【說明】：此教學設計任務由南京曉莊學院現代教育技術課程老師yqiong參與教師-維基星光計畫進行wiki教學而發布。此詞條為範例詞條，由陳薈選定主題並負責、參與現代教育技術課程的所有同學協作共同完成！
一、基本信息：
二、學習者特徵分析
:
學生已經學習了原核細胞基因和真核細胞基因的結構,知道基因的功能，學生很想進一步了解人類通過基因工程對生物的基因進行重新拼接，定向地改變生物的遺傳特性，從而產生出人類所需要的基因產物。
三、學習內容分析：
本節課的教學內容是鳳凰教育出版社、高中課程標準實驗教材選修3中的第一章《基因工程的簡介》。是在原有的知識基礎：已經學習了原核細胞基因和真核細胞基因的結構,知道基因的功能，基因特異性表達。對定向改變生物的性狀，創造出有益於人類的性狀的深入認識。
四、教學目標分析:
1．知識方面
（1）基因工程的概念（知道）。
（2）基因操作的工具和基本步驟（知道）。
（3）基因工程所取得的成果以及發展前景（知道）。
2．態度觀念方面
（1）通過學習基因操作的工具和基本步驟，形成結構與功能相統一的基本觀點。
（2）通過學習了解基因工程的發展前景及成果，培養理論聯繫實際的良好學風。
（3）通過學習了解我國基因工程的發展前景及成果，激發學生對於生物知識的興趣，開闊學生的思路，培養學生的愛國主義熱情，樹立在學習上努力刻苦的決心。
3．能力方面
（1）通過對書中插圖、照片等的觀察，學會科學的觀察方法，培養觀察能力。
（2）能利用課本以外的資料和信息解決課內學習中發現的問題，從而培養學生自主學習能力，為終身學習、後續學習打下堅實的基礎。
（3）通過對基本概念、基本原理、科學方法的正確理解和掌握，逐步形成比較、判斷、推理、分析、綜合等思維能力，具備能運用學到的生物學知識評價和解決某些實際問題的能力。
（4）通過對基因操作基本步驟的學習，使學生在理解步驟的同時，舉一反三，對於其他基因工程操作實例做到能理解、能介紹，從而培養學生對相關知識的理解能力及良好的語言表達能力。
五、教學重點與難點：
重點
基因操作的工具和基本步驟。
難點
限制性內切酶和運載體的作用。
提取目的基因的方法和目的基因導入受體細胞的途徑。
六、教學策略的選擇與設計
我將教材內容作了適當的調整，先由以前性狀的知識積累，導入課題基因工程。較自然地引出基因工程的概念，操作的三個工具。利用三個工具如何進行基因操作呢？首先播放基因操作的動畫，給學生一個整體的認識。然後具體落實“四步曲”，最後，結合“基因操作的基本步驟示意圖”總結三個工具，四個步驟。在此基礎上順利成章地歸納總結基因工程的概念及優點。組織學生構想在生產實踐中的套用，使知識得到延伸。最後分組設計一個轉基因生物的流程圖，並組織交流，作為對知識的鞏固。
七、教學過程與媒體資源
教學過程
一、問題導入：
1.生物之所以體現出各種形態是基因表達的結果，各種生物間的性狀千差萬別這是因為這些性狀都是基因特異性表達的結果。例如：青黴菌能產生對人類有用的抗生素——青黴素。豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮氣。人的胰島B細胞能分泌胰島素調節血糖的濃度等等。
2.那么人類能不能改造基因呢？能不能使本身沒有某個性狀的生物具有某個特定性狀呢？
二、基因工程的概念：
在生物體外，通過對DNA分子進行人工“切割”和“拼接”，對生物的基因進行改造和重新組合，然後導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物。
概念中要強調的詞語：
基因工程的別名：基因拼接技術或DNA重組技術
操作環境：生物體外
操作對象：基因
操作水平：DNA分子水平
基本過程：剪下→拼接→導入→表達
結果：人類需要的基因產物
三、基因操作的工具：
《1》教師
通過對基因工程概念的理解，我們知道其操作水平是在DNA分子水平，用普通的操作工具能夠在如此微觀的條件下操作嗎？
１、 基因的剪刀──限制性核酸內切酶（限制酶）
剪刀一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，並在特定的切割點上將DNA分子切斷。目前已發現的限制酶有200多種。
２、基因的針線──DNA連線酶
連線酶的作用是：將互補配對的兩個黏性末端連線起來，使之成為一個完整的DNA分子。
3、基因的運輸工具——運載體
要讓一個從甲生物細胞內取出來的基因在乙生物體內進行表達，首先得將這個基因送到乙生物的細胞內去！能將外源基因送入細胞的工具就是運載體。
運載體必須同時滿足三個要求：①能與目的基因結合；②能進入受體生物細胞並在受體生物細胞內複製並表達；③比較容易得到。
科學家發現大腸桿菌、枯草桿菌等的質粒能同時滿足以上三個要求。
《學生》
學生以小組為單位討論
學生觀察後回答迴文序列的特點。
學生根據動畫歸納限制酶識別、切割DNA分子的作用。
學生回憶酶的專一性
學生模擬剪下和拼接的過程。
學生髮現切口處沒有連線。
學生分析不同生物的DNA分子結構、化學組成。
學生看書後回答
根據質粒的特點理解常用作運載體的原因
四、基因操作的基本步驟：
《教師》
１、提取目的基因——將需要的基因從供體生物的細胞內提取出來。
目的基因獲取方法：①鳥槍法②分子雜交法③逆轉錄法
④人工合成法
提取目的基因目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇雲金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。
2、目的基因與運載體結合
用與提取目的基因相同的限制酶切割質粒使之出現一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對後，在DNA連線酶的作用下連線形成重組DNA分子
步驟：（1）用一定的限制酶切割質粒，使其出現一個有粘性末端的切口。
（2）用同種限制酶切斷目的基因，產生相同的粘性末端。
（3）將切下的目的基因片段，插入到質粒的切口處，再加入適量的DNA連線酶，使質粒與目的基因結合成重組質粒
目的基因與運載體結合3、將目的基因導入受體細胞
①導入方法：借鑑細菌或病毒侵染細胞的途徑。
②導入過程：運載體為質粒，受體細胞為細菌，一般是將細菌用CaCl2處理，以增大細菌細胞壁的通透性，使含有目的基因的重組質粒進入受體細胞。
目的基因導入4、目的基因的檢測和表達
前三步的處理十分繁鎖，為保證目的基因得到有效利用，通常用大量的受體細胞來接受不多的目的基因。這樣，處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。
細菌的檢測，將每個受體細胞單獨培養形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產物。淘汰無表達產物的菌落，保留有表達產物的進一步培養、研究。
《學生》
學生結合課件，回答。
學生歸納鳥槍法的具體做法。
學生思考後回答 真核細胞基因和原核細胞基因編碼區的不同點，所以兩種胰島素不同。
學生回答兩種方法：反轉錄法、根據胺基酸序列得到目的基因
學生討論得出：根據密碼子表首先推測出相應的信使RNA序列，然後按鹼基互補配對原則，推測出結構基因的核苷酸序列，再通過化學方法合成目的基因。
學生根據一個胺基酸可能有多個密碼子，及真核細胞基因的特點回答。
學生分小組討論得出：
1、用同一種限制酶切割質粒和目的基因，使其產生相同的粘性末端。
2、用DNA連線酶，形成重組DNA。
學生根據相同粘性末端結合時的隨機性，推理出可能的三種DNA分子：
學生根據運載體上的標記基因的作用回答。
學生寫出轉錄、翻譯過程
五、基因工程的成果與發展前景
１、基因工程與醫藥衛生
許多藥品的生產是從生物組織中提取的。受材料來源限制產量有限，其價格往往十分昂貴。
微生物生長迅速，容易控制，適於大規模工業化生產。若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產生相應的藥物，不但能解決產量問題，還能大大降低生產成本。
２、基因工程與農牧業、食品工業
運用基因工程技術，不但可以培養優質、高產、抗性好的農作物及畜、禽新品種，還可以培養出具有特殊用途的動、植物。
（1）、轉基因魚：生長快、耐不良環境、肉質好的轉基因魚(中國)
舉例（2）、轉基因牛：乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)
（3）、轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒
3、基因工程與環境保護
⑴ 環境監測：基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環境中的病毒、細菌等污染。
⑵ 環境污染治理：基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環境的物質。
媒體資源
多媒體，黑板，粉筆
八、教學流程圖：
基因工程教學流程九、教學評價：
1、學生自評表：
知識評價：
我知道了基因工程的概念
我掌握了基因工程的操作步驟
我能自己畫出基因工程的流程
學生課堂表現評價
認真、積極、自信、善於與人合作、思維的條理性、思維的創造性
能力評價：
和自己比，這節課我能拿個“”（A、B、C、D）。
2、教師評價：
3,、隨堂練習測試後評價
一、選擇題：每小題只有一個選項符合題意。
1．良種試管牛的繁殖過程是：用激素促進甲牛多排卵，然後把卵細胞在體外與人工採集的乙牛的精子進行受精，在特定培養基上培育成胚胎，再把胚胎送入經過激素處理的丙牛的子宮內，孕育成試管牛。下列相關敘述錯誤的是
A．產生試管牛的生殖方式屬於有性生殖
B．處理甲牛的激素可能是孕激素
C．甲牛、乙牛對試管牛核基因的貢獻相同
D．該技術可套用於加速優良種畜的繁殖
2．mRNA上的終止密碼子不編碼胺基酸。與之相對應的DNA片段位於
A．編碼區下游的非編碼區中B．基因編碼區最末端的內含子中
C．基因編碼區內D．基因的最末端
3．下表關於基因工程中有關基因操作的名詞及對應的內容，正確的組合是
供體 剪刀 針線 運載體 受體
A 質粒 限制性內切酶 DNA連線酶 提供目的基因的生物 大腸桿菌等
B 提供目的基因的生物 DNA連線酶 限制性內切酶 質粒 大腸桿菌等
C 提供目的基因的生物 限制性內切酶 DNA連線酶 質粒 大腸桿菌等
D 大腸桿菌等 DNA連線酶 限制性內切酶 提供目的基因的生物 質粒
4．下列關於基因結構的認識中，正確的是
A.大豆基因中內含子是能夠編碼蛋白質的序列
B.乳酸菌與酵母菌基因結構中都存在外顯子和內含子
C.大腸桿菌基因與RNA聚合酶結合位點位於編碼區的下游
D．水稻細胞基因的編碼區中存在非編碼序列
5．下圖示真核生物染色體組成。1、2、3、4分別表示
A．胸腺嘧啶、非編碼區、內含子、外顯子
B．胸腺嘧啶、非編碼序列、外顯子、內含子
C．尿嘧啶、非編碼區、外顯子、密碼子
D．尿嘧啶、非編碼序列、內含子、外顯子
6．細胞質遺傳表現為母系遺傳。下列對母系遺傳的說法最確切的是
A．後代性狀一定與母本相同
B．後代性狀由母本遺傳物質控制
C．後代不會發生性狀分離D．母系遺傳現象是由RNA決定的
7．在基因工程中限制性內切酶是一種重要的工具酶，這種酶
A．是一種RNA分子
B．主要存在於真核生物中
C．能識別基因中的非編碼區鹼基序列
D．本身的合成是受基因控制的
8．下列關於染色體和質粒的敘述，正確的是
A．兩者的化學本質相同B．兩者均可作為基因工程的運載體
C．兩者均與生物的遺傳有關D．兩者均可存在於原核生物細胞中
9．在人體蛋白質代謝過程中，通常不涉及的酶是
A．限制性內切酶B．解鏇酶C．轉氨酶D．蛋白酶
10．下列關於基因結構的敘述中，正確的是
A．水稻細胞基因的編碼區中存在不能編碼蛋白質的序列
B．大豆細胞基因結構中內含子存在於非編碼區，不能編碼蛋白質的序列
C．大腸桿菌基因的RNA聚合酶結合位點位於編碼區的下游
D．乳酸菌與酵母菌基因結構中都存在外顯子和內含子
11.DNA探針能用於檢測
A.地方性甲腫病患者B.B肝患者
C.骨質軟化病患者D.缺鐵貧血病患者
12．下列有關基因的敘述，正確的有
①基因是具有遺傳效應的DNA片段，全部位於染色體上②自然選擇使基因發生定向變異③某基因的頻率就是該基因在種群基因庫中所占的比例④每一個基因都包含編碼區和非編碼區⑤人體內的肝臟細胞和血紅細胞所含的基因相同
A．1種 B．2種 C．3種 D．4種
13．在一個真核細胞某基因的編碼區中，有2個外顯子和1個內含子，測得兩個外顯子分別有120個和180個鹼基，內含子有36個鹼基，那么該基因最多能編碼的胺基酸個數是
A．112 B．100 C．56 D．50
14．基因治療是指
A．運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發生基因突變而恢復正常
B．運用基因工程技術，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的
C．把健康的外源基因導人到有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的
D．對有缺陷的基因進行修復，使其恢復正常，達到治療疾病的目的
15．現有兩個小麥品種A和B。如果想獲得具有A品種細胞質和B品種細胞核的新個體要採取
A．♀A×♂B的後代為母本連續與B雜交、選種
B．♀A×♂B的後代為母本連續與A雜交、選種
C．♀B×♂A的後代為母本連續與A雜交、選種
D．♀B×♂A的後代為母本連續與B雜交、選種
16.依右圖有關工具酶功能的敘述，不正確的是
A．切斷a處的酶為限制性內切酶
B．連線a處的酶為DNA連線酶
C．切斷b處的酶為解鏇酶
D．連線b處的酶為RNA聚合酶
17.幹細胞是一種尚未充分分化的未成熟細胞，它具有再生各種組織、器官的潛能，醫學家們正嘗試利用幹細胞治療一些頑疾，如用骨髓移植法有效治療白血病便是成功的例證。下列說法中不正確的是
A.造血幹細胞在骨髓中可分化發育成T淋巴細胞和B淋巴細胞
B.利用幹細胞治療某些頑疾，是因為幹細胞的分化程度低，其全能性較高
C.骨髓移植時必須是供者與受者的主要HLA有一半以上相同
D.異體骨髓移植成功後，康復者的血型有可能發生改變但不會遺傳
18．關於紫茉莉的敘述，不正確的是
A．白色植株上能開紅花 B．白色枝條上能開紅花
C．花斑枝條上能開紅花 C．綠色植株上能開紅花
19．下列有關基因工程的敘述中，錯誤的是
A．蛋白質中胺基酸序列可為合成目的基因提供資料
B．基因探針是指用放射性同位素或螢光分子等標記的DNA分子
C．相同黏性末端只是通過鹼基對的配對而連線的
D．基因治療主要是把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中
20．紫茉莉的遺傳信息儲存於它的
A.DNA或RNA分子，在細胞核與細胞質中B.DNA分子,在細胞核中
C.DNA和RNA分子，在細胞核與細胞質中D.DNA分子,在細胞核與細胞質中
三、非選擇題
1．人類牙病的一種性狀表現是由於牙本質發育不良，導致牙釉質易破碎，使兒童時期牙齒就易受損傷，該病稱為乳光牙。我國科學家在研究中發現，該遺傳病的控制基因是DSPP基因，該基因的第3外顯子的一段鹼基序列是決定谷氨醯胺（一種胺基酸）密碼子的，但卻變成決定終止密碼子的序列。請回答：
（1）乳光牙致病基因是形成的。
（2）已知谷氨醯胺密碼子分別是CAA和CAG，那么DSPP基因第3外顯子與上述密碼子相對應的鹼基序列是；由於第3外顯子鹼基序列的變化，導致所決定的肽鏈結構的顯著改變是，因此使牙齒髮育異常。
（3）從上述材料中有關基因結構的敘述和已學過的有關知識可知：在真核細胞中，能夠編碼蛋白質的基因中含有。
（4）科學家對乳光牙致病基因進行檢測是用被標記的DNA分子做探針，鑑定基因的鹼基序列，這種方法遵循的原理是；如果科學家要對該病進行基因治療，目前一般採取的方法是______________________。
2．胰島素是治療糖尿病的重要藥物。1978年，美國科學家用化學方法合成的人胰島素基因與質粒結合併導入大腸桿菌，成功生產出人的胰島素。請分析並回答：
（1）判斷某人患糖尿病的主要依據是。
（2）化學方法合成的人胰島素基因與人體內的胰島素基因在結構上的區別是。
（3）下圖A－D段表示質粒的某基因，B表示RNA聚合酶結合位點。請在方框內用箭頭表示出RNA聚合酶在C上的移動方向。為使目的基因直接表達，目的基因插入的最佳位點是圖中的處（填數字序號）。
（4）基因工程被用於培育抗蟲植物等，如：轉胰蛋白酶抑制劑基因的蔬菜，對該蔬菜處理不當，可能給人體帶來的負面影響是。
3．在生命科學研究中，“放射性同位素示蹤”是經常使用的研究手段。某生物科研所做了如下幾個科學實驗，請仔細閱讀分析並回答有關問題。
（1）將大腸桿菌的DNA分子用3H標記後，放在普通培養基上按圖甲所示方式繁殖八代，那么在子代中含3H標記的DNA分子的比例是________。若其細胞中DNA分子在複製過程中出現差錯，那么該細胞的結構功能________(一定或不一定)發生改變，其可能的原因是________。
（2）上圖乙所示，科研人員合成了一段含15N的特定DNA片段。用它作為探針，利用________原則，可檢測待測標本中的遺傳信息，目前在環境監測方面可用於________，這項技術的原理是________________。
（3）科研人員選取一棵健壯的植物幼苗，將它的一片葉用透明塑膠袋密封，施加14CO2(如上圖丙所示)，用以探究土壤溫度和氣溫對其體內有機物運輸方向的影響。控制不同溫度條件，分別在A、B處測定含14C的有機物含量，記錄的實驗數據如下：
氣溫：17.7
土溫：22.4 氣溫：22.4
土溫：17.7
A 14 2l
B 24 11
該實驗結果說明：________________________。
4．一位女性患有嚴重複合型免疫缺陷病(SCID)，主要表現為缺乏腺苷酸脫氨酶(簡稱ada)，而腺苷酸脫氨酶是免疫系統完成正常功能必需的，因此，她不能抵抗任何微生物的感染，只能在無菌條件下生活。患者由於從父母處各繼承了一個腺苷酸脫氨酶缺失基因，導致體內無法合成腺苷酸脫氨酶。運用現代生物技術進行治療後，患者的免疫功能得到了很大的修復。右圖表示治療SCID的過程，請據圖回答：
(1)要獲得攜帶人正常ada基因的細菌，需要的工具酶包括____________。
(2)參與治療SCID的病毒a核酸中不含有的鹼基是____________，細菌內的ada基因整合到病毒的核酸上，依賴病毒對細菌的____________過程。
(3)治療過程中，病毒起____________的作用
(4)T淋巴細胞由____________細胞在胸腺中發育而成，能隨_________和____________在體內流動。
(5)進入T細胞的ada基因發揮治療作用的標誌是________________________。
5．通過DNA重組技術使原有基因得以改造的動物稱為轉基因動物。運用這一技術使羊奶中含有人體蛋白質，下圖表示了這一技術的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是一G↓GATCC一，請回答：
(1)從羊染色體中“剪下，，羊蛋白質基因的酶是。人體蛋
白質基因“插入”後連線在羊體細胞染色體中時需要的酶是。
(2)請畫出質粒被切割形成黏性末端的過程圖。
(3)人體蛋白質基因之所以能“插入”到羊的染色體內，原因是
，“插入”時常用的工具是。
6．(淮安市2005～2006學年度高三年級第三次調查測試)下面甲圖中DNA決定某一多肽鏈中的酪氨酸和丙氨酸過程示意圖，乙圖示樣品DNA經PCR技術(聚合酶鏈式反應)擴增，可以獲取大量DNA克隆分子。分析回答：
(1)甲圖中含有種核苷酸；丙氨酸的遺傳密碼子是。該圖表示了DNA中遺傳信息的過程。
(2)有一種貧血症是血紅蛋白分子的一條多肽鏈上，一個酪氨酸被一個苯丙氨酸所替代造成的。此種貧血症的根本原因是，即發生了改變。
(3)乙圖的“PCR”與人體內的DNA複製相比有何特殊之處?。
(4)現在要通過“PCR”得到甲圖中DNA片段的1024個克隆片段，則至少要向試管中加入
個腺嘌呤脫氧核苷酸。
7.科學家曾做過這樣的實驗：野生長翅果蠅幼蟲在25℃條件下培養皆為長翅，35℃條件下處理6—24h後培養得到殘翅（已知野生果蠅皆為長翅）。如何解釋這一現象呢？請你對出現殘翅果蠅的原因提出你的假說，並進一步設計實驗驗證你的假說
（1）假說：__________
（2）簡要敘述驗證過程及結果：__________
（3）基因對性狀的控制有兩種情況：甲：基因通過控制__________來控制代謝過程，從而控制生物的性狀；乙：基因通過控制__________來直接影響性狀。你假設中與性狀有關的基因屬於__________基因。(“甲”或“乙”)
（4）你認為基因、環境因素、性狀三者的相互關係是怎樣的？__________7、
十、備註與反思
1、基因工程中涉及很多抽象的分子生物學的技術，通過限制酶的動畫演示、DNA的剪下和拼接的模擬實驗，讓學生對三個工具形成正確認識。結合課件，在教學中組織學生觀察、實驗、討論、交流，體現了面向全體學生，提高生物科學素養，倡導探究性學習的新課程理念。
2、在基因操作的教學中巧設問題情景，引導學生在思考中學習新知識，並恰當地與舊知識進行整合，有利於學生建立完整的知識體系。
3、根據教學內容的需要，本人製作了動畫課件、實物教具，很好地解決了教學中的重點和難點問題。
4、課堂教學的設計思路，教材內容的適當調整，教學手段的多樣化等方面體現了創新教育、體現了素質教育。
