AI赋能高中生物教学示范公开课例析——以基因工程单元复习课为例

1.课堂导入：创设情境，激发兴趣

      AI赋能手段：教师课前利用AI视频工具，输入提示词生成情境动画。动画中呈现：人血清白蛋白——人体血浆中含量最高的蛋白质，是抢救休克、烧伤等危重病症时的重要治疗药物，目前我们国家面临着医疗用血供应紧张、存在血源安全隐患等医学难题。科学家利用基因工程技术，将人血清白蛋白基因导入水稻细胞，培育出可合成人血清白蛋白的转基因造“血”水稻，为解决医用造血原料短缺提供新路径。画外音抛出问题：如何利用基因工程培育转基因造“血”水稻，造福人类呢？

2．课堂主体环节：突破重难点，化抽象为具象

2.1目的基因的筛选与获取

      教师简要复习了获取目的基因ALB基因的方法，重点复习PCR技术。AI赋能手段：利用AI软件——豆包获取目的基因序列信息。教师利用希沃授课助手投屏，在屏幕上展示教师给豆包发问题“ALB基因的序列是怎样的？”2-3秒的时间豆包给出了答案，一长串的基因序列。

      获取了目的基因之后就可以利用PCR技术扩增目的基因了。AI赋能手段：AI虚拟实验室操作——教师设计了PCR扩增模拟实验。教师在该模拟实验中提供了PCR体系组分：原料、温度设置、酶和引物等。教师邀请一学生代表上前操作，操作者选择试剂，输入变性、复性和延伸各自的温度，输入循环次数等参数就点击“启动”按钮，启动PCR扩增。模拟实验马上显示学生代表的操作是正确的，他输入循环3次，模拟实验就生成了8个DNA分子。

2.2构建基因表达载体

       教师简要复习了构建基因表达载体的流程。根据教师提供的载体图谱、目的基因ALB和6种限制酶的识别序列，学生分小组讨论酶切质料和目的基因时，可行的限制酶选择方案是什么？紧接着学生利用教师分发的材料包，内含卡纸描绘的目的基因ALB基因、卡纸描绘的载体、剪刀（模拟限制酶）、透明胶带（模拟DNA连接酶），小组合作，模拟基因表达载体的构建过程，并分析单酶切和双酶切哪个方案更好。

      表达与交流：学生代表展示并回答。

      教师评价并归纳单酶切得到4个结果：目的基因自身环化、载体自身环化、目的基因反向连接和目的基因正确连接；双酶切只得到一个结果：目的基因正确连接。结论：双酶切方案更好。

      教师归纳限制酶的选择原则。

2.3将目的基因导入受体细胞

      教师简要复习了将目的基因导入受体细胞的常用方法，然后重点复习农杆菌转化法。

教师呈现自己制作的小视频，呈现农杆菌转化法的原理与过程。AI赋能手段：教师利用不同颜色的橡皮泥分别捏制农杆菌、目的基因、Ti质粒、植物细胞和染色体，利用AI配音，用第一人称表述农杆菌侵染植物细胞的动态过程。

      教师呈现资料：潮霉素通过抑制原核生物和真核生物的蛋白质翻译发挥作用，但许多农杆菌菌株对潮霉素具有天然耐药性。

      学生根据所呈现的资料与载体图谱思考：如何筛选含重组Ti质粒的农杆菌？如何筛选转基因水稻细胞？

      学生回答问题，第一次筛选用添加卡那霉素的选择培养基；第二次筛选用添加潮霉素的选择培养基。教师评价并解释理由。归纳要领：要关注载体上的标记基因。

2.4目的基因的检测与鉴定

      教师展示目的基因的检测与鉴定插入、转录、翻译、个体水平四个环节流程图，学生回答每个环节所用的检测方法。教师评价并总结：检测目的基因是否插入、转录、翻译是分子水平的检测，在个体水平上的检测需要检测是否表现出生物性状。

3.课堂小结

      教师对本节课内容作知识点的总结。AI赋能手段：本节课内容知识点作为歌词，利用AI合成的一首歌曲兼动画演示。

      本课例涉及到的AI赋能的主要手段：1.生成式可视化，如课堂导入环节的情境动画、讲授目的基因的筛选与获取环节的农杆菌转化法过程的视频和课堂小结的歌曲动画（文生视频、动态流程）用于降低认知负荷；2.虚拟仿真与自适应实验，如讲授目的基因的筛选与获取环节，教师设计了PCR扩增模拟实验具有操作安全、无耗材，可即时纠错优点；3.检索增强生成，如讲授目的基因的筛选与获取环节，教师利用豆包获取目的基因序列信息，便捷迅速。

      本课例选取人教版高中生物“基因工程的基本操作程序”为复习内容，以基因工程的四大步骤为主线，以转基因造“血”水稻的培育为教学情境，重难点突出，合理融入AI技术将抽象过程具象化、将被动听讲转变为主动探究，显著提升学生的科学思维与探究能力，是一节AI赋能高中生物教学的优质公开课。