基于模型建构的“基因工程的应用”教学设计.docxVIP

基于模型建构的“基因工程的应用”教学设计

1教材及学情分析

“基因工程的应用”一节是人教版高中生物《选择性必修3·生物技术与工程》第三章第三节的内容。学生在此之前学习了基因工程的基本工具和基本操作程序，已经有了足够的理论基础。“基因工程的应用”一节中列举了基因工程在植物、动物、医药、医疗诊断等多方面的應用，教师在教学时若泛泛而谈或者面面俱到，均不能让学生深入理解基因工程的基本操作程序，突破操作程序中的难点。因此，下面以新冠病毒的重组蛋白疫苗为例，引导学生针对新冠病毒重组蛋白的研制，先讨论出基本概念模型，然后逐步完善，并利用交互式动画，构建基因表达载体的物理模型，使学生在构建物理模型的过程中了解在基因工程基础上发展起来的蛋白质工程技术，为学习下一节打好基础。

2教学目标

（1）阐明基因工程的基本操作程序，构建基本的概念模型。

（2）能结合情境，构建新冠病毒重组蛋白疫苗的制作流程，完善概念模型;利用交互式动画构建基因表达载体的物理模型;提高科学思维，获得解决实际问题的探究能力。

（3）通过构建物理模型，理解蛋白质工程的原理。

（4）认同我国在疫苗研发上的飞速发展及在全球抗疫中的卓越成就，增强社会责任素养和民族自豪感。

3教学过程

3.1创设情景，导入新课

教师简单介绍武汉抗击新冠肺炎疫情的过程、全球新冠疫情防控情况，引出我国接种的新冠疫苗，提示学生关注新冠疫苗的研发。教师利用新冠肺炎在全球的蔓延及其对人类的健康、生产、生活带来的巨大影响，让学生认识到疫苗接种与疫苗研发的重要性，引起共情，激发学生学习热情。

3.2教师以S蛋白生产为例，引导学生回顾基因工程的基本流程

教师展示新冠病毒的图片并介绍它的基本结构、组成成分及新冠病毒侵染人体大致过程，让学生知道感染的关键是新冠病毒的刺突蛋白（S蛋白）。S蛋白是一种糖基化修饰的蛋白质，能与人体的血管紧张素转化酶2（ACE2受体）识别和结合，引导学生联想到疫苗研发的关键可以利用S蛋白。

教师播放新冠病毒灭活疫苗与蛋白疫苗的作用原理视频，提问：重组蛋白疫苗的优点是什么？学生在已有的免疫调节知识背景下，能很快理解灭活疫苗的作用原理，明确“蛋白疫苗的优点是生产成本低，对人体更安全”，认识到生产蛋白疫苗的必要性。

教师展示资料：①中国科学院等利用基因工程的方法在工程细胞中获取抗原蛋白，制作重组蛋白疫苗。②中国科学家率先获得新冠病毒全基因组序列，并向全世界无私的分享了这一成果，后又测出S蛋白的基因序列。教师要求学生以S蛋白的生产为例，回顾基因工程的基本操作程序，并提问：基因工程的基本操作程序是什么？为了获得S蛋白，该目的基因可以导入的受体细胞是哪种细胞？为什么？

学生回顾基因工程的基本操作程序，构建基本概念模型（图1），得出：应该将S蛋白的基因导入真核细胞，因为真核细胞具有内质网和高尔基体，可以对蛋白质进行修饰。

设计意图：教师引导学生分析资料，让学生了解S蛋白的基因和S蛋白，促进学生利用所学知识初步推断重组蛋白疫苗的制作流程，构建基本的概念模型，训练学生的科学思维和逻辑推理能力。

3.3学生画出利用转基因植物获得S蛋白的流程图

教师提问：我国的新冠病毒重组蛋白疫苗的蛋白质是导入CHO（仓鼠卵巢细胞）细胞中获得的，但动物细胞培养的成本会较高，为什么？学生思考后，回答：动物细胞培养需要无菌且无毒的环境、适宜的温度、pH、气体环境，还要提供各种营养物质，如糖类、氨基酸。

教师展示资料，引导学生思考：我国科研人员必威体育精装版的一项研究成果，科研人员发现可以用植物来表达S蛋白，大大降低了生产成本。参照动物细胞培养的条件，为什么利用植物生产S蛋白成本会下降？教师提示学生对比动物细胞培养的条件作出回答。学生对比动物细胞培养之后，知道：植物可以在室外培养，不需要全程保证无菌无毒的环境，并且绿色植物是自养生物，不需要提供大量营养物质。

构建基因表达载体是基因工程的核心，教师在白板上展示基因表达载体的基本结构，请小组派代表利用交互式动画，构建该基因表达载体的物理模型（图2）。

教师在白板上展示利用植物生产S蛋白论文的关键词“植物生产疫苗（蛋白）”“本氏烟草”“农杆菌转化法”，并提供材料（图3）。学生以小组为单位，根据教师提供的材料，利用农杆菌转化法，构建在本氏烟草中获取S蛋白的概念模型。小组合作完成模型构建，用白板展示成果，并介绍设计思路。教师引导学生在相互评价过程中突破基因工程的难点，并对自己的模型进行修改和完善。

3.3.1目的基因的筛选与获取

在学生阐述各种可以获得目的基因的方法后，教师展示资料，让学生知道实际生产时采用的是RT-PCR技术，即先逆转录获得DNA，然后PCR扩增目的基因。

3.3.2基因表达载体的构建

学生根据RNA的部分序列，推导出它对应的部分DNA