基因工程教学设计

编辑:瓜分网互动百科 时间:2020-04-06 10:11:24
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基因工程 英文名称:genetic engineering;gene engineering 其他名称:重组脱氧核糖核酸技术(recombinant DNA technique) 。狭义的基因工程仅指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因;广义的基因工程则指按人们意愿设计,通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。如用重组DNA技术,将外源基因转入大肠杆菌中表达,使大肠杆菌能够生产人所需要的产品;将外源基因转入动物,构建具有新遗传特性的转基因动物;用基因敲除手段,获得有遗传缺陷的动物等。
中文名
基因工程教学设计
科    目
:生物教学
对    象
:高二
课    时
:2
【说明】:此教学设计任务由南京晓庄学院现代教育技术课程老师yqiong参与教师-维基星光计划进行wiki教学而发布。此词条为范例词条,由陈荟选定主题并负责、参与现代教育技术课程的所有同学协作共同完成!

基因工程教学设计一、基本信息:

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科目:生物教学对象:高二
  课时:2教学环境:多媒体教室

基因工程教学设计二、学习者特征分析

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:
学生已经学习了原核细胞基因和真核细胞基因的结构,知道基因的功能,学生很想进一步了解人类通过基因工程对生物的基因进行重新拼接,定向地改变生物的遗传特性,从而产生出人类所需要的基因产物。

基因工程教学设计三、学习内容分析:

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本节课的教学内容是凤凰教育出版社、高中课程标准实验教材选修3中的第一章《基因工程的简介》。是在原有的知识基础:已经学习了原核细胞基因和真核细胞基因的结构,知道基因的功能,基因特异性表达。对定向改变生物的性状,创造出有益于人类的性状的深入认识。

基因工程教学设计四、教学目标分析:

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1.知识方面
  (1)基因工程的概念(知道)。
  (2)基因操作的工具和基本步骤(知道)。
  (3)基因工程所取得的成果以及发展前景(知道)。
  2.态度观念方面
  (1)通过学习基因操作的工具和基本步骤,形成结构与功能相统一的基本观点。
  (2)通过学习了解基因工程的发展前景及成果,培养理论联系实际的良好学风。
  (3)通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果,激发学生对于生物知识的兴趣,开阔学生的思路,培养学生的爱国主义热情,树立在学习上努力刻苦的决心。
  3.能力方面
  (1)通过对书中插图、照片等的观察,学会科学的观察方法,培养观察能力。
  (2)能利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题,从而培养学生自主学习能力,为终身学习、后续学习打下坚实的基础。
  (3)通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握,逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力,具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。
  (4)通过对基因操作基本步骤的学习,使学生在理解步骤的同时,举一反三,对于其他基因工程操作实例做到能理解、能介绍,从而培养学生对相关知识的理解能力及良好的语言表达能力。

基因工程教学设计五、教学重点与难点:

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重点
 基因操作的工具和基本步骤。
难点
   限制性内切酶和运载体的作用。
   提取目的基因的方法和目的基因导入受体细胞的途径。

基因工程教学设计六、教学策略的选择与设计

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我将教材内容作了适当的调整,先由以前性状的知识积累,导入课题基因工程。较自然地引出基因工程的概念,操作的三个工具。利用三个工具如何进行基因操作呢?首先播放基因操作的动画,给学生一个整体的认识。然后具体落实“四步曲”,最后,结合“基因操作的基本步骤示意图”总结三个工具,四个步骤。在此基础上顺利成章地归纳总结基因工程的概念及优点。组织学生设想在生产实践中的应用,使知识得到延伸。最后分组设计一个转基因生物的流程图,并组织交流,作为对知识的巩固。

基因工程教学设计七、教学过程与媒体资源

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教学过程
一、问题导入:
1.生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果,各种生物间的性状千差万别这是因为这些性状都是基因特异性表达的结果。例如:青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素。豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。人的胰岛B细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度等等。
  2.那么人类能不能改造基因呢?能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢?
二、基因工程的概念:
  在生物体外,通过对DNA分子进行人工“切割”和“拼接”,对生物的基因进行改造和重新组合,然后导入受体细胞内进行无性繁殖,使重组基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的基因产物。
  概念中要强调的词语:
  基因工程的别名:基因拼接技术或DNA重组技术
  操作环境:生物体外
  操作对象:基因
操作水平:DNA分子水平
  基本过程:剪切→拼接→导入→表达
  结果:人类需要的基因产物
  三、基因操作的工具:
《1》教师
  通过对基因工程概念的理解,我们知道其操作水平是在DNA分子水平,用普通的操作工具能够在如此微观的条件下操作吗?
  1、 基因的剪刀──限制性核酸内切酶(限制酶)

  剪刀
剪刀 剪刀
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。
  2、基因的针线──DNA连接酶
  连接酶的作用是:将互补配对的两个黏性末端连接起来,使之成为一个完整的DNA分子。
  3、基因的运输工具——运载体
  要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达,首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去!能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。
  运载体必须同时满足三个要求:①能与目的基因结合;②能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达;③比较容易得到。
  科学家发现大肠杆菌、枯草杆菌等的质粒能同时满足以上三个要求。
《学生》
学生以小组为单位讨论
  学生观察后回答回文序列的特点。
  学生根据动画归纳限制酶识别、切割DNA分子的作用。
  学生回忆酶的专一性
  学生模拟剪切和拼接的过程。
  学生发现切口处没有连接。
  学生分析不同生物的DNA分子结构、化学组成。
  学生看书后回答
  根据质粒的特点理解常用作运载体的原因
  四、基因操作的基本步骤:
《教师》
  1、提取目的基因——将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。
  目的基因获取方法:①鸟枪法②分子杂交法③逆转录法
  ④人工合成法

  提取目的基因
提取目的基因 提取目的基因
目前被较广泛提取使用的目的基因有:苏云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。
  2、目的基因与运载体结合
  用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口,将目的基因插入切口处,让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后,在DNA连接酶的作用下连接形成重组DNA分子
  步骤:(1)用一定的限制酶切割质粒,使其出现一个有粘性末端的切口。
  (2)用同种限制酶切断目的基因,产生相同的粘性末端。
  (3)将切下的目的基因片段,插入到质粒的切口处,再加入适量的DNA连接酶,使质粒与目的基因结合成重组质粒

  目的基因与运载体结合
目的基因与运载体结合 目的基因与运载体结合
3、将目的基因导入受体细胞
  ①导入方法:借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
  ②导入过程:运载体为质粒,受体细胞为细菌,一般是将细菌用CaCl2处理,以增大细菌细胞壁的通透性,使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。

  
  目的基因导入
目的基因导入 目的基因导入
4、目的基因的检测和表达
  前三步的处理十分繁锁,为保证目的基因得到有效利用,通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样,处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少,必须将它从中检测出来。
  细菌的检测,将每个受体细胞单独培养形成菌落,检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落,保留有表达产物的进一步培养、研究。
《学生》
学生结合课件,回答。
  学生归纳鸟枪法的具体做法。
  学生思考后回答 真核细胞基因和原核细胞基因编码区的不同点,所以两种胰岛素不同。
  学生回答两种方法:反转录法、根据氨基酸序列得到目的基因
  学生讨论得出:根据密码子表首先推测出相应的信使RNA序列,然后按碱基互补配对原则,推测出结构基因的核苷酸序列,再通过化学方法合成目的基因。
  学生根据一个氨基酸可能有多个密码子,及真核细胞基因的特点回答。
  学生分小组讨论得出:
  1、用同一种限制酶切割质粒和目的基因,使其产生相同的粘性末端。
  2、用DNA连接酶,形成重组DNA。
  学生根据相同粘性末端结合时的随机性,推理出可能的三种DNA分子:
  学生根据运载体上的标记基因的作用回答。
  学生写出转录、翻译过程
  五、基因工程的成果与发展前景
  1、基因工程与医药卫生
  许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限,其价格往往十分昂贵。
  微生物生长迅速,容易控制,适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内,让它们产生相应的药物,不但能解决产量问题,还能大大降低生产成本。
  2、基因工程与农牧业、食品工业
  运用基因工程技术,不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种,还可以培养出具有特殊用途的动、植物。
  
  (1)、转基因鱼:生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)

  举例
举例 举例

  (2)、转基因牛:乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)
  
  (3)、转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
  
  3、基因工程与环境保护
  ⑴ 环境监测:基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
  
  ⑵ 环境污染治理:基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
媒体资源
多媒体,黑板,粉笔
八、教学流程图:基因工程教学流程
基因工程教学流程 基因工程教学流程

基因工程教学设计九、教学评价:

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1、学生自评表:
  知识评价:
  我知道了基因工程的概念
  我掌握了基因工程的操作步骤
  我能自己画出基因工程的流程
  学生课堂表现评价
  认真、积极、自信、善于与人合作、思维的条理性、思维的创造性
  能力评价:
  和自己比,这节课我能拿个“”(A、B、C、D)。
2、教师评价:
3,、随堂练习测试后评价
一、选择题:每小题只有一个选项符合题意。
  1.良种试管牛的繁殖过程是:用激素促进甲牛多排卵,然后把卵细胞在体外与人工采集的乙牛的精子进行受精,在特定培养基上培育成胚胎,再把胚胎送入经过激素处理的丙牛的子宫内,孕育成试管牛。下列相关叙述错误的是
  A.产生试管牛的生殖方式属于有性生殖
  B.处理甲牛的激素可能是孕激素
  C.甲牛、乙牛对试管牛核基因的贡献相同
  D.该技术可应用于加速优良种畜的繁殖
  2.mRNA上的终止密码子不编码氨基酸。与之相对应的DNA片段位于
  A.编码区下游的非编码区中B.基因编码区最末端的内含子中
  C.基因编码区内D.基因的最末端
  3.下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是
  供体 剪刀 针线 运载体 受体
  A 质粒 限制性内切酶 DNA连接酶 提供目的基因的生物 大肠杆菌等
  B 提供目的基因的生物 DNA连接酶 限制性内切酶 质粒 大肠杆菌等
  C 提供目的基因的生物 限制性内切酶 DNA连接酶 质粒 大肠杆菌等
  D 大肠杆菌等 DNA连接酶 限制性内切酶 提供目的基因的生物 质粒
  4.下列关于基因结构的认识中,正确的是
  A.大豆基因中内含子是能够编码蛋白质的序列
  B.乳酸菌与酵母菌基因结构中都存在外显子和内含子
  C.大肠杆菌基因与RNA聚合酶结合位点位于编码区的下游
  D.水稻细胞基因的编码区中存在非编码序列
  5.下图示真核生物染色体组成。1、2、3、4分别表示
  A.胸腺嘧啶、非编码区、内含子、外显子
  B.胸腺嘧啶、非编码序列、外显子、内含子
  C.尿嘧啶、非编码区、外显子、密码子
  D.尿嘧啶、非编码序列、内含子、外显子
  6.细胞质遗传表现为母系遗传。下列对母系遗传的说法最确切的是
  A.后代性状一定与母本相同
  B.后代性状由母本遗传物质控制
  C.后代不会发生性状分离D.母系遗传现象是由RNA决定的
  7.在基因工程中限制性内切酶是一种重要的工具酶,这种酶
  A.是一种RNA分子
  B.主要存在于真核生物中
  C.能识别基因中的非编码区碱基序列
  D.本身的合成是受基因控制的
  8.下列关于染色体和质粒的叙述,正确的是
  A.两者的化学本质相同B.两者均可作为基因工程的运载体
  C.两者均与生物的遗传有关D.两者均可存在于原核生物细胞中
  9.在人体蛋白质代谢过程中,通常不涉及的酶是
  A.限制性内切酶B.解旋酶C.转氨酶D.蛋白酶
  10.下列关于基因结构的叙述中,正确的是
  A.水稻细胞基因的编码区中存在不能编码蛋白质的序列
  B.大豆细胞基因结构中内含子存在于非编码区,不能编码蛋白质的序列
  C.大肠杆菌基因的RNA聚合酶结合位点位于编码区的下游
  D.乳酸菌与酵母菌基因结构中都存在外显子和内含子
  11.DNA探针能用于检测
  A.地方性甲肿病患者B.乙肝患者
  C.骨质软化病患者D.缺铁贫血病患者
  12.下列有关基因的叙述,正确的有
  ①基因是具有遗传效应的DNA片段,全部位于染色体上②自然选择使基因发生定向变异③某基因的频率就是该基因在种群基因库中所占的比例④每一个基因都包含编码区和非编码区⑤人体内的肝脏细胞和血红细胞所含的基因相同
  A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
  13.在一个真核细胞某基因的编码区中,有2个外显子和1个内含子,测得两个外显子分别有120个和180个碱基,内含子有36个碱基,那么该基因最多能编码的氨基酸个数是
  A.112 B.100 C.56 D.50
  14.基因治疗是指
  A.运用人工诱变的方法,使有基因缺陷的细胞发生基因突变而恢复正常
  B.运用基因工程技术,把有缺陷的基因切除,达到治疗疾病的目的
  C.把健康的外源基因导人到有基因缺陷的细胞中,达到治疗疾病的目的
  D.对有缺陷的基因进行修复,使其恢复正常,达到治疗疾病的目的
  15.现有两个小麦品种A和B。如果想获得具有A品种细胞质和B品种细胞核的新个体要采取
  A.♀A×♂B的后代为母本连续与B杂交、选种
  B.♀A×♂B的后代为母本连续与A杂交、选种
  C.♀B×♂A的后代为母本连续与A杂交、选种
  D.♀B×♂A的后代为母本连续与B杂交、选种
  16.依右图有关工具酶功能的叙述,不正确的是
  A.切断a处的酶为限制性内切酶
  B.连接a处的酶为DNA连接酶
  C.切断b处的酶为解旋酶
  D.连接b处的酶为RNA聚合酶
  17.干细胞是一种尚未充分分化的未成熟细胞,它具有再生各种组织、器官的潜能,医学家们正尝试利用干细胞治疗一些顽疾,如用骨髓移植法有效治疗白血病便是成功的例证。下列说法中不正确的是
  A.造血干细胞在骨髓中可分化发育成T淋巴细胞和B淋巴细胞
  B.利用干细胞治疗某些顽疾,是因为干细胞的分化程度低,其全能性较高
  C.骨髓移植时必须是供者与受者的主要HLA有一半以上相同
  D.异体骨髓移植成功后,康复者的血型有可能发生改变但不会遗传
  18.关于紫茉莉的叙述,不正确的是
  A.白色植株上能开红花 B.白色枝条上能开红花
  C.花斑枝条上能开红花 C.绿色植株上能开红花
  19.下列有关基因工程的叙述中,错误的是
  A.蛋白质中氨基酸序列可为合成目的基因提供资料
  B.基因探针是指用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子
  C.相同黏性末端只是通过碱基对的配对而连接的
  D.基因治疗主要是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中
  20.紫茉莉的遗传信息储存于它的
  A.DNA或RNA分子,在细胞核与细胞质中B.DNA分子,在细胞核中
  C.DNA和RNA分子,在细胞核与细胞质中D.DNA分子,在细胞核与细胞质中
  三、非选择题
  1.人类牙病的一种性状表现是由于牙本质发育不良,导致牙釉质易破碎,使儿童时期牙齿就易受损伤,该病称为乳光牙。我国科学家在研究中发现,该遗传病的控制基因是DSPP基因,该基因的第3外显子的一段碱基序列是决定谷氨酰胺(一种氨基酸)密码子的,但却变成决定终止密码子的序列。请回答:
  (1)乳光牙致病基因是形成的。
  (2)已知谷氨酰胺密码子分别是CAA和CAG,那么DSPP基因第3外显子与上述密码子相对应的碱基序列是;由于第3外显子碱基序列的变化,导致所决定的肽链结构的显著改变是,因此使牙齿发育异常。
  (3)从上述材料中有关基因结构的叙述和已学过的有关知识可知:在真核细胞中,能够编码蛋白质的基因中含有。
  (4)科学家对乳光牙致病基因进行检测是用被标记的DNA分子做探针,鉴定基因的碱基序列,这种方法遵循的原理是;如果科学家要对该病进行基因治疗,目前一般采取的方法是______________________。
  2.胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。1978年,美国科学家用化学方法合成的人胰岛素基因与质粒结合并导入大肠杆菌,成功生产出人的胰岛素。请分析并回答:
  (1)判断某人患糖尿病的主要依据是。
  (2)化学方法合成的人胰岛素基因与人体内的胰岛素基因在结构上的区别是。
  (3)下图A-D段表示质粒的某基因,B表示RNA聚合酶结合位点。请在方框内用箭头表示出RNA聚合酶在C上的移动方向。为使目的基因直接表达,目的基因插入的最佳位点是图中的处(填数字序号)。
  (4)基因工程被用于培育抗虫植物等,如:转胰蛋白酶抑制剂基因的蔬菜,对该蔬菜处理不当,可能给人体带来的负面影响是。
  3.在生命科学研究中,“放射性同位素示踪”是经常使用的研究手段。某生物科研所做了如下几个科学实验,请仔细阅读分析并回答有关问题。
  
  
  (1)将大肠杆菌的DNA分子用3H标记后,放在普通培养基上按图甲所示方式繁殖八代,那么在子代中含3H标记的DNA分子的比例是________。若其细胞中DNA分子在复制过程中出现差错,那么该细胞的结构功能________(一定或不一定)发生改变,其可能的原因是________。
  (2)上图乙所示,科研人员合成了一段含15N的特定DNA片段。用它作为探针,利用________原则,可检测待测标本中的遗传信息,目前在环境监测方面可用于________,这项技术的原理是________________。
  (3)科研人员选取一棵健壮的植物幼苗,将它的一片叶用透明塑料袋密封,施加14CO2(如上图丙所示),用以探究土壤温度和气温对其体内有机物运输方向的影响。控制不同温度条件,分别在A、B处测定含14C的有机物含量,记录的实验数据如下:
  气温:17.7
  土温:22.4 气温:22.4
  土温:17.7
  A 14 2l
  B 24 11
  该实验结果说明:________________________。
  4.一位女性患有严重复合型免疫缺陷病(SCID),主要表现为缺乏腺苷酸脱氨酶(简称ada),而腺苷酸脱氨酶是免疫系统完成正常功能必需的,因此,她不能抵抗任何微生物的感染,只能在无菌条件下生活。患者由于从父母处各继承了一个腺苷酸脱氨酶缺失基因,导致体内无法合成腺苷酸脱氨酶。运用现代生物技术进行治疗后,患者的免疫功能得到了很大的修复。右图表示治疗SCID的过程,请据图回答:
  (1)要获得携带人正常ada基因的细菌,需要的工具酶包括____________。
  (2)参与治疗SCID的病毒a核酸中不含有的碱基是____________,细菌内的ada基因整合到病毒的核酸上,依赖病毒对细菌的____________过程。
  (3)治疗过程中,病毒起____________的作用
  (4)T淋巴细胞由____________细胞在胸腺中发育而成,能随_________和____________在体内流动。
  (5)进入T细胞的ada基因发挥治疗作用的标志是________________________。
  5.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质,下图表示了这一技术的基本过程,在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是一G↓GATCC一,请回答:
  
  (1)从羊染色体中“剪下,,羊蛋白质基因的酶是。人体蛋
  白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是。
  (2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。
  
  (3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内,原因是
  ,“插入”时常用的工具是。
  6.(淮安市2005~2006学年度高三年级第三次调查测试)下面甲图中DNA决定某一多肽链中的酪氨酸和丙氨酸过程示意图,乙图示样品DNA经PCR技术(聚合酶链式反应)扩增,可以获取大量DNA克隆分子。分析回答:
  (1)甲图中含有种核苷酸;丙氨酸的遗传密码子是。该图表示了DNA中遗传信息的过程。
  (2)有一种贫血症是血红蛋白分子的一条多肽链上,一个酪氨酸被一个苯丙氨酸所替代造成的。此种贫血症的根本原因是,即发生了改变。
  (3)乙图的“PCR”与人体内的DNA复制相比有何特殊之处?。
  (4)现在要通过“PCR”得到甲图中DNA片段的1024个克隆片段,则至少要向试管中加入
  个腺嘌呤脱氧核苷酸。
  7.科学家曾做过这样的实验:野生长翅果蝇幼虫在25℃条件下培养皆为长翅,35℃条件下处理6—24h后培养得到残翅(已知野生果蝇皆为长翅)。如何解释这一现象呢?请你对出现残翅果蝇的原因提出你的假说,并进一步设计实验验证你的假说
  (1)假说:__________
  (2)简要叙述验证过程及结果:__________
  (3)基因对性状的控制有两种情况:甲:基因通过控制__________来控制代谢过程,从而控制生物的性状;乙:基因通过控制__________来直接影响性状。你假设中与性状有关的基因属于__________基因。(“甲”或“乙”)
  (4)你认为基因、环境因素、性状三者的相互关系是怎样的?__________7、

基因工程教学设计十、备注与反思

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1、基因工程中涉及很多抽象的分子生物学的技术,通过限制酶的动画演示、DNA的剪切和拼接的模拟实验,让学生对三个工具形成正确认识。结合课件,在教学中组织学生观察、实验、讨论、交流,体现了面向全体学生,提高生物科学素养,倡导探究性学习的新课程理念。
  2、在基因操作的教学中巧设问题情景,引导学生在思考中学习新知识,并恰当地与旧知识进行整合,有利于学生建立完整的知识体系。
  3、根据教学内容的需要,本人制作了动画课件、实物教具,很好地解决了教学中的重点和难点问题。
  4、课堂教学的设计思路,教材内容的适当调整,教学手段的多样化等方面体现了创新教育、体现了素质教育。
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