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1、“基因工工程的的教学构构思在普通高高中生生物课程程标准的的内容标标准中，“基因工程”是选修3“现代生物科技专题”中的第1学习专题，该专题主要阐述基因工程诞生的理论基础和技术保证、基因工程的原理和操作程序、基因工程的应用，以及蛋白质工程等内容。该学习专题内容的科学性和专业性较强，本文主要从知识内容、学习目标、教学策略等方面，谈谈“基因工程”专题的教学构思。1 专题题知识内内容及其其学习目目标新课程必必修3的的“基因工工程”专题的的学习内内容，不不仅涉及及基因工工程的科科普性知知识而且且涉及蛋蛋白质工工程的基基本常识识，实质质上是概概述“遗传工工程”的基础础知识。与与原高中中生物学学教学大大纲的“
2、基因工工程”内容比比较如下下(表11)：基因工程程属于生生物科技技前沿课课题高高中生物物学新课课程仍将将基因工工程的原原理和技技术、基基因工程程的应用用作为核核心内容容但增增加了基基因工程程的诞生生和蛋白白质工程程等知识识点，并并建议组组织学生生参与DDNA的的粗提取取和鉴定定实验，观观看有关关基因工工程的影影像资料料，调查查基因工工程产品品在社会会上的应应用情况况讨论论转基因因生物的的安全性性等活动动，从而而使该专专题内容容更加系系统性和和完整性性。虽然然知识目目标的要要求仍为为了解水水平，但但更注重重能力、情情感态度度与价值值观方面面的目标标要求。根根据本专专题的具具体内容容标准，对对单元
3、教教学目标标细化如如下：11 知识目目标1)简述述DNAA是遗传传物质的的经典实实验证据据、明确确DNAA分子双双螺旋结结构和半半保留复复制的机机理，以以及遗传传密码子子的破译译是催生生基因工工程的理理论基础础。2)明确确限制酶酶、连接接酶、克克隆载体体的发现现为基因因T程提提供技术术保证，简简述它们们的来源源、分类类、作用用机理。3)举例例说出基基因工程程的基本本步骤；简述用用化学方方法合成成目的基基因和从从基因文文库中获获取目的的基因的的方法 以及用用PCRR技术扩扩增目的的基因的的原理和和方法；说出构构建表达达载体的的目的及及构建组组件的作作用；简简述将目目的基因因导入受受体细胞胞的常用
4、用方法以及目目的基因因的检测测与表达达产物的的测定方方法。4)列举举基因工工程在转转基因植植物、转转基因动动物、转转基因微微生物方方面的应应用和发发展前景景 说出出基因治治疗的原原理。5)说出出蛋白质质工程崛崛起的缘缘由，简简述蛋白白质工程程的原理理。12 能力目目标1)学会会从植物物材料中中进行DDNA的的粗提取取与鉴定定的实验验操作方方法。2)用表表格、概概念图或或流程图图等形式式呈示基基因工程程的基本本步骤和和方法。33)图解解限制性性内切酶酶、连接接酶的作作用机理理，结合合基因工工程的流流程图解解说其基基本操作作程序。13 情感态态度与价价值观1)从基基因工程程诞生的的历程中中，体会会
5、科学发发展的曲曲折性和和必然性性，领悟悟科学发发展离不不开理论论指导和和技术创创新。2)从基基因工程程的飞速速发展和和在实际际应用领领域的发发展前景景，体验验生物科科学的重重要价值值。3)关注各各国为保保证转基基因食物物安全性性实施的的监控和和预防措措施运运用相关关知识客客观公正正地宣传传转基因因食品的的安全性性评价。2 教学学策略和和课时安安排基因工程程内容的的科学性性和专业业性强，教教学要注注意化复复杂为简简约力力争图文文并茂 给学生生以广阔阔的思维维空间 诱导学学生思考考 把学学习注意意力从死死记硬背背引导到到分析、批批判和创创新的科科学探索索方面。本本专题的的教学重重点是：基因工工程的
6、原原理和技技术、基基本步骤骤和方法法、基因因工程的的应用等等部分。第第1部分分内容宜宜采用探探究学习习，教师师创设问问题情景景，诱导导学生积积极参与与活动，开开启思想想的闸门门获得真真知，体体会科学学的发展展离不开开理论和和技术的的创新；第2部部分内容容适用案案例分析析法，让让学生分分析转基基因生物物的成功功案例，总总结出基基因工程程的基本本操作程程序。进进而启发发学生依依据基因因工程的的原理和和技术设计完完成每个个操作步步骤的方方法：第第3部分分内容可可用文献献法组组织学生生搜集、整整理和分分析相关关资料，通通过探究究基因工工程的应应用及其其产业化化前景认识科科学在促促进生产产力方面面的重要
7、要价值和和不可替替代性激发投投身于科科学研究究和为人人类做贡贡献的斗斗志。本专题的的教学时时间约需需8课时时，具体体安排如如下(表表2)：3 教学学建议和和教学方方法基因工程程专题的的教学设设计与实实施应贯贯彻高中中生物学学新课程程标准的的理念，并并力争体体现以下下3点：第1，确确保教学学的科学学性；第第2，斟斟酌教学学内容的的适应性性；第33，体现现教学内内容的有有序性及及系统性性。31 基因工工程的诞诞生这部分内内容带有有科技发发展史的的性质教学时时应先组组织学生生阅读教教材中提提供的有有关文献献资料，从从20世世纪中叶叶DNAA是遗传传物质的的证明、DDNA分分子结构构和中心心法则的的确
8、立、遗遗传密码码的破译译等重大大研究成成果中，认认识到基基因工程程原理的的形成具具有坚实实的理论论基础。从从20世世纪700年代克克隆载体体的发现现，工具具酶、DDNA重重组、PPCR扩扩增等技技术发明明对基因因工程问问世和发发展的推推动作用用，认识识到技术术创新是是实施基基因工程程的有力力保证。32 基因工工程的原原理和技技术 原理是由由相关概概念组成成的判断断，原理理的陈述述句是一一个命题题。基因因工程的的原理也也是如此此，DNNA体外外重组、基基因转移移载体、受受体细胞胞、重组组DNAA表达等等都是基基因工程程原理的的核心概概念。教教学时，先先结合图图解向学学生解说说我国有有知识产产权的
9、转转基因抗抗虫棉(图1)的培育育过程，进进而引导导学生从从中找出出关键的的词汇或或术语，然然后，一一方面让让学生尝尝试用短短句陈述述基因工工程的原原理，另另一方面面归纳出出基因操操作的工工具。限制性核核酸内切切酶、连连接酶、克克隆载体体是基因因操作的的3种工工具。DDNA限限制性内内切酶的的教学重重点是其其作用机机理，教教学时首首先以限限制性内内切酶EEcoRR I为为例，借借助图解解向学生生说明限限制酶有有双重功功能：一一是识别别DNAA分子内内一小段段特殊核核苷酸的的序列和和位点，二二是在某某个位点点将DNNA分子子切断；然后启启发学生生依据图图2思考考限制酶酶切割DDNA时时应断裂裂的化
10、学学键，并并用图解解呈示经经限制酶酶切割的的DNAA分子产产生的22种不同同的末端端。DNA连连接酶的的教学也也应借助助相关图图解，启启发学生生认识连连接酶的的作用特特点：一一是作用用对象为为同一种种限制酶酶切割的的2种DDNA片片段，二二是将末末端碱基基互补的的2个DDNA片片段连接接在一起起，三是是形成重重组DNNA分子子。克隆载载体是运运载外源源基因进进入宿主主细胞的的工具，不不仅与宿宿主细胞胞友好相相处，而而且能够够在宿主主细胞内内进行自自我复制制(即克克隆)。教教学时，可可依据图图1中的的Ti质质粒及作作用设置置一系列列问题，启启发学生生思考和和探究克克隆载体体的特点点。例如如，质粒
11、粒是什么么，在基基因操作作中有什什么作用用?质粒粒DNAA为什么么能够负负载目的的基因呢呢?如何何检测目目的基因因是否导导入受体体细胞呢呢?重组组质粒对对受体细细胞是否否有危害害?重组组质粒导导入受体体细胞后后能够扩扩增吗?在学生生展开讨讨论的基基础上，师师生共同同归纳基基因转移移载体应应具备的的条件：能够自自我复制制、有一一个或多多个切割割位点、有有标记基基因位点点、对受受体细胞胞无害等等。33 基因工工程基本本操作程程序 本部分是是基因工工程的核核心内容容，教学学应强调调知识的的系统性性、科学学性和通通俗性，遵遵循从整整体到部部分再到到整体的的教学思思路：首首先，依依据图11让学生生初识基
12、基因工程程的基本本程序包包括：目目的基因因的获取取、表达达载体的的构建、目目的基因因导入受受体细胞胞、目的的基因的的检测与与鉴定等等基本步步骤；然然后，依依次简述述各个步步骤的常常用方法法；最后后，引导导学生用用概念图图等形式式概括基基因工程程的基本本流程。获取目的的基因常常用化学学合成法法。或者者利用PPCR技技术扩增增从基因因文库中中获取目目的基因因，因此此，PCCR技术术的原理理是获取取目的基基因部分分内容的的教学重重点。PPCR技技术是一一项在生生物体外外复制DDNA片片段的核核酸合成成技术，教教学时首首先启发发学生回回忆必修修课习得得的有关关DNAA复制的的过程、条条件和方方式等基基
13、础知识识，然后后结合图图3引导导学生领领会PCCR反应应原理，尤尤其是DDNA聚聚合酶和和引物的的性质和和作用。基因文库库及其从从基因文文库中获获取目的的基因的的方法都都是专业业性很强强的知识识，教学学中可以以将基因因文库形形象地比比喻成一一个图书书馆，结结合图示示(图44)向学学生介绍绍基因文文库的构构建过程程，有助助于他们们理解基基因文库库中每个个受体菌菌DNAA分子都都包含一一段不同同的外源源DNAA片段。基因表达达载体的的构建是是基因工工程的核核心，这这部分教教学内容容涉及构构建基因因表达载载体的目目的和要要求，以以及构建建基因表表达载体体的方法法等。学学生习得得有关基基因工程程的工具
14、具酶和克克隆载体体等知识识后，不不难掌握握构建基基因表达达载体的的方法因此应将教教学重点点放在构构建基因因表达载载体的目目的和要要求等方方面。教教学时，首首先向学学生阐明明构建基基因表达达载体的的目的是是使目的的基因在在受体细细胞中稳稳定存在在。能够够复制、表表达和发发挥作用用；进而而启发学学生思考考和讨论论：怎样样使目的的基因免免于被受受体细胞胞的防御御系统摧摧毁呢?目的基基因的复复制和表表达需要要哪些控控制元件件。这些些元件怎怎样获得得呢?这这些问题题不但使使学生意意识到构构建基因因表达载载体的必必要性，而而且对基基因表达达载体的的结构和和功能产产生一个个朦胧的的意象；然后，结结合基因因表
15、达载载体的模模式图(图5)，向学学生解说说表达载载体与受受体细胞胞“友好”相处使使目的基基因免除除“灭顶之之灾”，还需需要有其其他控制制元件，以以及基因因表达载载体各种种结构的的功能。基因工程程常用的的受体细细胞有：细菌细细胞、植植物细胞胞和动物物细胞等等，受体体细胞和和克隆载载体的类类型不同同，导入入方法不不尽相同同。教学学时，可可通过列列举实例例向学生生介绍常常用的转转化方法法：CaaCl22法、花花粉管通通道法、农农杆菌转转化法、基基因枪法法和显微微注射法法等方法法。最后后，向学学生质疑疑：怎样样筛选出出已经接接纳基因因表达载载体的受受体细胞胞？由此此启发他他们思考考应用表表达载体体上抗
16、生生素基因因的操作作方法。有关目的的基因的的监测和和鉴定的的部分内内容，教教学时不不宜展开开。首先先，列举举实例说说明有些些目的基基因的表表达产物物具有明明显的形形态特征征，可以以进行形形态检测测，如转转Bt基基因抗虫虫棉。然然后，可可以结合合分子杂杂交检测测示意图图向学生生概述从从分子水水平鉴定定目的基基因是否否整合到到受体生生物染色色体DNNA中的的大体方方法。34 基因工工程的应应用 基因工程程的应用用是基因因工程基基本操作作程序的的必然结结果之一一。如果果将这部部分内容容仅作为为基因工工程的成成果来学学习，就就会显得得思维力力度的不不足。教教学时，可可以组织织学生收收集和处处理有关关基
17、因工工程应用用方面的的信息资资料尤尤其是与与解决当当前世界界上存在在的重大大问题作作为主题题，如以以解决“粮食”、“环境污污染”、“能源危危机”、“攻克不不治之症症”等问题题方面取取得的重重大成就就，通过过这样的的活动不不仅培养养了学生生处理信信息的能能力还还会使学学生感悟悟到肩负负的社会会责任，从从而激发发用科学学技术报报效祖国国的志向向。35 蛋白质质工程 蛋白质工工程是利利用基因因工程的的手段，通通过修改改天然蛋蛋白质的的氨基酸酸序列来来改造其其结构和和构象以获得得具有理理想生物物学功能能的蛋白白质。本本部分内内容的知知识点主主要有：蛋白质质工程的的崛起背背景、基基本原理理、应用用及发展
18、展前景等等，教学学重点是是蛋白质质工程的的原理。教教学时首先列列举某个个通过基基因工程程的操作作手段对对天然蛋蛋白质进进行改造造的实例例，如胰胰岛素、干干扰素、天天冬氨酸酸激酶、TT4溶菌菌酶等，让让学生认认识到改改造天然然蛋白质质的切入入点在于于改进它它的氨基基酸序列列；进而而启发学学生回忆忆蛋白质质合成过过程遵循循的中心心法则，并并以流程程图(图图6)形形式呈现现出来。然然后。在在此基础础上向学学生介绍绍蛋白质质T程的的基本流流程：确确定蛋白白质的预预期功能能三维结结构应具备备的折叠叠状态应有的的氨基酸酸序列应有的的碱基序序列。学学生一旦旦领悟蛋蛋白质工工程的基基本原理理。应鼓鼓励他们们用简明明而准确确的短句句来陈述述蛋白质质工程原原理的基基本要点点。以上教学学构思是是个人对对高中生生物学新新课程标标准的肤肤浅认识识，仅供供同仁参参考。作者单位位：北京京市第四四中学