陳招弟 黃惠玲 （福建省龍海第一中學(xué) 福建省龍海市 363102）

基因工程是高中生物人教版《選修3·現(xiàn)代生物科技專題》的第一個專題，本節(jié)復(fù)習(xí)課選取基因工程的核心操作步驟進行專項復(fù)習(xí)，該內(nèi)容為選修三的重點和難點，也是高考考查的重中之重。例如，2018年全國Ⅰ卷第38題、2017年全國Ⅰ卷第38題、2016年全國Ⅰ卷第40題的考查內(nèi)容均為基因工程。

教師在課前了解了學(xué)生對知識的掌握情況，課中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，課后布置適量的作業(yè)進行再鞏固，從而使本節(jié)復(fù)習(xí)課達到良好的復(fù)習(xí)鞏固效果。為有效突破基因表達載體構(gòu)建過程中關(guān)于目的基因插入表達載體的位置、限制酶的選擇、標記基因的作用這三個重難點，借助希沃白板、希沃授課助手等教學(xué)軟件，采用創(chuàng)設(shè)探究活動、小組合作交流、模型構(gòu)建等方法來突破本節(jié)難點，區(qū)別于傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)模式。

1 結(jié)合實際情境，導(dǎo)入復(fù)習(xí)

教師要結(jié)合本地資源開展科學(xué)實踐，嘗試解決現(xiàn)實生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題。教師設(shè)計導(dǎo)入情境：學(xué)校飽蠹泉飼養(yǎng)許多色彩艷麗、形態(tài)多樣的錦鯉，錦鯉被譽為“水中活寶石、會游泳的藝術(shù)品”，具有很高的觀賞價值，同學(xué)們喜歡在課間到飽蠹泉觀賞錦鯉，但晚上受光線限制，無法觀賞。能否根據(jù)我們所學(xué)的知識，讓同學(xué)在夜晚也能夠到飽蠹泉觀賞錦鯉，提高錦鯉的觀賞價值？同時結(jié)合配套學(xué)案，對學(xué)生步步引導(dǎo)，最后讓學(xué)生根據(jù)基因工程的相關(guān)知識，嘗試設(shè)計培育熒光金魚的方案。教師可借助希沃授課助手進行學(xué)生學(xué)案展示，并引導(dǎo)其他學(xué)生對學(xué)案進行評價與分析。接著，總結(jié)探究活動，梳理基因工程的基本操作步驟，并強調(diào)其核心為基因表達載體的構(gòu)建。這樣通過設(shè)置真實情境，讓學(xué)生在解決實際問題的過程中，將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個要素有機整合，全面提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 基因表達載體的構(gòu)建——核心

為有效、準確地構(gòu)建表達載體，需對構(gòu)建過程中存在的難點和疑點進行突破。為了避免傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課堂氣氛沉悶的情況，教師設(shè)計了3個探究活動，并利用自制教具、學(xué)案，結(jié)合希沃電子白板等多種方式進行難點闡述與突破，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法和科學(xué)探究的品質(zhì)。

2.1 探究活動（一）：基因插入表達載體的位置

2.1.1 設(shè)計意圖

要準確構(gòu)建基因表達載體，必須明確載體的各個組件及其位置關(guān)系。通過之前的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生能說出基因表達載體的基本組件，但對于啟動子、目的基因、終止子、標記基因這四個組件的位置關(guān)系和功能并不是很明確。如，啟動子位于目的基因的首段，是RNA聚合酶識別與結(jié)合的位點，由啟動子驅(qū)動目的基因進行轉(zhuǎn)錄。部分學(xué)生并不能準確對其進行表述與作答。因此，筆者設(shè)計探究活動一，借助小組交流討論，進行有效突破。

2.1.2 活動設(shè)計

教師提出問題：用圖1所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖2所示。這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物有___________，不能表達原因是______________。

2.1.3 活動小結(jié)

學(xué)生通過小組討論交流，梳理答案并作答。在作答的過程發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在長句表述方面的能力較為欠缺，大多數(shù)學(xué)生能夠找出圖2中的甲和丙不能表達，但對于不能表達的原因沒有表述。從近幾年的全國卷高考試題中發(fā)現(xiàn)，對生物知識進行完整表述已成重點考查的能力之一。因此，在今后的教學(xué)中，教師應(yīng)加強這方面的相關(guān)訓(xùn)練。

圖2 含有目的基因的重組子示意圖

2.2 探究活動（二）：限制酶的選擇

2.2.1 設(shè)計意圖

限制酶作為基因工程的基本工具之一，在目的基因獲取和基因表達載體的構(gòu)建過程中，其正確選擇極為重要。那么如何選擇限制酶呢？因為DNA序列非常微觀，學(xué)生只能憑借作圖、空間想象、推理分析等進行作答。傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)課堂多以教師的講授為主，學(xué)生主要為聽和記，課堂氣氛沉悶，無法凸顯出學(xué)生的主體地位。為避免傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課存在的弊端，筆者通過設(shè)計探究活動、小組交流討論、自制教具構(gòu)建物理模型（圖2）、借助希沃白板對模式圖進行標注等方式，達到有效突破關(guān)于限制酶選擇的相關(guān)難點。

圖2 自制的物理模型示意圖

2.2.2 活動設(shè)計

教師提出問題：若要利用某目的基因（圖3甲）和噬菌體載體（3乙）構(gòu)建重組DNA，圖中箭頭表示轉(zhuǎn)錄方向，三種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點分別是：BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和HindⅢ（A↓AGCTT）。下列限制酶的選用是否適合構(gòu)建基因表達載體？并說明原因。

（1）用EcoRⅠ切割目的基因和噬菌體載體；

（2）用BglⅡ和HindⅢ切割目的基因和噬菌體載體；

（3）用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和噬菌體載體；

（4）用EcoRⅠ和HindⅢ切割目的基因和噬菌體載體。

2.2.3 活動小結(jié)

學(xué)生通過小組討論交流，并嘗試進行基因表達載體的模型構(gòu)建。教師引導(dǎo)學(xué)生對4個討論題進行總結(jié)，用一種限制酶切割目的基因和載體，可能出現(xiàn)目的基因、載體的自我環(huán)化及反向黏連，因此得到重組質(zhì)粒的概率低；若選用兩種限制酶進行切割，應(yīng)考慮黏性末端是否能夠發(fā)生堿基互補配對、是否能夠正向相連等問題。該活動在活躍的課堂氣氛中，大大鍛煉了學(xué)生合作探究和動手操作的能力。

圖3 重組DNA的構(gòu)建過程示意圖

2.3 探究活動（三）：標記基因的作用

2.3.1 設(shè)計意圖

在基因表達載體的基本組件中，標記基因的作用極為重要，可以將含有目的基因的受體細胞篩選出來，常用抗性基因、熒光基因等作為標記基因。若只用一個標記基因進行篩選，學(xué)生掌握得較好；如果在篩選過程同時需要用到兩個標記基因，學(xué)生容易出現(xiàn)混淆。因此，如何用兩個標記基因篩選出含目的基因的受體細胞設(shè)計為本節(jié)的第三個探究活動。

2.3.2 活動設(shè)計

教師提出問題：某一質(zhì)粒載體如圖4所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活（Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因）。有人將此質(zhì)粒載體用BamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題。

（1） 如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，能夠存活的大腸桿菌是________________，其原因是___________________________________；

（2）在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有___________________的固體培養(yǎng)基；并說明原因：_____________________________。

圖4 某一質(zhì)粒載體示意圖

2.3.3 活動小結(jié)

對2016年全國Ⅰ卷的高考試題進行改編，主要側(cè)重于標記基因的篩選過程。解答該題時，學(xué)生需要提煉題目中的關(guān)鍵信息，并梳理出大腸桿菌的類型，進而再一步步進行作答：先用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基篩選，篩選出含質(zhì)粒載體和含目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌；再用含四環(huán)素的培養(yǎng)基對篩選出來的大腸桿菌進一步鑒別。但是，在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上，含目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌無法生長，因此如何獲得大量含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌成為疑問。

3 課堂延伸

為了解決活動探究三存在的問題：如何獲得大量含有目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌？教師在本節(jié)復(fù)習(xí)課的末尾補充擴展影印培養(yǎng)法：將在含氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長的菌落原位影印到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上，并對菌落進行標記，無法生長的菌落為含目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌，可從母版培養(yǎng)基（含氨芐青霉素）挑取菌落進行分離純化擴大培養(yǎng)。

4 教學(xué)反思

基于生物學(xué)核心素養(yǎng)進行探究活動設(shè)計，使本節(jié)復(fù)習(xí)課的課堂氣氛比傳統(tǒng)課堂活躍了許多，學(xué)生的參與度高，知識的掌握情況也較好。高二年級的學(xué)生具有一定抽象思維，但仍然需要感性知識、形象知識作為支持。教師利用演示、討論等多種教學(xué)方法比單純講授的方法效果好。教師合理運用所學(xué)的知識及自制的物理模型，將復(fù)雜抽象的知識具體化，增強學(xué)生的感性認識，更便于學(xué)生接受。教師通過設(shè)計活動探究，讓學(xué)生積極參與課堂活動，使學(xué)生由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃蛹橙。瑑?yōu)化知識結(jié)構(gòu)、促進思維發(fā)展，進一步提升了生物學(xué)科核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力，且符合面向全體學(xué)生、倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)的新課程理念。