B
　　1教材分析
　　“DNA重组技术的基本工具”是高中生物《选修3·现代生物科技专题》专题一“基因工程”的第一节教学内容，既是对必修二基因工程的延续和拓展，又是本章其他内容的基础，也是高考命题热点所在，是公认的教学重、难点。
　　2学情分析
　　学生虽然在高一学过基因的本质、DNA的分子结构、基因工程等有关知识，具有了一定的知识基础，但由于学习间隔的时间较长，难免有所遗忘。基因工程属于分子水平范畴，内容较抽象，学生无法直观体会、理解，虽然在平时经营了较多训练，但是在高考中此类题目的得分率仍然很低。针对以上这些因素，教师在教学中合理创设情境，由浅入深地帮助学生理解、掌握。本节课共设置两次模拟操作，采用化复杂为简约，化抽象为具体等方法，使学生更加直观理解、掌握内容。
　　3教学目标
　　①理解基因工程的基本概念，简述DNA重组技术的三种工具;
　　②通过尝试模型构建，理解限制酶、DNA连接酶的作用过程及部位;
　　③认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
　　4教学过程
　　4.1创设情境，引入新课
　　教师展示防冻番茄、荧光鱼、耕地鸡等图片，提出问题：“如何使行道树发光？”学生根据以往所学的知识，很容易回答出问题。教师由此导入本节课所要学习的内容“基因工程”，展示基因工程的定义。教师强调基因工程是在分子水平上的操作，可定向地改造生物的遗传性状，基因工程创造出的生物被称为转基因生物。
　　4.2在情境模拟操作和问题串的应用中引导学生理解基因工程的三种工具
　　4.2.1用模拟操作让学生直观体会限制酶的作用特点
　　学生模拟操作一：标有EcoR I、Sma I、Bam HI三种限制酶识别序列（表1）、切割位点用↓表示的线条;剪刀。
　　教师指导学生用剪刀模拟三种限制酶的切割过程，并提出问题：EcoR I酶和Sma I酶切割后产生的末端有何不同？限制酶作用部位是哪里？如何理解“限制”一词？教师在学生推测的基础上完善、补充，让学生理解回文序列的特点，并强调限制酶的特点、作用部位。
　　学生模拟操作二：在教师出示的含目的基因的DNA片段上（EcoR I酶识别序列和切割位点为G↓AATFC），尝试将目的基因剪切下来。
　　在这个操作中，学生会遇到一些问题，所以教师要适时开展小组讨论，相互交流、启发，以求得问题的解决和认识的深入。教师选取、展示几位学生的切割结果，并提出问题：
　　①目的基因的两个末端是否可以黏合？
　　②EcoR I酶切割产生的末端和BamH I酶切割产生的末端是否可以黏合？为什么？通过对以上几个问题的分析，学生很容易得出同种限制酶切割产生的末端是相同的，为后續DNA重组模型的构建做好铺垫。
　　4.2.2让学生在模型运用中理解DNA连接酶的作用特点
　　教师将学生模拟切割后产生的片段重新放在一起，引导学生仔细观察，并提出问题：两个相同的末端连在一起是一个完整的DNA吗？学生会发现两个片段间存在一个缺口，随即教师提出第二个问题：缺口是如何产生的？破坏的是哪个化学键？如何将缺口修复？这样导出DNA连接酶的作用。学生阅读教科书，回答DNA连接酶的种类和区别。教师强调DNA连接酶连接的是两个互补的DNA片段，作用的部位是磷酸二酯键。
　　4.2.3运用类比推理让学生理解运载体
　　运载体的种类和载体必须具备的条件是教学的难点，针对这一难点，教师可采用类比推理的方法能变陌生为熟悉，深入浅出地帮助学生理解抽象复杂的知识。
　　在教学中，教师可作如下处理：
　　①人造卫星无法自行飞到太空中，火箭却可以，人们把人造卫星和火箭绑定，结果太空中有了人造卫星。
　　②噬菌体侵染大肠杆菌时，能将其DNA注入大肠杆菌。
　　③土壤农杆菌侵染植物时，能将其质粒带入植物细胞，如何将目的基因导入受体细胞？
　　其中，教师引导学生概括出运载体的种类。解决上述问题后，教师继续设计逻辑性强、有层次的问题串引导学生思考、讨论：
　　①萤火虫的发光基因和运载体拼接需要哪些工具？
　　②运载体须具备什么条件才能被限制酶识别和切割？
　　③运载体需满足什么条件才能在受体细胞中自我复制？
　　④为什么通常人们采用大肠杆菌体内的质粒，而不采用霍乱弧杆菌中的质粒？
　　⑤如何判断目的基因是否导入受体细胞？
　　各学习小组合作探究、讨论以上问题，相互补充、完善答案。在学生明确以上问题后，教师引导学生概括出载体必须具备的4个条件，理清它们之间的逻辑关系，深化学生对这部分内容的理解，并强调天然的载体一般需要经过人工改造才可。
　　4.3小组合作，建构DNA重组模型
　　小组活动材料：表示模拟操作二获得的目的基因、1个质粒（需要将两端连接成环的线条），质粒和DNA片段含有被EcoR I酶识别的序列;剪刀、透明带。
　　教师指导学生利用所给的工具构建重组DNA。学生交流讨论、上台展示操作成果，教师提出问题：
　　①将多个的目的基因和质粒放在一定的环境中，会有多少种连接方式？②如何避免错误连接？学生除了得出正确的连接方式之外，还可能出现目的基因和目的基因、目的基因和质粒的反向连接、目的基因和质粒的自身环化，三个及三个以上同时连接等方式。教师引导学生分析形成这些错误连接的原因并提出修改方案。最后，教师总结如果采用两种酶切可以避免质粒和目的基因的自身环化和反向连接，即使这样也不能100%成功，所以还要进行筛选。通过讨论为下一节的学习做好铺垫，同时让学生理解学科技术是不断发展。
　　5教学反思
　　本节课的设计突破了基因工程以讲授为主的教学方法，教师充分利用情境展开教学，借助两次小组模拟操作和层层递进的问题串引导学生在动手操作中对相关问题的思考，变抽象为具体，使学生从宏观上理解限制酶的切割、重组质粒的构建过程，解决了学习的难点，使学生更好地理解核心概念，提升思维能力。在实际教学中，学生参与热情高，在思维碰撞中找到解决问题的方法，形成操作步骤，培养了交流、分析、归纳总结的能力。但个别组对限制酶作用的特点了解、运用不够，导致在完成操作二时遇到了困难，因此在教学中需要对模拟操作二进行质量把关，为后续的学习打下扎实的基础。
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