AI赋能高中生物教学示范公开课例析——基于改造枇杷细胞增产药用成分的基因工程单元复习课

1.课堂导入：创设情境，激发兴趣

      教师呈现资料1：介绍本地特产枇杷的美食如：枇杷糖、枇杷鸭、枇杷酒等及其药用价值，增强家乡认同感并激发学生学习的兴趣。

      导入：科学家研究枇杷的药用价值时发现枇杷中的熊果酸与齐墩果酸还具有保屏、抗烫、降血脂、抗炎、抗癌功效。

      呈现资料2：熊果酸（UA）与齐墩果酸（OA）是存在于大部分植物中的一种天然三萜类化合物，属于植物细胞的次生代谢物。但者的结构复杂，人工合成困难，目前熊果酸与齐墩果酸的提取主要以成年枇杷叶为原料采用有机溶剂提取，存在分离量少、纯度低、溶剂消耗量大等局限。

      呈现资料3：不同外源诱导因子对枇杷悬浮细胞熊果酸和齐墩果酸含量的影响。

      呈现资料4：已知茉莉酸甲酯是植物内源信号分子，通过茉莉酸合成途径产生。而丙二烯氧化物合酶是该途径的关键限速酶。

      引发需解决的核心问题：如何通过基因工程改造枇杷细胞使其自身能够高效合成茉莉酸甲酯，让枇杷细胞不依赖外源茉莉酸甲酯，也能持续高产熊果酸与齐墩果酸？

      完成任务一：设计改造高产熊果酸和齐墩果酸的枇杷细胞的技术路线图。

      学生分小组活动，进行设计。

      学生代表展示所设计的技术路线，教师评价。

      过渡语：这个技术路线，就是基因工程的四大步骤，我们这节课使用这个设计思路，以基因工程的四大步骤为复习主线。

2．课堂主体环节：重难点突破：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AOS基因的方法，重点复习PCR技术。利用PCR技术扩增目的基因的前提是目的基因的序列已知。可以在基因文库中获取目的基因的已知序列。AI赋能手段：利用前沿AI工具——deepseek获取目的基因序列信息。教师在电脑上展示利用depseek获取目的基因的过程，几秒的时间搜出了答案，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AOS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交互式动态演示PCR实验流程，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。该模拟实验室在主屏幕显示“变性、复性和延伸” 的循环过程，右上角显示三个过程的温度变化。循环三次后，模拟实验就生成了8个DNA分子。

      思考：虚拟实验室演示的实验跟课本上学过的PCR技术一样吗？教师强调理性看待AI技术，AI带来高效方便的同时要关注细节，关注正确率。

      教师以填空形式复习并归纳：PCR技术的原理、条件、过程，引物的概念和作用等教材基础知识。

      复习引物及引物的设计要求。呈现已设计的两组引物，小组讨论判断哪组引物合理，说明理由。

      学生回答，教师评价，归纳引物设计的要求。

2.2构建基因表达载体

      教师呈现质粒图谱，思考问题：1.基因表达载体由哪些结构组成？2.它们的功能分别是什么？3.构建过程中需要用到哪些工具？

      教师带领学生简要复习基因表达载体上各个元件的作用及功能。

      教师呈现目的基因AOS及其上面的限制酶切割位点，呈现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？

      表达与交流：学生代表回答限制酶选择方案，分析原因。教师归纳限制酶的选择原则。

      AI赋能手段：借助AI展示判断单酶切方案和双酶切方案到底谁更优。教师请学生代表上电脑演示：学生代表在教师提前设计的交互平台上选择“单酶切方案”，电脑显示有4个结果，4个结果中只有1个结果是符合要求的。接着学生代表再选择“双酶切方案”， 电脑显示仅有1个结果，且该结果是符合要求的。

      利用AI再次确认了“双酶切方案”优于“单酶切方案”。

      教师呈现问题：如果想让目的基因在枇杷细胞中高效表达还可以在构建载体时做哪些优化？

      学生思考回答自己的想法。教师给予评价。

      AI赋能手段：利用智能体“科学老师”解决问题。教师打开智能体“科学老师”，把问题输入对话框，1秒钟后“科学老师”声情并茂地回答疑问。

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。组织学生构建概念模型，展示农杆菌转化法的操作流程。

      呈现资料5：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。

      思考：筛选过程中分别选用哪种抗生素？

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.课堂反馈练习

      呈现2024年高考广西卷改编题，学生做练习。

4.课堂小结

      以概念模型的形式概括本节内容。

     本课例涉及到的AI赋能的主要手段：1. 智能体与对话式学习，如本节课利用“科学老师” 回答疑问“如果想让目的基因在枇杷细胞中高效表达还可以在构建载体时做哪些优化？”增强沉浸感和探究性；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deepseek获取目的基因序列信息，便捷迅速。4.智能评价与学习分析，如使用—AI交互平台判断“单酶切”和“双酶切”哪个方案更优秀。可精准识别精准解决疑难概念。

      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，以设计改造枇杷细胞高产熊果酸与齐墩果酸为教学情境，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。

     本节课例与本公众号上一篇文章《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》的课例在AI赋能高中生物教学方面有相同之处，如：使用PCR虚拟实验室设计；也有独特之处，如：智能体科学老师的设计。