《基因工程及其应用》的教学设计

设计思路

建构主义学习理论认为：知识是学习者在一定的情境下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。建构主义学习理论强调：学生的学习活动必须与问题相结合，以探索问题来引导和维持学生的学习兴趣和动机。问题驱动教学是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法。通过创设教学情境，激发学生形成以解决问题的需要为动力，驱动教学有效运行，培养学生分析问题和解决问题的能力。

本节课承接上节“杂交育种和诱变育种”，可对上节课设置情境“番茄的育种方式”进行延伸，以如何培育转基因番茄为主线，通过问题驱动的形式，让学生逐步分析基因工程育种的原理、步骤和应用。最后，引导学生思考和讨论基因工程应用的利与弊，理性看待基因工程。因此，本节课还需加强STS（Science Technology Society）教育。

一、内容分析与处理

1、地位与价值分析

本节为人教版必修二第6章第2节，前面的第3和4章讲述的分子生物学基础知识是本节学习的基础。其中，第3章中有关DNA的结构、基因的本质，第4章中基因指导蛋白质合成的内容是学习基因工程及其应用的基础。第5章中有关染色体变异及多倍体育种、单倍体育种的内容与本章杂交育种、诱变育种和基因工程形成育种知识的完整体系。

2、问题分析

表1  教材原有问题统计表

 “问题探讨”创设了情境固然不错，但考虑到知识的完整性，本人认为可承接上节“杂交育种和诱变育种”，对上节课设置情境“番茄的育种方式”进行延伸。因此，此处3道问题不用。“本节聚焦”的4道问题，概括了本节内容的要点。前面2道问题“什么是基因工程？基因工程的原理是什么？”可以直接运用。第3道问题“基因工程有哪些应用？”问题太大，一下子无法回答。可以引导学生回答基因工程在作物育种、药物研制和环境保护等方面的应用。“本节聚焦”的第4道问题与“资料分析”问题重叠，舍去。“正文”部分的2道问题和“资料分析”的问题均涉及了当前热门话题——转基因生物和转基因食品的安全性问题。学生特别感兴趣，在讨论中引导理性看待基因工程。

3、问题设计

本节课大胆创新，源于教材，高于教材。承接上节“杂交育种和诱变育种”，对上节课设置情境“番茄的育种方式”进行延伸，以如何培育转基因番茄为主线，通过问题驱动的形式，让学生逐步分析基因工程育种的原理、步骤和应用。故将问题设计如下：

表2   驱动问题的调整情况表

二、学情分析

学生听说过转基因生物和转基因食品，但是对基因工程的具体内容比较陌生。基因工程的内容比较抽象和复杂，属于生物科学的前沿部分，学生理解和接受起来都比较困难。教材的处理能化复杂为简单，通过生动的比喻（剪刀和针线等）来帮助学生突破重难点，旨在让学生了解基因工程的过程和方法，而不必引入过多的专业术语和详细的操作技术。因此，从教材定位来看，学生能够轻松掌握本节课的内容，达成学生目标。

三、教学资源的组织

《普通高中生物课程标准（实验）》的基本理念之一在于倡导探究性学习。本节课采用问题驱动型课堂的教学模式，寓学习目标于探究活动之中，通过创设情境，进行一系列探究问题的思考和讨论，实现知识的内化。

【情境1】为如何培育抗病红果肉的番茄品种，承接上节“杂交育种和诱变育种”。设置了7道问题，既复习了杂交育种、诱变育种和单倍体育种等传统育种方式，又引出了基因工程。【情境2】为如何培育耐贮藏的番茄品种，通过问题驱动的形式，让学生逐步分析基因工程育种的原理、步骤和应用。培养学生的推理分析能力，更好的激发学生思维。最后进行转基因生物和转基因食品的安全性的讨论，即“正文部分”的问题与“资料分析”的问题。引导学生做出合乎逻辑的推断，形成自己的观点。

四、教学目标与方法

1、教学目标

（1）知识性目标

①简述基因工程的原理和基本步骤。

②举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。

③了解转基因生物和转基因食品的安全性问题。

（2）能力性目标

利用基因工程的基本步骤，尝试说出培育转基因抗虫棉的主要过程。

（3）情感性目标

①关注转基因生物和转基因食品的安全性。

②渗透STS 理念，科学看待基因工程在科学、技术和社会等方面的利与弊。

重点：①基因工程操作的基本步骤；

②培育转基因抗虫棉的主要过程；

③转基因生物和转基因食品的安全性。

难点：①基因工程操作的基本步骤；

②培育转基因抗虫棉的主要过程。

2、教学方法

（1）问题驱动法

《普通高中生物课程标准（实验）》的基本理念之一在于倡导探究性学习，而教材中本节内容的编排未能较好凸显对学生探究能力的培养。创设的情境，以问题驱动的形式，让学生逐步分析基因工程的原理、步骤和应用。最后让学生了解转基因生物和转基因食品的安全性，引导学生理性看待基因工程。这样，更能提高学生分析和解决问题的能力，驱动学生主动获取新知识，在探究与交流中培养情感态度，达成三维目标。

（2）其他方法

①直观教学法：采用PPT呈现图片和问题

②课堂讨论法：教师引导学生讨论“转基因生物和转基因食品的安全性”问题

五、教学过程

附：板书设计

第2节基因工程及其应用

一、基因工程的原理

1、概念

2、工具

①基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶

②基因的“针线”：DNA连接酶

③基因的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒

3、操作步骤

①提取目的基因

②目的基因与运载体结合

③将目的基因导入受体细胞

④目的基因的检测与鉴定

二、基因工程的应用

三、转基因生物和转基因食品的安全性

六、教学反思

1、情境与问题设计反思

本节课以“番茄”的育种方式为主线，先复习了几种传统育种方法，包括杂交育种、诱变育种和单倍体育种，再引出新课内容：基因工程育种。承接了上节课的学习，复习了旧知识，更是将完整的育种方式全盘展示给学生。运用概念图的形式进行总结，并通过对比，让学生形成相对完整的知识体系。本节课原有10道问题，其中直接使用3道问题，改造使用1道问题；教学设计（或课堂教学）补充17个问题。本节课共使用了22道问题。总体效果良好。

2、问题驱动力形成反思

本节课采用问题驱动法进行课堂教学，关键之处在于将知识问题化。在课本原有问题的基础上，进行改造、补充以及调整问题的呈现顺序。整个教学流程共设置了22道问题，驱动学生较好地达成了学习目标。

3、教学效果反思

    以“番茄”的育种方式为背景，创设情境，不仅复习了几种传统育种方法，还新学了基因工程育种及其应用，效果不错。

4、亮点与创新

本节课大胆打破教材原有框架，对原有问题进行了大尺度的取舍。源于教材，高于教材，更能提高学生分析和解决问题的能力，驱动学生主动获取新知识，在探究与交流中培养情感态度，达成三维目标。

5、不足与改进

课堂上学生回答具体转基因生物的基本操作过程不够严谨，用词不够准确，需要老师提示如何使用专业术语来答题。

附训练题

1．(2011·四川卷，5)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是 (　　 )

A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序

B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选

D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达

2．(2010·浙江卷，2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是(　　 )

A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸

B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体

C．将重组DNA分子导入烟草原生质体

D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞

3．（2010·浙江卷改编）科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉的细胞中与棉的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：

(1)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是           ，其特点是                                               。

(2)苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是：用             酶将苏云金芽孢杆菌的DNA切成许多片段，然后将这些片段导入             ，再转入不同的             ，并且大量复制，然后从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把其分离出来。

(3)进行基因操作的最后一个步骤是                                               。