易志鋒++魏述濤

《DNA重組技術(shù)的基本工具》是人教版高中生物選修三專題一中的第一節(jié)內(nèi)容。課前，執(zhí)教老師給各小組（4人一組）隨機(jī)發(fā)放了一個(gè)大信封，大信封里有一條粉紅色小紙帶（其中一組無(wú)）、一把藍(lán)色剪刀、一把粉紅色剪刀（其中一組無(wú)）、小信封一個(gè)。小信封里有一條白色小紙帶、一卷電工膠布。大信封和小信封的封面上分別附有相應(yīng)的文字說(shuō)明。

一、創(chuàng)設(shè)情境，鋪設(shè)課題

（一）情境1：尋找話題

師：今天同學(xué)們都穿了班服，班服很漂亮，你覺(jué)得穿著舒適嗎？

生：舒適。

師：班服是用什么材質(zhì)做的呢？

生：100%純棉做的。

師：其實(shí)，很多衣物都是用純棉做成的，穿著十分舒適。今天，我們的話題就從棉花開(kāi)始，先看《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》的消息。2014年我國(guó)的棉花產(chǎn)量居世界第一位，但蟲(chóng)害較為嚴(yán)重。這就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的害蟲(chóng)。（課件出示害蟲(chóng)的圖片）

【評(píng)析】執(zhí)教老師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象切入教學(xué)，符合新課程倡導(dǎo)的“注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系”這一教學(xué)理念，有利于引入課題，啟發(fā)學(xué)生開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)。

（二）情境2：拓展延伸情境1，引出課題

師：今天，老師給大家推薦一款農(nóng)藥界的良心產(chǎn)品，它就是由湖北省農(nóng)科谷生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)的天誅牌蘇云金桿菌。為什么說(shuō)這款產(chǎn)品好呢？因?yàn)樗幸环N非常獨(dú)特的抗蟲(chóng)基因，叫做Bt毒蛋白基因。這種抗蟲(chóng)基因能夠控制合成Bt毒蛋白，對(duì)破壞玉米螟、二化螟、小葉蛾、菜青蟲(chóng)等害蟲(chóng)的消化系統(tǒng)，以及危害棉花生長(zhǎng)的棉鈴蟲(chóng)有“免疫”作用。請(qǐng)大家放心，老師在課堂上不推廣告也不賣農(nóng)藥，我只想請(qǐng)問(wèn)大家，這么好的一款產(chǎn)品，能否為我們?cè)谂嘤藁ㄐ缕贩N上提供借鑒呢？

生：可以培養(yǎng)能夠合成Bt毒蛋白的棉花新品種。

師：如何能讓棉花合成Bt毒蛋白？

生：將Bt毒蛋白基因進(jìn)行“剪切”后“拼接”到普通棉花的基因上。

師：你的想法非常棒，這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)DNA重組技術(shù)的基本工具。（板書(shū)課題）

【評(píng)析】執(zhí)教老師以推銷員的身份，用廣告的形式引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提出生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考培育棉花新品種的辦法，同時(shí)圍繞轉(zhuǎn)基因操作的“切割”“拼接”兩個(gè)步驟，引出“DNA重組技術(shù)的基本工具”這一學(xué)習(xí)內(nèi)容，完成了導(dǎo)入教學(xué)，這樣做能夠幫助學(xué)生樹(shù)立現(xiàn)代科技意識(shí)。

二、拓展情境，合作探索

（一）探究活動(dòng)1：“切割”含抗蟲(chóng)基因的DNA片段

1.課件展示含有抗蟲(chóng)基因（紅色區(qū)段）的DNA片段（紙條）

師：假如紙條上的紅色部分代表抗蟲(chóng)基因，那么我們要如何把抗蟲(chóng)基因剪下來(lái)呢？

生：用剪刀從兩端沿紅色部分剪開(kāi)。

師：假如紙帶上的抗蟲(chóng)基因用堿基對(duì)形式來(lái)表示，要如何剪？請(qǐng)大家打開(kāi)手中的大信封，依據(jù)大信封上的文字說(shuō)明開(kāi)展探究活動(dòng)。

大信封文字說(shuō)明——

探究活動(dòng)1：“切割”抗蟲(chóng)基因

1.取出大信封里的粉色小紙帶和剪刀。粉色小紙帶代表含抗蟲(chóng)基因的部分DNA序列，粉紅色剪刀代表EcoR Ⅰ，藍(lán)色剪刀代表SmaⅠ。

2.學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)教材內(nèi)容，制定目的基因“切割”方案，對(duì)目的基因進(jìn)行“切割”。

思考問(wèn)題：

1.EcoRⅠ和SmaⅠ是否都能“切割”出抗蟲(chóng)基因？請(qǐng)說(shuō)明理由。

2.如果可以切割，應(yīng)在哪里進(jìn)行切割？會(huì)切出怎樣的末端？

附加說(shuō)明：含抗蟲(chóng)基因的DNA（粉紅色小紙帶）兩端序列如下——

…ATGAATTCA……CTGAATTCG…

…TACTTAAGT……GACTTAAGC…

生：老師，我們的大信封里沒(méi)有粉紅色小紙帶。

師：恭喜這個(gè)幸運(yùn)的小組，你們獲得了唯一一個(gè)沒(méi)有粉紅色小紙帶的大紙帶，請(qǐng)用大紙帶完成小組探究活動(dòng)，然后給大家展示你們的探究成果。

師巡視并參與個(gè)別小組的討論與交流。

生：老師，我們小組沒(méi)有粉紅色剪刀。

師：有其他顏色的剪刀嗎？

生：有藍(lán)色剪刀。

師：很好，用藍(lán)色剪刀可以完成任務(wù)嗎？

生：不能。

師：為什么？

生：因?yàn)樗{(lán)色剪刀代表SmaⅠ，書(shū)上說(shuō)SmaⅠ只能切割CCCGGG的脫氧核苷酸序列，但我們拿到的紙帶上的抗蟲(chóng)基因兩端的核苷酸序列是GAATTC，只能用EcoRⅠ來(lái)切割，而粉紅色剪刀才代表EcoRⅠ。

師：你說(shuō)得對(duì)！特定的限制酶只能切割特定的核苷酸序列，這體現(xiàn)了限制酶哪一方面的特性？

生：酶的專一性。

師：哪個(gè)小組可以把粉紅色剪刀借給他們？

其中一組學(xué)生舉手表示可以。

師：你們小組有什么問(wèn)題？

生：限制酶可以識(shí)別特定的核苷酸序列并且切割特定的核苷酸之間的磷酸二酯鍵，但它不能切割氫鍵，我們?nèi)狈η懈顨滏I的工具。

師：哪個(gè)小組有切割氫鍵的工具？

其余小組表示沒(méi)有。

師：這個(gè)問(wèn)題要怎么解決呢？

生：我查過(guò)資料，資料上提到氫鍵的作用很小，不需要特定的工具切割就會(huì)斷裂。

師：這位同學(xué)不但善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還能夠嘗試解決問(wèn)題，非常值得我們學(xué)習(xí)。課后，同學(xué)們也可以嘗試設(shè)計(jì)更為合理的模型，現(xiàn)在請(qǐng)幸運(yùn)小組代表展示探究活動(dòng)的成果。（借助動(dòng)畫(huà)直觀展示限制酶的作用和特點(diǎn)，明確黏性末端、平末端以及磷酸二酯鍵和氫鍵的位置、斷裂原因等重難點(diǎn)知識(shí)，完成概念的生成）

2.現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，歸納提升

學(xué)生完成練習(xí)題：每種限制酶只能識(shí)別雙鏈DNA分子的某種 ；并使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的 斷開(kāi)，產(chǎn)生的末端類型有 和______。

【評(píng)析】該探究活動(dòng)環(huán)節(jié)是本課教學(xué)的亮點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)意圖的主要體現(xiàn)。首先，執(zhí)教老師讓學(xué)生自主探究切割目的基因，引導(dǎo)學(xué)生理解限制酶的專一性特性。其次，執(zhí)教老師設(shè)計(jì)了一個(gè)小組沒(méi)有剪刀，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，揭示工具的重要性，符合新課程倡導(dǎo)的“探究性學(xué)習(xí)”理念。從學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到自主解決問(wèn)題，執(zhí)教老師因勢(shì)利導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生思考并改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，使學(xué)生形成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。最后，從學(xué)生探究活動(dòng)到利用動(dòng)畫(huà)展示知識(shí)結(jié)構(gòu)，歸納總結(jié)，加深了學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的理解，體現(xiàn)了概念教學(xué)模型化的特色。

（二）探究活動(dòng)2：拼接兩個(gè)DNA分子

師：現(xiàn)在每個(gè)小組都獲得了“抗蟲(chóng)基因”。那么，抗蟲(chóng)基因如何與棉花自身的DNA進(jìn)行“拼接”呢？請(qǐng)同學(xué)們打開(kāi)小信封，按照小信封上的文字說(shuō)明，完成兩個(gè)DNA分子的“拼接”。

小信封文字說(shuō)明——

探究活動(dòng)2：拼接兩個(gè)DNA分子

1.取出小信封里的白色小紙帶和電工膠布。白色小紙帶代表要與目的基因拼接的DNA部分序列，電工膠布代表DNA連接酶。

2.以小組為單位，運(yùn)用正確的工具“切割”白色小紙帶上的DNA分子，并與抗蟲(chóng)基因進(jìn)行“拼接”。

思考問(wèn)題：

什么樣的DNA末端可以被“拼接”？為什么？怎樣得到這樣的末端？

附加說(shuō)明：待拼接的DNA片段（白色小紙帶）如下——

…CCACTCGAATTCAACTC…

…GGTGAGCTTAAGTTGAG…

學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)并思考問(wèn)題，思考“拼接”的思路，動(dòng)手操作完成探究活動(dòng)。幸運(yùn)小組用一張白色小紙帶模擬操作。

師：什么樣的DNA末端可以被“拼接”，為什么？

生：相同的黏性末端才可以被“拼接”，因?yàn)樾枰獕A基互補(bǔ)配對(duì)。

師：如何得到相同的黏性末端？

生：用相同的限制酶切割基因就能獲得相同的黏性末端。

師：回答正確！這說(shuō)明大家掌握了限制酶的作用特點(diǎn)和“黏性末端”這一重要概念。哪個(gè)小組來(lái)展示你們的探究成果？

其中一個(gè)小組的學(xué)生代表展示學(xué)習(xí)成果，教師發(fā)現(xiàn)該小組展示作品均只是展示了作品的正面，從正面看，“拼接”結(jié)果基本正確。

師：接下來(lái)請(qǐng)幸運(yùn)小組展示他們的探究成果。

幸運(yùn)小組展示探究成果。

師：同學(xué)們對(duì)比展示作品和自己的作品，思考“拼接”方式一樣嗎？

生：基本相同。

師：請(qǐng)幸運(yùn)小組把作品的背面展示給大家看。

小組代表展示作品的背面。

生：背面的膠布貼錯(cuò)了。

師：錯(cuò)在哪兒？

生：膠布模擬DNA連接酶，作用是形成磷酸二酯鍵，它們除了連接磷酸二酯鍵，還連接了氫鍵。

師：氫鍵要如何處理？

生：氫鍵之間的作用十分微弱，不需要專門的酶就會(huì)斷裂，我認(rèn)為形成的時(shí)候也不需要專門的酶。

師：這位同學(xué)的推理對(duì)嗎？實(shí)際上，正是基于這樣的原因，教材中才沒(méi)有明確說(shuō)明氫鍵斷裂和形成需要相關(guān)的酶。

師：剛才給大家提供了黏性末端的“拼接”模型，接下來(lái)我們通過(guò)動(dòng)畫(huà)展示平末端是如何連接的。（動(dòng)畫(huà)展示E-colI DNA連接酶和T4 DNA連接酶的連接過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行比較和歸納。）

【評(píng)析】小信封里的思考題起到了承上啟下的作用，既總結(jié)了限制酶作用的結(jié)果，又引出了“拼接”的前提。執(zhí)教老師通過(guò)“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”促使知識(shí)的生成，而學(xué)生在運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的過(guò)程中也學(xué)會(huì)了歸納的方法。此外，執(zhí)教老師通過(guò)學(xué)生活動(dòng)和生生評(píng)價(jià)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、論證問(wèn)題的過(guò)程，從而達(dá)成了共識(shí)，體現(xiàn)了合作探究學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)。

三、精解案例，系統(tǒng)歸納

例題：判斷以下兩組DNA能否拼接成重組DNA分子，并說(shuō)明理由。

第一組：

含目的基因的DNA片段：

…ACTCCCGGGTG……TACCCGGGCCT…

…TGAGGGCCCAC……ATGGGCCCGGA…

待拼接的DNA片段：

…CTGCTTACCCGGGTTATT…

…GACGAATGGGCCCAATAA…

第二組：

含目的基因的DNA片段：

…TATGAATTCAG……TACCCGGGTC…

…ATACTTAAGTC……ATGGGCCCAG…

待拼接的DNA片段：

…CTCCCACTCGAATTCAACTCCCAC…

…GAGGGTGTGCTTAAGTTGAGGGTG…

生：第一組DNA可以拼接成重組DNA分子，因?yàn)槟康幕騼啥撕痛唇覦NA均含有堿基對(duì)序列

…CCCGGG…

…GGGCCC…

用限制酶SmaⅠ切割目的基因兩端和待拼接DNA可以形成相同的平末端，用T4DNA連接酶拼接平末端可以形成重組DNA分子。

生：第二組不可以，因?yàn)槟康幕騼啥艘脙煞N限制酶切割，形成一個(gè)黏性末端和一個(gè)平末端，待拼接DNA只能被EcoRⅠ切割，形成一種黏性末端，平末端和黏性末端不能拼接。

師：能否總結(jié)一下，什么樣的DNA可以進(jìn)行“拼接”？

生：目的基因要和待拼接DNA具有相同的黏性末端或者平末端才可以進(jìn)行“拼接”。

師：一般情況下，如何能夠得到具有相同黏性末端的兩個(gè)DNA分子？

生：通常需要對(duì)兩個(gè)DNA分子用同種限制酶進(jìn)行切割。

師：不同的限制酶也能夠切割出相同的黏性末端嗎？

生沉默表示不知道。

師：這樣吧，我們先留個(gè)懸念，一會(huì)兒通過(guò)解題來(lái)加深理解。

【評(píng)析】執(zhí)教老師通過(guò)分析例題，將限制酶與DNA連接酶的作用特點(diǎn)及作用進(jìn)行有效串聯(lián)，解決了從理論知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題；讓各小組表達(dá)自己的觀點(diǎn)，則體現(xiàn)了教學(xué)要“面向全體學(xué)生”的課程理念。

四、當(dāng)堂鞏固，拓展提升

完成下列練習(xí)題

1.下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（ ）

A.二者的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。

B.二者作用部位都是磷酸二酯鍵和氫鍵。

C. T4DNA連接酶可以連接平末端和黏性末端。

D.限制酶作用的結(jié)果是產(chǎn)生平末端或黏性末端。

2.（2012.課標(biāo)·改編）某DNA分子用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的DNA片段如下：

AATTC……G

G……CTTAA

為使該DNA能夠與目的基因相連，含有目的基因的DNA除了用EcoRⅠ切割，還可以用另一種限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割，該酶必須具有的特點(diǎn)是 。

3.原核生物很容易受到外源DNA入侵，但在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，原核生物卻沒(méi)有因?yàn)橥庠碊NA的入侵而滅絕。根據(jù)我們所掌握的知識(shí)，你能夠推測(cè)這其中的原因嗎？

學(xué)生針對(duì)習(xí)題1中的每一個(gè)選項(xiàng)做出解析。

對(duì)于習(xí)題2，教師引導(dǎo)學(xué)生回憶課堂上總結(jié)的能夠拼接的兩個(gè)DNA需要具備的條件，由此引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)得出，使不同限制酶切割的DNA相連，必備條件是不同的限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端相同。

習(xí)題3作為對(duì)限制酶作用的拓展，在學(xué)生思考討論的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)行提示，比如：外源DNA入侵→抵抗DNA入侵→破壞外源DNA→限制酶的作用→限制酶的特點(diǎn)→自身DNA如何避免被“切割”。

【評(píng)析】當(dāng)堂訓(xùn)練是測(cè)評(píng)學(xué)生是否掌握所學(xué)知識(shí)的有效手段。執(zhí)教老師設(shè)計(jì)的題目層次分明，難度層層遞進(jìn)，滿足了學(xué)生多元化的學(xué)習(xí)需求。習(xí)題2是對(duì)高考題的改編，既聚焦了高考熱點(diǎn)題型“文字表述題”，又體現(xiàn)了高考理綜選做題的考查形式。習(xí)題3則讓學(xué)生從進(jìn)化論角度理解限制酶在原核生物中的作用，豐富了學(xué)生對(duì)限制酶的理解，是對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的補(bǔ)充，體現(xiàn)了知識(shí)的完整性。

五、歸納總結(jié)，承上啟下

師：今天，同學(xué)們受蘇云金桿菌的啟發(fā)，嘗試?yán)孟拗菩院怂醿?nèi)切酶和DNA連接酶，通過(guò)建模完成了將抗蟲(chóng)基因和棉花DNA進(jìn)行“切割”和“拼接”的模擬操作。我們希望將重組DNA分子直接導(dǎo)入棉花細(xì)胞，完成定向改造棉花的設(shè)想，從而解決棉花生長(zhǎng)過(guò)程中面臨的蟲(chóng)害問(wèn)題。探索科學(xué)發(fā)展的道路是曲折的，重組DNA分子能否在棉株體內(nèi)細(xì)胞中穩(wěn)定存在呢？是否還需要?jiǎng)e的工具？下節(jié)課我們繼續(xù)探討。

【總評(píng)】

這節(jié)課主線清晰，學(xué)習(xí)方式多樣，主要通過(guò)探究性學(xué)習(xí)突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)”引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，抓住中心點(diǎn)。執(zhí)教老師牢牢抓住限制酶和連接酶這兩個(gè)工具酶進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，利用建模的形式引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)，自主建構(gòu)知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)教學(xué)的目標(biāo)。

第二，突破重難點(diǎn)。執(zhí)教老師利用“模型建構(gòu)法”，讓學(xué)生分組合作探究，由使用限制酶EcoRI入手，再通過(guò)與限制酶SmaI進(jìn)行比較，得出限制酶和DNA連接酶的特點(diǎn)，突破了學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

第三，找準(zhǔn)切入點(diǎn)。課前，執(zhí)教老師精心制作教具，設(shè)計(jì)活動(dòng)環(huán)節(jié)，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已知含有抗蟲(chóng)基因的DNA片段如何切割、用什么切割、在哪里切割、切割后會(huì)出現(xiàn)什么情況等進(jìn)行探究，以“切割”作為知識(shí)學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)，準(zhǔn)確而恰當(dāng)。

第四，理清知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)中，學(xué)生探究活動(dòng)的難點(diǎn)是如何正確處理動(dòng)手操作與知識(shí)梳理的關(guān)系。執(zhí)教老師采用“模型構(gòu)建”的策略，完成了知識(shí)梳理這一學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示、及時(shí)歸納等方法，促使學(xué)生深入理解知識(shí)，達(dá)到了知識(shí)內(nèi)化的目的。

此外，通過(guò)討論問(wèn)題和課后練習(xí)，學(xué)生知道了如何運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高了知識(shí)的遷移運(yùn)用能力。

[本課例在中南六?。▍^(qū)）生物教學(xué)研討會(huì)上榮獲課例評(píng)比一等獎(jiǎng)]

（責(zé)編 歐孔群）