普通高中生物课程标准（实验）选修3 现代生物科技专题教学建议 吴成军.

Presentation on theme: "普通高中生物课程标准（实验）选修3 现代生物科技专题教学建议 吴成军."— Presentation transcript:

1 普通高中生物课程标准（实验）选修3 现代生物科技专题教学建议 吴成军

2 本模块教材的特点： 1、技术流程及细节较多 2、涉及到较多的讨论和辩论活动 3、各章之间的知识难度相差较大

3 拓展学生的生物科技视野,增强学生的科技意识,为学生进一步学习生物学类专业奠定基础。
模块解读 课标要求：现代生物科技专题 拓展学生的生物科技视野,增强学生的科技意识,为学生进一步学习生物学类专业奠定基础。

4 现代生物科技专题 科学 技术 现代 基因工程 克隆技术 胚胎工程 生态工程 生物技术的安全性与伦理问题 伦理问题 基本概念和基本原理
技术流程、操作和应用 伦理问题 生物技术的安全性与伦理问题 社会 交流、讨论、辩论

5 课程标准中有关现代生物科技专题的核心知识的要求

6 本模块知识内容的构建顺序： 基因工程 细胞工程 胚胎工程 生态工程 群体水平 分子水平 细胞水平 个体水平 宏观 中观 微观

7 本模块的教学建议 1.认真研读课标，把握难度要求。

8 具体的内容标准要求 共17项具体要求，其中简述8项，举例说出6项，关注2项，讨论1项。 知识性目标以了解水平为主， 情感性目标以经历（感受:参与、交流）和反应(认同：表示感受、态度和价值判断)水平为主。 技能性目标体现在活动建议中，主要是参观、调查、资料收集、撰写专题综述报告等。 课标中要求大多是了解水平，教学中需要注意把握难度，避免讲得过深过细，不必要地增加学生的学习负担。

9 例1:胚胎工程-“受精阶段” 内容标准 具体要求 目标层次 简述动物胚胎发育的基本过程 举例说出受精作用的几个必要阶段 I

10 P73 例2：胚胎的早期培养 过程不必掌握，只需要求学生理解体外授精还需要对精子进行处理和卵细胞的获取还需要一定的方法
牛体外受精胚胎工厂化生产流程图 过程不必掌握，只需要求学生理解体外授精还需要对精子进行处理和卵细胞的获取还需要一定的方法

11 2.重视基本概念和原理的教学，把握好基础性,避免教学变成泛泛的科普介绍或资料的搜集和浏览活动。

12 本模块教材中的一些重要的基本原理： 基因工程的基本原理 植物组织培养的基本原理 胚胎工程的基本原理 单克隆抗体生产的基本原理
生态工程的基本原理

13 3.重视图片和流程图的学习，多问学生为什么，加强理解和记忆。
例：单克隆抗体的制备 借助于流程图：既要关注宏观步骤，也要关注对一些重要步骤的解读和理解。

14 问题探讨： (1)什么是单克隆抗体？生产单抗的基本原理是什么？ (2)什么是免疫的小鼠，怎样进行对小鼠进行免疫？ (3)图中的B淋巴细胞有何功能？骨髓瘤细胞有何功能？ (4)怎样才能将B细胞与骨髓瘤细胞融合？ (5)融合后可能有几种类型的细胞? (6) 两次筛选的目的是什么？ (7)培养杂交瘤细胞的方式有哪两种？ (8)小鼠体内培养的原理是什么？怎样理解从小鼠的腹水中获取抗体？ (9)单克隆抗体有哪些特点和应用价值?(阅读文本)

15 4.注重形成网络化和结构化的知识结构体系。 5.围绕生物科技与社会的关系，切实组织好资料搜集分析、讨论和辩论等活动 6.指导学习撰写综述报告(1～2篇；分期分批进行；进一步拓展和延伸；有明确主题，对主题意义和价值的简述，层次清楚的内容、结论、讨论，资料文献的来源。教师要对报告评价。)

16 专题1 基因工程 本专题以讲授、启发式引导为主

17 专题1 基因工程 突出基本原理的理解而不是简单地识记 1.1 DNA重组技术的基本工具 1.1 DNA重组技术的基本工具 重点
专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 重点 1.2 基因工程的基本操作程序 重点 1.3 基因工程的应用 1.4 蛋白质工程的崛起 1.1 DNA重组技术的基本工具 突出基本原理的理解而不是简单地识记

18 1.限制酶和DNA连接酶的作用分别是什么? 问题探讨： 限制酶的作用是切割特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键

19

20 2.为什么限制酶和DNA连接酶在微生物中能够分离到,而高等植物和动物中没有?
引导学生从噬菌体侵染细菌中获得灵感

21 为什么限制酶不能将自己的DNA分子剪切掉？
2、通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使了限制酶不能切开。 为什么限制酶不能将自己的DNA分子剪切掉？

22 问题:DNA复制时需要哪些酶? 3.DNA聚合酶与DNA连接酶是同一种酶的不同名称吗? 相同 区别 DNA聚合酶 形成磷酸二脂键
只能将单个核苷酸连接到核酸片段上; 以一条DNA链为模板,形成互补的DNA链。 DNA连接酶 将两个DNA片段之是形成磷酸二脂键； 将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板。

23 4.标记基因的作用及其应用 四环素 抗四环素的基因 氨苄青霉素 标记基因 抗氨苄青霉素的基因 特定颜色的基因

24 习题:已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因,现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么
习题:已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因,现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么?请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论 对照组：不添加抗生素 实验组1：添加一定浓度的四环素 实验组2：添加一定浓度的氨苄青霉素 实验组3：添加一定浓度的四环素和氨苄青霉素 对照组 实验组1 实验组2 实验组3 结 论 预期一 + 既含有抗四环素基因也含有抗氨苄青霉素基因 预期二 — 只含有抗四环素基因 预期三 只含有抗氨苄青霉素基因 预期四 既不含有抗四环素基因也不含有抗氨苄青霉素基因

25 1.2 基因工程的基本操作程序 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 基因工程的基本过程 1）切
用相同的限制性内切酶切开外源基因和载体分子。 2）接 用DNA连接酶将外源基因连接到载体分子上。 3）导 将含有目的基因的载体分子导入受体细胞。 4）检 筛选和鉴定转化细胞及目的基因。

26 可适当补充原核生物基因和真核生物基因结构的知识
目的基因的获取 重点一：基因文库的构建 基因组文库：一般针对原核生物的基因，因为基因少 部分基因文库：一般针对真核生物的基因，如cDNA文库 反转录酶 限制酶和DNA连接酶 基因的核苷酸序列 基因的转录产物mRNA 基因翻译产物蛋白质 不同的DNA片段 反转录 分别 与不同的载体结合 分别导入 不同的受体菌 一定条件下保存 可适当补充原核生物基因和真核生物基因结构的知识

27 条件: (1)引物:人工合成的一段核苷酸系列 (2)酶:DNA聚合酶 特点:快速(指数形式扩增)
重点二:利用PCR技术扩增目的基因 问题:为什么要扩增目的基因?(学生不理解) 原理:碱基互补配对 原料:4种脱氧核苷酸 条件: (1)引物:人工合成的一段核苷酸系列 (2)酶:DNA聚合酶 特点:快速(指数形式扩增)

28 重点三:目的基因的检测与鉴定 检测步骤 目的 方法 原理 工具 现象 1 DNA分子杂交技术 碱基互补配对
杂交带 2 检测目的基因是否转录出了mRNA 3 检测目的基因是否翻译成蛋白质 抗原-抗体杂交 抗体的专一性 特定抗体 杂交带(阳性反应) 检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因

29 问题探讨： 将人体的基因转入大肠杆菌中，都能产生相应的基因产物吗？（例如要能否通过大肠杆菌生产人们所需要的糖蛋白是否可行？）

30 拓展：对载体及质粒的认识 问题:为什么需要载体,直接将基因导入受体细胞行不行? 载体的三大功能： 1）为外源基因提供进入受体细胞的转移能力。
2）为外源基因提供在受体细胞的的复制能力或整合力。 3）为外源基因提供在受体细胞的的扩增和表达能力。 理想载体具备四个条件： 1)具有对受体细胞的可转移性，提高导入细胞的效率。 2)具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点，使外源基因在受体细胞中稳定遗传。 3)具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点，有利于外源基因的拼接插入。 4)具有合适的选择标记（报告基因），便于DNA重组分子的检测。

31 1)删除不必要的DNA区域，缩小分子量，提高外源DNA片段装载量。
质粒的构建与改造 1)删除不必要的DNA区域，缩小分子量，提高外源DNA片段装载量。 2)灭活某些质粒的编码基因。 3)加入易于识别的选择标记基因。 4)加入特殊的基因表达调控元件。 一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的运载体进行人工改建。

32 专题2 细胞工程

33 问题:为什么课标中为”克隆技术”,而教材中为”细胞工程”?
具体内容标准和教材的对应关系 专题2 细胞工程 克隆技术 科技探究之路 细胞工程的发展历程 2.1 植物细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技术 2.1.2 植物细胞工程的实际应用 2.2 动物细胞工程 动物细胞培养和核移植技术 动物细胞融合与单克隆抗体 简述植物的组织培养 简述动物的细胞培养与体细胞克隆 举例说出细胞融合与单克隆抗体 问题:为什么课标中为”克隆技术”,而教材中为”细胞工程”?

34 问题:为什么课标中为”克隆技术”,而教材中为”细胞工程”?
原因1： 基因工程 克隆技术 细胞工程 胚胎工程 生态工程

35 原因2： 克隆：克隆是英文clone一词的音译，就是指无性繁殖。克隆一词常用于分子、细胞水平的描述。一般认为生物学上有三个层次的克隆：
分子水平的克隆：（目的）基因克隆、PCR技术 植物细胞克隆：组培获得愈份组织 细胞水平的克隆 动物细胞培养 动物细胞的克隆 单克隆抗体的制备 植物组织培养 个体水平的克隆 动物克隆（核移植技术） 克隆 克隆技术（cloning）是指从众多的基因或细胞群体中通过无性繁殖和选择目的基因或特定类型细胞的技术的操作。

36 细胞工程： 是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过细胞水平或细胞器水平的操作,按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术. 根据操作对象的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域.

37 2.1 植物细胞工程 植物的组织培养是教学中的重点

38 植物的组织培养:讲清原理、理解应用、操作方法和步骤(重点)
工厂化生产药物 人工种子 ？ 外植体 脱分化（去分化） 愈伤组织 再分化 形成胚状体或丛芽 生长类激素、细胞分裂类激素 条件 营养条件 激素 温度 无菌 水、无机盐、蔗糖、氨基酸、有机酸等 光 微型繁殖 作物脱毒 单倍体育种 突变体的利用

39 人工种皮 胚状体 人造种皮:其成份通常为海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖等大分子有机物，具有细胞膜结构的功能：
能透气，有韧性，耐压，对胚状体无毒害 含有胚状体萌发所需要的营养成分 可添加植物激素 可添加杀菌剂

40 花药 花粉细胞培养 愈伤组织 分化出小植物 单倍体植株 正常植物
方法： 花药的离体培养 接种离体培养 脱分化 再分化 移栽 染色体加倍

41 问题探讨: 1.植物组织培养的基本原理是什么? 2.激素在脱分化和再分化中的作用有何不同? 3.在实验操作过程中为什么要换瓶操作?
4.组培过程中的每一步都需要光照吗? 5.灭菌和消毒的区别及在组培中的应用? 6.组培中用的蔗糖作为能源和原料物质，用葡萄糖行不行？ 7 .花药离体培养获得的植物幼苗都是单倍体吗？

42 ２．２　动物细胞工程 一、动物细胞培养的过程、条件和应用

43 营养——与人体内环境的成份基本相同（加入血清、血浆等天然成分） 温度——与动物体温相似 pH——7.2-7.4 无菌、无毒环境
（一） 培养条件： 　　思考：培养细胞实际上是为细胞创设一个良好的体外生活和生长环境，请根据多细胞和人体的细胞都生活在内环境中，回答下列问题： 　　（１）体外培养细胞时需要提供那些物质？ 　　（２）体外培养的细胞需要什么样的环境条件？ 营养——与人体内环境的成份基本相同（加入血清、血浆等天然成分） 温度——与动物体温相似 pH—— 无菌、无毒环境 气体环境——主要有O2、CO2

44 （二）培养过程 1、取动物组织 2、剪碎组织 3、用胰蛋白酶处理分散成单个细胞
思考：（1）为什么要分散成单个细胞？（2）用胰蛋白酶处理分散细胞，说明细胞间的物质主要成分是什么？用胃蛋白酶行吗？ 4、制成细胞悬液 5、转入培养液中进行原代培养 6、贴满瓶的细胞用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，制成细胞悬液

45 7、转入培养液中进行传代培养 原代培养——通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养 传代培养——贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖。这样的培养过程通常称为传代培养。 细胞株、细胞系 目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常在10代以内，以保持正常的二倍体核型。

46 植物细胞和动物细胞培养的比较 细胞株、细胞系 愈伤组织或植物体 培养结果 获得细胞或细胞分泌蛋白 快速繁殖、培育无病毒植株 培养目的
（应用） 葡萄糖、动物血清 蔗糖、植物激素 培养基特有成分 液体培养基 固体培养基 培养基性质 细胞有丝分裂 细胞的全能性及有丝分裂 原理 动物细胞培养 植物组织培养 比较项目

47 二、动物体细胞核移植技术和克隆动物

48 为什么不直接用体细胞，而要形成重组细胞？
教学策略：P48 1.从宏观的角度理解技术流程 2.从微观的角度理解操作原理 为什么不直接用体细胞，而要形成重组细胞？ 产下的小牛的遗传物质有何特点，性别有何特点？ 体细胞核移植过程流程图(帮助理解原理)

49 专题3 胚胎工程 3.1 体内受精和早期胚胎发育 3.2 体内受精和早期胚胎培养 3.3 胚胎工程的应用及前景

50 编写特点： 1、技术细节较多、较细 2、与生产实践联系较紧密 受精作用（受精阶段） 体外培养的具体细节 胚胎早期培养的生产流程
胚胎移植的基本程序 1、技术细节较多、较细 2、与生产实践联系较紧密

51 一、重视必修与选修之间的内在联系的知识 例1 精子的变形与细胞器的分化 学生弄混淆的地方： （1）认为顶体是由核糖体分化而成；
例1 精子的变形与细胞器的分化 学生弄混淆的地方： （1）认为顶体是由核糖体分化而成； （2）中心体与尾之间的联系

52 二、不要过分关注于技术细节，而应从技术流程中寻找关键环节和问题

53 例2 受精阶段的教学 顶体反应 透明带反应 卵黄膜封闭作用 受精卵 顶体 卵黄膜 产生、释放顶体酶 卵丘细胞之间的物质（放射冠） 溶解
例2 受精阶段的教学 顶体反应 顶体 产生、释放顶体酶 溶解 卵丘细胞之间的物质（放射冠） 顶体酶 从流程中寻找重点问题： 1、受精作用分为哪几步？ 2、顶体是由什么细胞器形成的？顶体酶的作用是什么？ 3、卵黄膜怎样阻止其他精子进入？ 4、精子进入卵细胞时卵细胞处于分裂的什么时期？ 产生 透明带反应 卵黄膜 阻止其他精子进入 精子入卵 形成 卵黄膜封闭作用 雄原核 激活 卵子减Ⅱ分裂 受精卵 雌原核

54 （三）淡化实践操作的细节，注重于基本原理和程序的理解
例3 胚胎移植的基本程序 P76 胚胎的获取 胚胎的移植 1、将优良的种公牛和母牛进行配种或人工授精形成胚胎 2、收集胚胎并进行质量检查 1、移植于受体母牛 2、产下优良的小牛 问题：为什么要进行胚胎移植？（意义）

55 专题4 生物技术的安全性和伦理问题

56 设置本专题的意义： 让学生了解在生命科学发展过程中，所引出的种种伦理、社会和法律问题。
在学生在已有的生命科学基础知识之上，引导学生对科技成果的应用进行正确的思考。 要让学生了解，由于个人所处的社会在政治制度、经济发展水平、宗教信仰、历史背景、传统伦理观念等方面的差别，就会产生出不同价值观。这样，对于生命科学中同一个伦理、社会或法律问题，在不同社会中不仅会有不同的看法，而且还会引导出截然不同的社会措施、政策和法规。 对于中国来说，所有的判断和所立的法规，都必须符合自己的国情，符合国家的最高利益：既要有利于中国科学家占领科学研究制高点、有利于国家科学技术的繁荣，又要有利于促进国家经济的发展。

57 本专题的教学目的要求 知识方面 1.简述与生物技术安全性和伦理问题有关的生物学知识，能运用这些知识理解不同观点的内容和论据。
2.举例说出生物武器对人类的威胁。 情感态度与价值观方面 1.关注转基因技术的安全性问题，认识到每一项生物技术的发展都有可能带来安全性和伦理问题。 2.养成关注社会问题讨论的参与意识，形成质疑、求实的科学态度，并能以理性的、积极的态度关注问题的解决──通过科技手段的进步、社会规范的建立等途径“趋利避害”。 能力方面 面对来自媒体和他人关于生物技术安全性和伦理问题的不同观点，能够运用已有的生物学知识进行辨析，初步形成客观的科学的评价能力。

58 4.1 转基因生物的安全性 论坛1、2、3 转基因生物与食品安全 转基因生物与生物安全 转基因生物与环境安全
4.1 转基因生物的安全性 论坛1、2、3 转基因生物与食品安全 转基因生物与生物安全 转基因生物与环境安全 一方的观点、另一方的观点，你自己的观点，来理性看待转基因技术

59 教学目标 1.关注转基因生物的安全性问题 2.举例说出对转基因生物安全性问题的不同观点及论据 3.形成对待转基因生物安全性问题的理性、求实的态度

60 举出事例，引出话题 总的教学策略 讨论现象，发表看法 阅读教材，熟悉观点 分析观点，展开讨论 保留意见，形成共识

61 转基因生物与食物安全 反对观点 赞成观点 反对“实质性等同” “实质性等同”是起点，不是终点 担心出现滞后效应 多环节、严谨的安全性评价
担心出现新的过敏源 销毁出现过敏源的生物 担心营养成分改变 未出现实例 侵犯宗教信仰者或素食者的权益 采取举证排除法，停止无休止无结果的争论

62 实质性等同原则： 1992年5月，美国政府宣布，只要基因工程产品中蛋白质组成与天然的一样，就没有必要再通过FDA（药物和食品管理局）批准，可以直接投放市场，这一政策可以视为“实质性等同原则”的雏形。 2000年联合国粮农组织和世界卫生组织的定义：是指转基因生物与自然存在的传统生物在相同条件下进行性状表现的比较。比较的内容包括生理性状、分子特征、营养成分、毒素含量和过敏源等是否具有等同性。如果实质上是相同的，就应该将转基因生物与传统生物同样对待，视为安全。

63 转基因生物与生物安全 主要观点：对生物的多样性构成潜在的风险和威胁 反对者观点 赞成者观点 扩散成为杂草 生命力不强 成为外来物种
转基因生物生长需要一定条件 与某些细菌或病毒杂交，形成有害的病原体 存在生殖隔离 成为超级杂草 花粉传播的距离有限，存活时间有限

64 主要观点：转基因生物有可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏
转基因生物与环境安全 主要观点：转基因生物有可能会对生态系统的稳定性和人类生活环境造成破坏 反对者观点 赞成者观点 势必打破自然物种的原有界限，改变生态系统中能量流动和物质循环 不会改变生物原有的分类地位 降解过程中产生中间产物，可能会对环境造成二次污染 减少农药的使用量，保护了环境 重组DNA与微生物杂交，可能会产生有害的病原微生物 存在生殖隔离 有毒蛋白很可能进入食物链中 新闻报道不实造成恐惧感

65 专题5 生态工程 科技探索之路 生态工程的兴起 5.1生态工程的基本原理 5.2生态工程实例和发展前景

66 教学策略： 阅读教材，分析资料，尝试应用

67 研读课标，把握难度 理解原理， 了解流程 引导阅读，注重探究 形成综合，构建网络 拓展视野， 陶冶情操 培养兴趣， 发展能力
本模块学习综合建议 研读课标，把握难度 理解原理， 了解流程 引导阅读，注重探究 形成综合，构建网络 拓展视野， 陶冶情操 培养兴趣， 发展能力

68 科学和技术的概念 科学是关于自然界、人类社会和人自身的规律的事实、原理、方法和观念的知识体系以及创建这个知识体系的社会活动。科学的任务是发现规律，提出理论，认识世界，解释世界。 科学是人们研究自然、社会、思维的本质及其规律所获得的一种知识体系；是产生知识体系的一种活动，一种过程；是一种社会事业。 技术是根据生产实践或科学原理而发展成的各种工艺操作方法和技能，以及相应的材料、设备、工艺流程等等。技术的任务是发展或开发出新的方法、手段、措施或途径。 技术则是人们为了变革自然和社会所采取的一切物质手段、工具和方法的总和；是由技术思想或技术方案设计向生产技术和工程技术转化的一个过程；是某一社会时代生产力发展水平的一个重要标志。

69 具体内容标准和教材的对应关系 基因工程 专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 概述基因工程的诞生 简述基因工程的原理及技术
专题1 基因工程 科技探索之路 基础理论和技术的发展催生了基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序 1.3 基因工程的应用 1.4 蛋白质工程的崛起 概述基因工程的诞生 简述基因工程的原理及技术 举例说出基因工程的应用 简述蛋白质工程

70 绪论课怎么上? 设计教学时，如何充分运用教材资源？ 怎么上好专题4？什么形式的课堂组织教学比较有效？ 概念课如何上？ 讲述技术操作程序的课应该如何启发学生思考？ 如何处理《思考与探究》？ 如何改进对学生的评价？ 如何指导学生撰写文献综述？

71 科技探索之路 编年史的方法展示基因工程的发展历程： 有利于学生认识基因工程的发展历程； 有利于形成科学和技术是相互促进，不断发展的观点；
有利于学生形成生物技术的发展离不开众多科学家的共同努力的观点；