《重组DNA 技术的基本工具》

一、教学背景

教材方面 ：“重组 DNA 技术的基本工具” 作为高中生物选修三《现代生物科技专题》基因工程板块的核心基石内容，其重要性不言而喻。教材中未充分说明用一种酶切或两种酶切目的基因或质粒后的不同效果。当使用一种限制酶切割目的基因和质粒时，会产生相同的黏性末端（或平末端），这虽便于连接，但容易出现质粒自身环化以及目的基因反向连接的问题。而使用两种不同的限制酶分别切割目的基因和质粒，会产生不同的黏性末端（或平末端与黏性末端组合），这样能有效避免质粒自身环化，并且保证目的基因按照正确的方向与质粒连接，提高重组 DNA 分子构建的准确性。但教材未对这两种酶切方式的差异及适用场景展开详细讲解，学生难以在实际操作中合理选择酶切策略。

对于质粒与目的基因的连接，教材仅简单说明连接过程，却未着重强调正向连接与反向连接的区别及影响。实际操作中，目的基因与质粒的连接方向会直接影响基因表达的正确性。若反向连接，可能导致目的基因无法正常转录和翻译，使基因工程实验失败。这一关键细节的缺失，易造成学生在后续学习基因工程操作步骤及结果分析时出现理解障碍。

学情方面：授课对象为高二学生，他们已具备一定的分子生物学基础，了解 DNA 的结构、复制等知识。然而，对于基因工程这种前沿生物技术的实际操作工具接触较少，抽象思维能力有待提升。在学习过程中，学生可能对工具的作用原理混淆，难以将知识灵活运用到实际情境分析中。通过建构物理模型等直观方式，可帮助学生突破理解障碍，梳理知识逻辑。

二、教学目标

生命观念：通过制作单酶切和双酶切相关模型，理解结构与功能相适应的观念，明确限制酶切割方式对重组 DNA 技术的关键作用，以及不同酶切效果与基因工程操作准确性的关联。

科学思维：对比分析单酶切和双酶切模型的切割特点、末端差异及连接效果，归纳总结不同酶切策略的优缺点与适用场景，培养归纳与推理能力。

科学探究：小组合作设计并制作模型，模拟单双酶切及后续连接过程，解决模型制作与模拟操作中关于酶切位点选择、末端处理和连接方向控制的问题，提升探究能力。

社会责任：了解重组 DNA 技术基本工具在基因治疗、作物改良等领域的应用，讨论技术发展带来的伦理与社会问题，增强社会责任感。

三、教学过程

1. 课前准备

学生已预习相关知识，本节课所需材料有两种颜色的卡纸、剪刀、订书机、订书针。其中，一种颜色的卡纸专门用于模拟目的基因，另一种颜色的卡纸模拟质粒。学生需在卡纸上标注碱基序列、酶的识别序列、酶切位点、连接方向等关键信息，以准确呈现目的基因与质粒连接的关键信息。

剪刀在此模拟限制酶的切割功能，学生通过剪裁卡纸来模拟限制酶对目的基因和质粒的切割过程；订书机模拟 DNA 连接酶，用于连接切割后的目的基因与质粒片段；订书针则模拟磷酸二酯键，体现连接过程中化学键的形成。

2. 重组 DNA 技术基本工具模型的建构任务

课程用时：1 课时教师任务：

① 引入课程：展示基因工程应用成果图片，如抗虫棉、胰岛素生产等，提问 “这些成果的实现离不开哪些关键工具？” 引发学生兴趣，导入课题。强调限制酶切割方式（单酶切与双酶切）对基因工程成败的重要性。

② 讲解概念：介绍重组 DNA 技术的基本概念及重要性，详细讲解限制酶切割位点特异性、切割效果（黏性末端和平末端），以及质粒与目的基因正向连接和反向连接的原理，重点阐述用一种酶切或两种酶切目的基因或质粒后的不同效果，为模型建构铺垫。

③ 布置建模任务：讲解建模要求，强调需准确体现单双酶切的结构特点与作用机制。如单酶切组要展示相同末端及可能出现的连接问题；双酶切组要展示不同末端及正确连接优势。要求小组绘制设计图并制作模型，完成后进行讲解演示。

④ 引导模型评价：提供评价量表，从模型准确性（酶切位点、末端展示、连接问题或优势体现）、创新性、团队协作等方面引导学生评价，过程中巡视指导，解答疑问。

学生任务：

① 分析原型，设计模型：小组讨论单双酶切的结构特征与作用原理，如单酶切组设计相同末端的目的基因和质粒模型，标注可能的连接问题；双酶切组设计不同末端模型，体现连接优势。利用两种颜色卡纸规划模型布局，在设计图中明确标注酶切位点、末端形态、碱基序列、酶的识别序列、酶切方式、连接方向等内容。

② 讨论分工，制作模型：组内分工，部分成员负责在卡纸上标注信息，部分成员用剪刀模拟限制酶进行切割操作，模拟出不同的酶切末端；之后其他成员用订书机和订书针将切割后的目的基因与质粒片段按照设计的连接方向进行 “连接”，完成模型整体组装。

③ 小组检验，修正模型：对照课本与讨论结果，检查模型是否准确反映单双酶切特性及效果，修正细节，如调整酶切位点位置使其与标注的识别序列对应、完善末端形态展示、确保连接方向正确等。

④ 评价模型，准备讲稿：填写评价量表自评，推选代表，共同撰写讲解稿，准备从酶切原理、末端特点、连接情况（单酶切问题或双酶切优势）等方面介绍模型，模拟重组 DNA 技术中酶切及连接操作流程。

四、教学反思

在设计图绘制环节，部分小组对酶切位点、末端形态与标注信息的对应关系处理不当，如酶切位点与识别序列标注位置错误，导致后续模型制作方向偏差。教师需展示规范示例，强调各要素间逻辑联系，引导学生细化设计。制作模型时，部分学生用剪刀模拟限制酶切割卡纸难以精准呈现黏性末端和平末端形态差异，使用订书机连接时存在连接方向错误或连接不牢固（模拟磷酸二酯键形成不准确）的问题。可组织小组间经验交流，或开展简单的卡纸剪裁与连接技巧演示，帮助学生掌握操作要点。时间把控上，少数小组因反复修改标注信息或调整连接效果耗时过长，需提醒合理分配时间，优先完成主体结构制作再完善细节。

注：本文系基金项目：陕西省“十四五”教育科学规划 2024 年度课题“高中生物学物理模型的建构与应用研究”（SGH24Q246）阶段性研究成果。