科学前沿 组装细胞教学设计及课堂实录

学科：

生物

授课班级：高2019

届 17、18、20、22 班

任课教师：

李兴选

课题： 科学前沿：人造生命

授课时数：

1课时

授课时间：

2018年 5 月 29 日

第 周

教学目标（知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观）

知识与技能：

1、了解人造生命的发展状况。

2、了解人造细胞的原理、方法和意义。

3、构建必修一全书知识框架。

过程与方法：

以人造细胞为例，分析人造生命的研究方法、研究路线。

情感、态度与价值观：

1、

关注人造生命的最新进展，激发学习兴趣。

2、

评价人造生命的意义和风险。

教学重点：

1、

人造生命“辛西娅”的诞生过程、实验方法。

2、

构建必修一全书知识框架。

教学难点：人造生命“辛西娅”的诞生过程、实验方法。

教学用具：多媒体课件

教学方法：谈话法、讨论法与讲授法相结合

课时安排：1课时

教学设计思路：

“组装细胞”也叫“人造生命”，在人教版必修一第12-13页“科学前沿”。对于这一内容，教师往往一带而过或干脆不提，但学生却很感兴趣。我代高二学生进行高三一轮复习恰好到此，我尝试对教材内容进行整合，结合学生知识储备，设计本节课。预设教学目的是：

1、

加深理解“细胞是最基本的生命系统”。

2、

充分认识“科学技术是把双刃剑”，学会客观评价。

3、

激发学生从事生命科学研究的热情。

4、

引导学生打下坚实的知识基础，构建必修一全书的知识框架。

从教学效果来看，学生非常喜欢这种类型的课，不仅课堂讨论热烈，发言踊跃，还延伸到课后。不仅激发了学习兴趣，同时整合了学生的已有知识。

教学过程

教学程序

教师活动

上一节我们复习了第一讲《走近细胞》，理解了“细胞是最基本的生命系统”这一基本观点，了解了形形色色的生命。那么，生命可不可以人造？如果要进行人造生命，你觉得应该先造什么生物？

学生分享自己的相关信息。

课件展示：有关人造生命的三则报道。 讨论：

1、

人工合成病毒，是否就是人工制造了生命？学生活动与目标

听讲，回忆旧知

集体回答或点名回答

学生答：可以

了解最新科研成果，激发学习兴趣。

联系有关生物知识，激疑思考

引入课题

必修1§1-2 科学前沿-组装细胞 第 1 页

共 5 页

为什么？

2、

人工合成病毒的研究，应该肯定还是应该否定？

3、你认为的首例人造生命，应该是生命类型的生物？

引导学生联系自己熟悉的生物，思考生命的基本特征有哪些？

1、

能够进行新陈代谢，实现自我更新。

2、

能够繁殖产生后代，实现自我复制。

3、

具有复杂适应性的系统。

了解生命的本质特征，怎样进行人造生命？

什么是人造生命？他与克隆等技术有何区别？

讲述：人造生命是以系统生物学研究为基础，融入工程学的思想和概念，综合利用化学、物理、信息科学的知识和技术，从头合成或改造重组成具有特定生物学活力的生物分子及其复合物、功能线路和细胞器，从而创造细胞、组织、器官、生物个体乃至生态系统。

克隆是利用现有遗传信息"复制"生命，而人造生命则是利用核苷酸等组成DNA的基本要素创造新生命。

1、

阅读课本12页“组装细胞”，了解文特尔的研究工作。

2、

简介文特尔，生物学界的“坏小子”。

3、

展示：人造生命“辛西娅”的诞生。

提问：

1、

选择支原体作为实验材料，有什么优势？

支原体是人类发现的最小最简单的原核生物，没有细胞壁，结构简单，基因组较小，仅有480个基因。

2、

针对实验方法，提出自己需要解答的问题。

克雷格·文特尔团队选择了生长较快的丝状支原体和山羊支原体作为实验对象，分以下4个步骤完成实验：

1) 合成供体的基因组DNA；

2) 合成DNA片段的拼接；

3) 人工基因组的甲基化修饰；

4) 人工基因组移植入受体细胞。

两大核心技术：

1）

基因组转移技术

强化人造生命的理解。

生命和人造生命

学生交流、讨论、回答。

人造生命“辛西娅”的诞生

阅读、思考、交流

理解生物实验选材的重要性。

联系基因工程相关知识，理解文特尔的实验。

人工基因组的甲基化修饰，防止被限制酶识别破坏。

必修1§1-2 科学前沿-组装细胞 第 2 页

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2）

基因组合成技术

实验过程：



1. 选取一种名为丝状支原体，对其基因组进行解码并复制，产生人造的合成基因组。



2. 将重组的DNA碎片放入酵母液中，令其慢慢地重新聚合。



3. 将人造基因组放入山羊支原体中。通过生长和分裂，产生两个细胞，一个带有人造DNA，另外一个带有天然DNA。



4. 培养皿中的抗生素将带有天然DNA的细胞杀死，只留下人造细胞不断增生。



5.山羊支原体内原有DNA的所有痕迹全部消失，人造细胞不断繁殖。新的生命诞生了。

学生分组讨论，推选主题发言人，回答一下问题。

1、

你觉得“辛西娅”是真正的人造生命吗？

2、

你认为人造生命技术应该大力推广吗？

3、

人造生命技术可能存在哪些风险？

4、

你认为人造生命以后的发展方向可能是怎样的？

支持方：宾州大学的生物伦理学家亚瑟·卡普兰说：“研究成果可以彻底平息有关生命到底需不需要特殊力量才能被创造和生存下来的争论，甚至可以颠覆人类长久以来对于生命本质的看法，让人们重新审视自身和人类在宇宙中的地位，其深远意义堪比伽利略、哥伦布、达尔文和爱因斯坦等先贤对人类发展做出的贡献。”

反对方：人造的有机体如果扩散到自然界，引发生物基因变化，有可能造成环境灾难，它们还有可能被用来制造生物武器。还有人批评说，无论如何人类都不可以充当“造物主”，更没有资格像“上帝”或诸神一样创造生命；更多人则担心此研究成果会被用来合成大量生化武器，造成恐怖威胁。

希望同学们积极关注包括人造生命在内的生命科学新成果。老师非常盼望你们当中有更多人去从事生命科学研究。

如果要完全人工制造一个细胞，你认为要做哪些工作？应该有怎样的知识储备？

我们要深入了解细胞，走进细胞这个最基本的生学生分组讨论、交流、整理，训练认知判断能力、表达能力。

学生讨论、交流热烈，积极发表自己的想法。

对人造生命技术的评价和争议

走进细胞

快速阅读教材目录，必修1§1-2 科学前沿-组装细胞 第 3 页

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命系统，请大家打开必修一《分子与细胞》的目录，从以下方面进行：

1、

系统的物质组成（第二章），从元素和化合物两个层次进行复习。

2、

系统的基本结构（第三章），系统的边界、控制中心、分工与协作的细胞器等。

3、

系统的功能（第四、五章），物质进出细胞、细胞的能量供应。

4、

系统的发展和变化（第六章），细胞的生长、增殖、分化、衰老、凋亡等。

今天，我们了解了人造病毒、人造细胞等生命科学的新进展以及由此产生的争议，思考如何用好“科学技术这把双刃剑”；进一步加深了对“细胞是最基本的生命系统”的理解，激发了同学们学习生物的浓厚兴趣。

搜集有效信息，抓住各章节的内在联系，构建细胞概念模型，提升学生的能力。

课堂小结

布置作业：

1、

初步构建以细胞为核心的知识框架。

2、

下图表示文特尔团队研究首例人造生命“辛西娅”的实验过程示意图，请尝试把他翻译成中文。

板书设计

一、

生命和人造生命

（一）

生命的基本特征

（二）

人造生命

1、

人造生命的含义

2、

与克隆的区别

二、

人造病毒的讨论

三、

人造生命“辛西娅”的诞生

（一）

实验选材

（二）

实验方法

（三）

实验过程

（四）

评价和争议

四、

关于人造生命的展望

五、

走进细胞

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必修1§1-2 科学前沿-组装细胞

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