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视频标签：基因诊断,基因芯片
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视频课题：人教版高中生物选修二第1章第2节《基因诊断与基因芯片》湖南省 - 湘潭
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《基因诊断与基因芯片》教学设计
一、设计理念
2016 年9月教育部发布了《中国学生发展核心素养》，正式对学生发展核心素养进行了界定。核心素养的培养已成为新一轮课程改革的新指向，也为新一轮课程改革提供了新动力。生物学核心素养是学生学习生物学过程中形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力，是学生发展核心素养的关键成分之一。生物学核心素养：由四个要素组成：生命观念、理性思维、科学探究、社会责任。 这四个要素是一个统一的整体。本节课秉承培养学生生物学核心素养的目标，进行设计。
二、教材及学情分析
1、教材分析
本节课来自高中生物选修2 第1章第2节。选修2为我们提供了一个新的学习平台，使我们有机会从社会需求和应用的角度，来进一步理解生物科学和技术。其内容分别为：生物技术与人类健康、现代农业、工业和环境保护。本节是生物技术与人类健康中的第2节。基因诊断和基因治疗正在改变医学的面貌，并展示广阔的发展前景。本节课内容是生物学最前沿的技术，原理过程非常抽象，学生有限的认知范围内理解较难。因而，教学时间安排2课时，本节为第1课时为基因诊断和基因芯片。这两部分内容联系紧密，基因诊断是基因芯片的基础，基因芯片是基因诊断的发展。因而基因诊断侧重于原理阐述，而基因芯片主要体现与医学应用。 2、学情分析 【生命观念】
1）通过必修1第2章第3节学习，学生们认识到遗产信息的携带者是核酸。核酸包括了DNA和RNA两大类。绝大数遗传信息贮存在DNA中，部分病毒贮存在RNA。
2） 通过必修1第6章第4节学习，学生们认识到有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生改变，就变成了不受机体控制的连续进行分裂的恶性增殖细胞——癌细胞。
3） 通过必修2第3章学习，学生们知道了基因的本质。基因是具有遗传效应的DNA片段。DNA是由两条脱氧核苷酸链构成，碱基之间遵循碱基互补配对原则，遗传信息储存在不同的碱基排列顺序中。 4） 通过必修2第4章学习，学生们理解了基因的表达。基因通过转录和翻译指导蛋白质的合成，然后基因通过控制蛋白质直接或间接的控制生物性状。
5） 通过必修2第5章学习，学生们理解了基因突变及其他变异。DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，从而引起基因结构的改变称为基因突变。
6） 通过必修2第6章第2节学习，学生们掌握了基因工程是把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰和改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。限制酶能剪切DNA片段。 【理性思维和科学探究】
1）能应用类比的科学研究方法，较好的将已有知识迁移到同类型知识上，更好理解生物学中的核心概念。但迁移的能力有限。
2）能通过模拟实验，建立生物学相关模型；但过于复杂的模型建构能力不强。
3）能独立的通过互联网收集资料，简单处理资料，得到自己的结论，但分析资料、处理信息的能力有限。 4）能较好的与同伴交流、合作共同完成学习任务，且在学习中能听取他人观点，修正自己的观点。 【社会责任】
人教（2003年）版 高中生物选修2 第1章第2节
1）能意识到生命的珍贵，但面临困难时却很容易产生消极的情绪，缺乏积极寻找解决方案的意识。 2）能了解到生物科学与人们生活息息相关，认识到新生物技术能提高人们的生活质量，但较难认识到新技术的负面影响。
三、学科核心素养发展
1、生命观念
基因诊断技术是指用放射性同位素（如P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子的杂交原理，坚定被检测样本的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。其原理DNA分子杂交，工具为基因探针，过程包括：制备基因探针、提取目的基因、获得单链DNA PCR扩增DNA、 目的DNA与尼龙膜结合 探针与DNA杂交。其优点为客观、灵敏。
基因芯片是将大量特定序列的DNA片段（探针）有序地固定在尼龙膜上、玻片或硅片上，从而能大量、快速、平行地对DNA分子的碱基序列进行测定和定量分析。原理为DNA分子杂交，在医学方面的应用包括：发现疾病相关基因基因芯片可用于寻找和鉴定与疾病相关的基因；用于传染病的检测利用基因芯片可以准确而快速地检测传染病；基因芯片技术与医学行为的改变。
2、理性思维和科学探究
1）通过小组探究完成构建基因诊断模型，提高学生处理信息、分析信息、解决问题的能力。同时，提升学生的自我表达能力、小组合作能力和交流能力。 2）通过白板操作，提高学生多媒体应用能力。
3）通过基因芯片模拟实验，培养学生用类比思维解决问题。
4）通过借助互联网收集基因芯片医学应用方面，得到自己观点，并用不同方式表达出来，提升学生收集信息，总结归纳，自我表达的能力。
3、社会责任
1）通过《安吉丽娜朱莉的故事》，培养学生面积极的生活态度，遇到困难时勇于面对，积极解决。 2）通过整节课从社会问题开始回到社会的学习过程，领悟到生物科学与人们生活息息相关。 3）通过视频《基因芯片与基因歧视》材料谈感受环节，认识到生物技术是双刃剑，我们要合理使用。
四、教学重、难点
1、教学重点
基因诊断的基本含义、原理、过程、优点；基因芯片的基本原理、医学应用和影响。
2、教学难点
基因诊断的原理和过程，描述基因诊断在恶性肿瘤早期诊断中的重要作用； 基因芯片原理。
五、教学策略
通过《“试管婴儿”做基因诊断，遗传病患者生健康宝宝》社会问题激发学生兴趣引入新课，以5层推进的方式突破基因诊断原理、过程、在恶性肿瘤上的应用。第1层：问题驱动引导学生逐步构建基因诊断模型。讨论、探究过程中，学生初步构建基因诊断模型；第2层：组长白板演示，将抽象转为具体，进一步加深知识了解；第3层：评价与纠错，及时评价操作结果，修正模型；第4层：概括小结，在探究活动基础上，再自主概况出基因芯片过程和定义，学生形成完整的科学的模型；第5层：学以致用回到社会中去，以思考题“阐述基因诊断在恶性肿瘤早期诊断中的重要作用”的形式，在社会问题中拓展新知应
人教（2003年）版 高中生物选修2 第1章第2节
用模型，突破难点。
以“如何通过一次检测就查出多种疾病了？”过渡，基因芯片是基因诊断的发展，比其更高效快捷。因此，也以5层推进的方式教学。第1层：直观教学，老师用PPT简单介绍基因芯片的组成，初步了解基因芯片；第2层：模拟实验，利用调色板和回形针模拟构建基因芯片模型，进一步了解基因芯片的原理和概念；并评价与纠错，修正知识；第3层：概括小结， 通过希沃课堂活动构建科学的、完整的模型。第4层：自主学习成果展示环节突破基因芯片医学应用教学。第5层：回到社会中去，通过《基因芯片和基因歧视》视频，讨论中学生明确生物技术的影响，是一把双刃剑，有优势也有弊端，突破难点。
六、教法与学法
教法：直观教学法、层进设问法、模拟实验法、讨论探究法 学法：自主学习、合作探究法
七、教学准备
1、 课题相关的希沃课件；
2、 布置学生利用互联网搜集基因芯片医学应用信息，总结为自己的观点； 3、 准备模拟基因芯片的材料：6个调色盒、6盒回形针
八、教学过程
1、创设情境：
【课件演示】 ：《“试管婴儿”做基因诊断，遗传病患者生健康宝宝》视频
【教师引导】 ：多囊肾病是一种单基因遗传病。它病症是肾脏长有囊肿，随着年龄的增加囊肿数量不断增加，最后影响患者肾脏功能。
问题: 1) 医院治疗前是什么夺走了沈女士做妈妈的想法？
2) 沈女士的多囊肾病可通过什么途径传给孩子？ 3) 医生用什么方法帮助沈女士得到健康的孩子?
【学生活动】观看视频、思考齐声回答问题
【设计意图】从生活实际中的素材出发，激发学生兴趣，为本节课的内容进行了铺垫。
2、探索新知（基因诊断原理）：
探究活动一：构建基因诊断模型 【课件演示】 ：
多囊肾病既可以为常染色体遗传病。90%多囊肾患者的异常基因位于16号染色体的短臂，称为多囊肾1基因；另有10%不到患者的异常基因位于4号染色体的短臂，称为多囊肾2基因。且研究发现：1号基因突变有81种，其中一种为正常序列TAGCCG，患者序列为TAACCG。
活动要求: 以小组为单位，先根据老师提出问题小组讨论，然后组长将答案展示在小组的屏幕上。逐步构建基因诊断过程模型。
1）诊断基因是否正常的依据？需要的工具？
2）如何读取诊断结果？该过程运用的方法？遵循的原则？待测基因如何处理？ 3）16号短臂上仅有1号基因？检测前需对16号染色体怎样处理？ 4）每个细胞中待测基因的数量有限，如何提高诊断效率？
人教（2003年）版 高中生物选修2 第1章第2节
5）诊断过程发生的场所？如何读取诊断结果？
【教师引导】 ：沿着基因诊断的过程，逐个提出问题，引导学生逐个讨论，然后将结果展示在希沃白板。最后创设纠错环境，共同评价修正知识。另外，白板演示过程中老师提供技术支持。
【学生活动】： 阅读材料，分析讨论提出问题，白板上演示结果，共同对结果进行评价和修正。 【设计意图】：小组讨论，在思维的碰撞中自主、构建基因诊断初步模型；自主演示，抽象过程具体化进一步加深对知识的认识；最后，创设纠错环境，共同评价修正知识。培养学生小组合作能力、信息技术应用能力和批判性思维。 学习评价，概括小结： 【课件演示】 ：
【教师引导】：创设希沃白板课堂活动情境，检测学习成果。 【学生活动】： 通过探究活动，概况出基因芯片过程和定义。
【设计意图】：检测学习成果，巩固基因诊断定义、过程，培养学生总结概括能力。 思考：
【课件演示】 ：
1、与传统的诊断方式相比，基因诊断的优点？
2、 恶性肿瘤是严重威胁着人类健康，能否尽早诊断对于挽救病人的生命非常关键。然而常规检查方法却无法做到。可否用基因诊断帮助人们做出准确的诊断？如何进行？
【教师引导】：创设讨论情境，介绍传统诊断方式，引导学生比较；补充恶性肿瘤即为癌症，一般情况确诊已发展到中晚期，引导利用基因诊断抢占抗癌先机。另外，口述《安吉丽娜朱莉的抗癌故事》。 【学生活动】： 阅读活动要求、小组活动。
【设计意图】：知识拓展迁移到社会问题上，巩固知识突破本节难点；同时，领悟到生物科学与人们社会生活息息相关。另外，《安吉丽娜朱莉的故事》，培养学生面积极的生活态度，遇到困难时勇于面对，积极解决。
3、探索新知（基因芯片的原理）：
过渡：
普通的基因诊断通常一次只能检测一种肿瘤基因，但实际上恶性肿瘤种类有很多种。因此，怎样才能减少病人取样的次数和检测的次数，尽可能多的检测出肿瘤的种类？基因芯片技术能一次检查多种疾病。基因芯片概念源自电脑芯片，大小约为指甲盖大，其上被分为2-3万小格。那么这些小格如何工作，请大家进入第二部分学习。
人教（2003年）版 高中生物选修2 第1章第2节
探究二：构建基因芯片模型 【课件演示】 ：
如何通过一次检测就查出多种疾病了？以小组为单位利用桌面上材料，模拟过程。（说明: 回形针模拟：DNA探针； 小方格模拟:芯片硅片上小室）
注意：目前的显微技术只能识别是否有荧光，但不能区分荧光种类。
【教师引导】：创设小组活动环境，观察每组活动情况，给与及时的指导，组织展示结果。 【学生活动】： 小组活动。
【设计意图】：小组演示，抽象知识具体化，降低学习难度，进基因芯片的原理、过程有深刻的认识。 培养学生小组合作能力、自我表达能力、科学探究能力。 学习评价，知识小结： 【课件演示】 ：
【教师引导】：创设希沃白板课堂活动情境，检测学习成果，给予及时评价。 【学生活动】： 阅读题目，选词填空。
【设计意图】：检测学习成果，概括基因芯片定义、原理，培养学生总结概括能力，突破本节第2个难点。
4、探索新知（基因芯片在医学方面的应用）： 过渡：基因芯片在各个方面都得到应用，特别在医学方面。 活动一： 自主学习成果展示 【课件演示】 ：
【教师引导】：创设展示活动情境，对于学生展示结果，及时评价。 【学生活动】： 展示课前准备资料，表达自己的观点。
【设计意图】：引导学生深刻领悟到基因芯片技术在医疗方面的重要作用。提升学生收集信息，总结归纳，自我表达的能力。
人教（2003年）版 高中生物选修2 第1章第2节
5、拓展提升：
过渡：我们已经了解了基因芯片技术，老师也找到了一个视频资料，请大家谈谈我们的想法。 【课件演示】 ：
【教师引导】：播放视频，引导学生思考，现代技术带给我们的不一定是积极的一面，也有消极的影响。领悟正确的方式面对新技术。
【学生活动】： 认真观看视频，表达自己的观点。
【设计意图】：视频《基因芯片与基因歧视》材料谈感受，认识到生物技术是双刃剑，我们要合理使用。培养学生辩证思维，提高语言组织和表达能力。
6、课堂小结
7、课后作业：
苯丙酮尿症是新生儿中发病率较高的一种遗传病，患儿由于缺少显性基因H，导致体内苯丙酮酸羧化酶缺乏，使来自食物的苯丙酮酸沿非正常代谢途径转变成苯丙酮酸。苯丙酮酸在体内积累过多，就会造成患儿生津系统损害。目前防治这种疾病的有效方法是尽早采用食疗法，即给患儿低苯丙酮酸饮食。利用基因疗法治疗苯丙酮酸，其基本思路是？
九、板书设计：
一、基因诊断技术的原理 1、工具： 2、原理：
3、过程： 4、定义： 5、优点：
人教（2003年）版 高中生物选修2 第1章第2节
二、神奇的基因芯片 1、原理： 2、定义： 3、应用： 4、影响：
十、教学反思
本节课以新课标为总宗旨，培养学生的学科素养为总目标；遵循以学定教，学生为主体，老师为主导原则；应用“激—探—创”的教学模式，通过《“试管婴儿”做基因诊断，遗传病患者生健康宝宝》社会问题，引入新课激发学生学习兴趣；通过模型的构建培养学生的科学探究和理性思维能力；再通过“基因诊断在恶性肿瘤早期诊断中的重要作用”和“《基因芯片与基因歧视》”，引导学生参与社会事务的讨论，培养学生的社会责任意识。
基因诊断和基因芯片属于现代生物技术，与实际生活较远且抽象。如何让学生高效自主的接受这是本节课的难题。希沃白板技术将基因以DNA平面结构的方式展示在了屏幕上，学生进行自主移动、复制、配对。这技术将抽象的事物具体化，降低学习难度，帮助学生探究和发现，同时课堂形式多样，氛围活跃，破解这一难题。
由于模拟材料限制，模拟实验中利用美术学上用的调色小格来模拟基因芯片中的硅片。调色盒由很多个小格组成，这和硅片上的小格相似，但是也有不同的是调色格有几个大小不同，所以与硅片小有区别。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
