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新教材生物学人教版选择性必修3 生物技术与工程第3章第2节教学设计第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序第1课时获取目的基因与构建基因表达载体目录一、核心素养对接二、必备知识三、探究实践四、深化归纳五、应用创新第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序第1课时获取目的基因与构建基因表达载体一、核心素养对接1．结合实例，采用文字和图示方式说明基因工程的基本操作程序。
2．运用结构与功能观等观念理解PCR技术的过程、原理、条件等。
3．结合模式图说出基因表达载体的组成，并理解构建目的。
二、必备知识（一）培育转基因抗虫棉的四个步骤1．目的基因的筛选与获取。
2．基因表达载体的构建。
3．将目的基因导入受体细胞。
4．目的基因的检测与鉴定。
（二）目的基因的筛选与获取(第一步)1．目的基因(1)概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
(2)实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。
2．筛选合适的目的基因(1)较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
(2)实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt 基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入的了解。
(3)认识基因结构和功能的技术方法：测序技术、序列数据库、序列比对工具。
3．利用PCR获取和扩增目的基因(1)原理：DNA半保留复制。
(2)DNA复制所需的基本条件参与的组分在DNA复制中的作用解旋酶(体外用高温代替) 打开DNA双链DNA母链提供DNA复制的模板4种脱氧核苷酸合成DNA子链的原料DNA聚合酶催化合成DNA子链引物使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸(3)过程基于PCR的过程，请回答下列问题：①过程Ⅰ为变性，该阶段的温度为90 ℃以上，目的是使双链DNA解聚为单链。
②过程Ⅱ为复性，该阶段的温度为50 ℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
③过程Ⅲ为延伸，该阶段的温度为72 ℃左右，该过程需要在耐高温的DNA聚合酶的作用下，利用4种脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则从子链的3′端延伸合成新的DNA链。
《目的基因的筛选与获取》教学设计一、教学目标阐述从基因文库中获取目的基因，利用PCR技术扩增目的基因二、教学重难点利用PCR技术扩增目的基因三教学过程导入新课●1992年，我国棉铃虫灾大爆发，农药喷洒量增加，棉农损失惨重。
●1990年，美国利用基因工程技术，将Bt杀虫基因导入棉花，获得转基因抗虫棉，成为世界上第一个拥有转基因抗虫棉的国家。
●1991年，我国开始转基因抗虫棉项目；1993年底，转基因植株培育成功，创造了具有我国自主知识产权的转基因抗虫棉，打破国际垄断。
我国转基因抗虫棉应时而生截至2010年，我国棉花主产省抗虫棉种植率超过95%，全国累计推广种植2100万公顷，新增产值超过440亿元，农民增收250亿元。
杀虫剂的使用已经下降了80%。
问题：转基因抗虫棉是怎么获得的？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？基因工程的基本操作程序1．为什么要有“目的基因的获取”这一步？“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。
”。
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。
2．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。
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达和发挥作用。
3.为什么要有“目的基因导入受体细胞”这一步？转录和翻译的场所是细胞内，所以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。
4.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。
【一、目的基因的筛选与获取】1.目的基因定义：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等相关的基因。
第1篇一、实验目的本实验旨在通过分子生物学技术，学习并掌握目的基因的分离方法，包括基因组DNA提取、目的基因的克隆、扩增和鉴定等步骤。
通过实验，使学生熟悉实验原理、操作步骤和注意事项，提高学生的动手能力和实验技能。
二、实验原理目的基因分离是指从生物基因组中提取出特定的基因片段，并进行克隆、扩增和鉴定。
实验步骤主要包括以下几部分：1. 基因组DNA提取：利用各种方法从生物组织中提取出基因组DNA。
2. 目的基因的克隆：利用PCR技术扩增目的基因，并克隆到载体上。
3. 目的基因的鉴定：通过限制性内切酶酶切、DNA测序等方法对克隆的目的基因进行鉴定。
4. 目的基因的表达：将目的基因导入宿主细胞，进行表达和功能验证。
三、实验材料与试剂1. 实验材料：大肠杆菌、质粒载体、目的基因DNA模板等。
2. 试剂：DNA提取试剂盒、PCR试剂、限制性内切酶、DNA连接酶、DNA测序试剂盒等。
四、实验步骤1. 基因组DNA提取（1）取适量生物组织，按照DNA提取试剂盒说明书进行操作。
（2）提取的基因组DNA用琼脂糖凝胶电泳检测，确保DNA提取质量。
2. 目的基因的克隆（1）设计特异性引物，用于PCR扩增目的基因。
（2）按照PCR试剂盒说明书进行PCR扩增，获得目的基因。
（3）将PCR产物与载体连接，转化大肠杆菌。
（4）通过蓝白斑筛选，获得阳性克隆。
3. 目的基因的鉴定（1）对阳性克隆进行酶切鉴定，验证目的基因是否成功克隆。
（2）对阳性克隆进行DNA测序，确定目的基因序列。
4. 目的基因的表达（1）将目的基因克隆到表达载体上，构建表达系统。
（2）将表达载体导入宿主细胞，进行目的基因的表达。
（3）检测目的基因的表达产物，验证目的基因的功能。
五、实验结果与分析1. 基因组DNA提取：提取的基因组DNA在琼脂糖凝胶电泳中呈现清晰的主带，说明DNA提取成功。
2. 目的基因的克隆：通过PCR扩增，获得目的基因片段，大小与预期相符。
《目的基因的获取》教学设计一、教材分析1、内容地位：本节课的内容在高考课标中要求较高。
学生已经学习了基因工程的基本工具，在此基础上转入学习如何利用这些工具完成基因工程的基本操作程序，可以说是承上启下的一节课，是让学生理解基因工程操作基本程序的开始。
2、前后联系：学生已经学习了基因工程的基本工具；后面要学习到基因工程操作的第二步骤构建表达载体。
3、重点难点：从基因文库中获取目的基因PCR技术扩增目的基因的过程二、学情分析本次上课的学生是海口市第四中学高二（5）班的学生，已具备了一定的探究能力、逻辑思维能力及推算能力。
通过对该班级学生的了解情况为学生两极分化情况比较严重，但是成绩好的学生还是比较优秀，听说上课比较活跃。
今天所讲解内容该班级学生已经学习过了！三、教学目标设计知识目标：理解从基因文库中获取目的基因描述PCR技术扩增目的基因的过程，了解其原理和条件。
了解用化学方法人工合成目的基因能力目标：（1）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。
（2）能利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，从而培养学生自主学习能力，为终身学习、后续学习打下坚实的基础。
（3）通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。
（4）对于基因工程操作实例做到能理解、能介绍，从而培养学生对相关知识的理解能力及良好的语言组织表达能力。
情感目标：通过了解现代先进生物学技术，让学生了解到生物技术给人类带来的贡献，通过把现在所学知识与社会相联系让学生感受到学习生物的重要意义。
激起学习的热情和愿望。
四、教学策略1．教材处理在教材处理上，本节课按照课本知识的编排顺序来进行教学，在过程中通过问题探究和问题情景的创设来合理过渡，并递进地引导学生深入思考问题。
以问题为主线，探究过程环环相扣，有利于培养学生严谨的科学思维。
《目的基因的获得》教学设计一、教学目标1、知识目标（1）理解目的基因的概念和获取目的基因的重要性。
（2）掌握从基因文库中获取目的基因、利用 PCR 技术扩增目的基因、通过化学方法人工合成目的基因等方法的原理和操作流程。
2、能力目标（1）能够根据具体的研究需求，选择合适的方法获取目的基因。
（2）培养学生的实验设计能力和逻辑思维能力。
3、情感目标（1）激发学生对生物技术的兴趣和探索欲望。
（2）培养学生的科学态度和创新精神。
二、教学重难点1、教学重点（1）从基因文库中获取目的基因的方法和流程。
（2）PCR 技术扩增目的基因的原理和操作步骤。
2、教学难点（1）理解基因文库的构建原理和筛选过程。
（2）PCR 反应体系中各成分的作用和反应条件的设置。
三、教学方法讲授法、讨论法、实验演示法、多媒体辅助教学法四、教学过程1、课程导入（5 分钟）通过展示一些生物技术在医学、农业等领域的应用实例，如转基因作物、基因治疗等，引出目的基因的概念，强调获取目的基因是实现基因工程的关键步骤，激发学生的学习兴趣。
2、知识讲解（30 分钟）（1）目的基因的概念讲解目的基因的定义，即具有特定功能和应用价值的基因。
举例说明如胰岛素基因、抗虫基因等。
（2）从基因文库中获取目的基因①基因文库的概念用通俗易懂的语言解释基因文库就像一个“基因图书馆”，包含了生物体的全部基因或部分基因。
②基因组文库和 cDNA 文库比较基因组文库和 cDNA 文库的构建方法和特点，让学生理解它们的区别和适用范围。
③从基因文库中筛选目的基因介绍筛选目的基因的方法，如核酸杂交、PCR 筛选等。
（3）利用 PCR 技术扩增目的基因① PCR 技术的原理结合动画演示，讲解 PCR 技术的原理，即通过高温变性、低温退火和适温延伸的循环过程，实现 DNA 的快速扩增。
② PCR 反应体系的组成详细介绍 PCR 反应体系中模板 DNA、引物、dNTP、Taq 酶等各成分的作用。
2013年第48卷第5期生物学通报25“基因工程的基本操作程序”一节是基因工程的核心内容。
本节中“从基因文库中获取目的基因”和“利用PCR技术扩增目的基因”2个教学难点都汇聚在基本操作程序第1步“获取目的基因”中，因而这部分内容是重中之重。
对于基因工程，学生听得多，但接触得少，深入了解的机会并不多，并且这一节内容的难点、疑点较多，专业术语层出不穷。
正因为基因工程内容上的“高”与“新”，处理不好就会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式。
笔者分析，其实2个难点内容难就难在“基因文库”、“cDNA文库”、“基因组文库”、“PCR技术”这些新概念术语的理解上。
教师在讲解时既要让学生理解，又不能讲得过于深入，因此需要对内容进行取舍，并精确把握讲授的尺度。
本文结合教学实际谈谈对本节中概念教学难点突破的一点认识。
1情景例析———促进新概念引入教材中“基因工程”的定义较抽象，传统的教学方法习惯于对照课本定义讲解要素。
然而此种方式较生硬，难以体现基因工程的应用价值，更难以激发学生的兴趣。
教学中可在提出新概念之前充分而恰当地利用相关图片、视频等直观手段以提供感性经验，丰富学生的表象，这样不仅可以激发学生学习的兴趣,还可以为学生提供掌握概念的认知基础，从而促进概念的形成。
例如先播放一段某研究机构培育荧光斑马鱼过程的视频，然后提问：“普通斑马鱼有荧光吗？”“荧光基因是从哪里来的呢？”“结合视频你能概括荧光鱼的培育过程是怎样的吗？”在引导学生回答完以上问题后可自然导出基因工程的概念。
虽然中学生的抽象思维能力日益发展,但他们思考问题有时仍需要感性材料的支持。
因此,引入概念要在学生已有知识的基础上,尽可能从生活实际、实物标本、实验、模型、挂图、投影、多媒体等直观感性材料入手,从而使学生获得一定的感性认识或唤起对原有知识和表象的回忆,为学习新概念奠定一个清晰、明确的认知基础,同时激发学习兴趣,增强自信心。
运用导入技能、演示技能作为范例去优化概念的引入可促进上位概念的形成。
第2节基因工程的基本操作程序一、教学目标（1）阐明基因工程的原理和基本操作程序。
（2）针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案。
（3）尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。
二、教学重点（1）基因工程基本操作程序的四个步骤。
（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。
三、教学难点（1）利用PCR获取和扩增目的基因。
（2）DNA片段的扩增及电泳鉴定。
四、课时安排2课时五、教学过程（一）新课导入展示抗虫棉与普通棉的对比图片。
转基因抗虫棉是如何培育出来的？下面我们来学习它的操作步骤。
培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。
（二）讲授新课第1课时目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建一、第一步：目的基因的筛选与获取（1）目的基因：用于改变受体细胞性状或获取预期表达产物等的基因，这些基因主要是指编码蛋白质的基因。
（基因通常是指有遗传效应的DNA片段）改变受体细胞性状：如抗逆性、抗虫性、抗病性、生长迅速、品质优良。
获得预期表达产物：生产药物、毒物降解酶、工业用酶等。
（2）区分抗虫棉目的基因：来源：苏云金杆菌（Bt），原核生物苏云金杆菌伴孢晶体蛋白（Bt抗虫蛋白）：破坏鳞翅目昆虫的消化系统Bt抗虫基因（Bt基因）原理：Bt抗虫蛋白在碱性环境中被酶分解为多肽，多肽可以和昆虫肠上皮细胞膜上特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，害虫死亡。
而人和牲畜胃呈酸性，Bt抗虫蛋白不能分解为相应的多肽，肠上皮细胞膜上也没有相应的受体。
所以对人和牲畜无害。
1、筛选合适的目的基因（1）方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选（2）实例：苏云金杆菌常用于制成生物杀虫剂，研究表明其杀虫作用与Bt基因有关，科学家已经了解了Bt基因的结构、功能以及其翻译产生的Bt抗虫蛋白的结构与功能。
（3）三大核酸序列数据库：GenBank（美国）、EMBL（欧洲）、DDBJ（日本）上面有许多生物的全基因组测序数据，以及一些研究清楚的基因的结构及功能注释，可以直接从中获得目的基因的序列以及它在染色体上的位置。
2015年Middle School Biology2015文件编号：1003－7586（2015）12－0027－02
“目的基因的获取”教学设计
张晓辉（江苏省高淳高级中学江苏南京211300）
1教材分析
本节课的内容在高考中要求较高。
学生已经学习了基因工程的基本工具，在此基础上转入学习如何利用这些工具完成基因工程的基本操作程序是让学生理解基因工程操作基本程序的开始。
2教学目标
2.1知识目标
（1）说明如何从基因文库中获取目的基因。
（2）描述PCR技术扩增目的基因的过程，了解其原理和条件。
（3）简述用化学方法人工合成目的基因。
2.2能力目标
（1）学会科学地观察图片、视频，获取信息。
（2）能使用教材以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题。
（3）通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力，能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题。
（4）对于基因工程操作实例进行正确的表述和交流。
2.3情感、态度与价值观目标
通过了解现代先进生物学技术，了解到生物技术给人类带来的贡献，体验学习生物的重要意义，激起学习的热情和愿望。
3教学重点和难点
从基因文库中获取目的基因；PCR技术扩增目的基因的过程。
4教学策略及设计
在教材处理上，笔者按照教材内容的编排顺序来组织教学，通过探究问题和问题情景的创设来进行过渡，由一个问题的解决导入下一个问题。
以问题为主线，紧密联系探究过程，有利于培养学生严谨的科学思维。
本节课中，笔者主要运用多媒体演示法、问题启发式教学法、知识迁移比较教学等方法，指导学生观察、推导理论、对比学习、总结归纳、课外延伸探究。
教学流程：以对转基因抗虫棉的培育过程的思考为切入点，利用多媒体课件展示基因文库建立的过程，创设问题情景引入PCR扩增技术。
在动画的展示后，学生进行归纳总结，然后在结合课本来详细学习相关知识。
再次创设情景，提出问题，并进行知识回顾。
教师通过前后知识的联系引入到人工合成目的基因。
5教学过程
5.1导入
教师引学生简要回顾转基因抗虫棉培育的思路。
学生回答：转基因抗虫棉培育思路为将从苏云金芽孢杆菌中提取到抗虫基因后转移至普通棉花体内，从而合成抗虫蛋白，形成转基因抗虫棉。
活动意图：学生通过回顾上一节课所学的基因工程的基本工具和基因工程概念的内容，进而说出本节课的学习内容。
5.2引入新课——
—目的基因的获取方法
教师以问题串的形式引导学生学习。
①根据以前所学的知识，首先想到的获取目的基因的方法是什么？
学生回答：从其他生物体细胞内用限制性核酸内切酶切取所需要的含目的基因DNA片断。
活动意图：科学探究过程第一个是要发现问题。
问题使学生产生了强烈的求知解疑心理。
教师在教学过程中利用这一契机，提出紧扣主题的具有挑战性、探索性的问题，促使学生进行思考。
学生活动：先大致阅读课本后，初步了解获取方法的种类。
然后再带着问题去学习。
教师在合适的时机提出问题。
②为什么要把目的基因储存在受体细菌中？
学生讨论回答。
活动意图：通过对学生不同的阅读要求，让学生意识到阅读方法的多样化。
学生带着问题去阅读课本针对性更强，学习效率更高。
讨论让学生自主学习和思考来探究知识，发挥了学生的主观能动性。
5.3PCR扩增技术的学习
教师提出问题：如果想让目的基因在短时间内快速增多，可以采取什么措施？
学生思考回答。
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活动意图：教师引导学生通过回顾生物体内DNA数目增多的方法，即DNA复制，引出PCR扩增技术能够体外扩增目的基因。
这样既让学生巩固了所学的知识，又让学生在不知不觉中学会了分析问题和解决问题的思维方法。
教师展示PCR扩增的动画，引导学生总结PCR 扩增目的基因的过程。
并要求学生通过阅读课本，加以完善。
学生活动：观看动画后，对动画过程进行总结，然后阅读课本完善总结的内容。
活动意图：培养学生总结归纳的能力、语言组织和表达能力。
通过比较，让学生学会比较分析问题的能力。
5.4人工合成目的基因的学习
教师提出问题：有些蛋白质自然界中并不存在，那么人们怎样获得想要的对应的目的基因？
学生活动：思考回答问题，并展示中心法则的书写。
通过中心法则的回顾和讲解，可以更容易接受和理解人工合成目的基因的方法。
活动意图：通过学生回顾，既巩固了以前的学习的知识，又容易理解本堂课所学的知识，同时加深了前后知识之间的联系，引导学生自主建构知识体系。
同时体现出传统教学方法和现代科学技术结合教学的思想。
5.5小结
教师对重要知识进行再现和强调，有利于学生对知识重点的把握。
6教学反思
本课内容为现代生物科技部分，比较抽象，学生在学习的时候较为困难。
通过教师对图片、视频的运用，让学生更直观地去了解目的基因的获取过程，从而加深学生的印象。
同时基因工程的内容与必修二联系很密切，笔者以DNA的结构、复制、表达为基础，在教学时注重与前面基础知识相联系，让学生通过回顾更好地建构新知识体系。
2015年Middle School Biology2015文件编号：1003－7586（2015）12－0028－02
“举一反三”教学策略在生物课堂上的应用
黄胜秀（江苏省南京市宁海中学江苏南京210024）
《论语·述而》：“举一隅不以三隅反，则不复也。
”后来，人们就把孔子说的这段话变成了“举一反三”，比喻善于学习，能够由此及彼，融会贯通。
纵观近几年的生物高考题不难发现，生物高考题源于教材，又不拘泥于教材，注重考查学生知识的迁移能力和运用知识解决实际问题的能力。
所以在课堂教学过程中，教师应多“举一反三”，鼓励学生积极思考，由此及彼，充分发挥学生学习的主动性、积极性，才能提高解决实际问题的能力。
1“举一反三”在教学过程中的作用
1．1有助于形成良好的思维习惯
生命科学，博大精深，教师教不尽，也讲不完。
现在的生物学教学传授给学生的不仅是生命科学的一些基础知识，还有更广阔的天地需要学生自己去探索和思考。
比如讲授完利用基因工程生产胰岛素的过程，教师可以引导学生思考生产生长激素、干扰素、乙
肝疫苗的具体过程。
再如笔者在讲授DNA的结构和复制时，带领学生总结了一系列关于DNA复制的公式。
学生在师生共同总结归纳的过程中加深了对DNA结构和复制的理解。
“举一反三”能使学生从一个问题联想到更多的内容，从一种分析方法中学到更多的分析事物的方法，养成善于动脑、能够联想的思维习惯。
教师要善于“举一隅”而使学生“以三隅反”，把学生引进知识的大门。
如果教师唯恐讲得不够全面，生怕学生不懂，把“四隅”一个个都讲出来，不仅影响进度，浪费时间，而且久而久之，还会使学生养成“不假思索”的习惯，丧失独立思维的能力。
1．2有助于学生通过知识迁移获得新知识
迁移是先前学习的基础知识、基本技能对后来学习的新的知识和技能所施加的影响。
如果已有的知识、技能对新的知识、技能起着促进作用，就是正迁移，反之，就是负迁移。
“举一反三”应该是一种正迁
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