資源簡介

3.4蛋白質工程的原理和應用課時教學設計
1.教材分析
本節內容分為三個部分。如果說介紹“蛋白質工程的基本原理”是讓學生“知其然”，那么闡述“蛋白質工程崛起的緣由”就是讓他們“知其所以然”。教材在這部分引導學生分析了進行蛋白質工程研究的原因，并且通過一個實例——改造賴氨酸合成過程中的兩種酶以提高玉米中賴氨酸的含量，說明了開展蛋白質工程研究的意義。
“蛋白質工程的基本原理”部分，知識內容的綜合性較強，需要學生結合在必修課中已經學過的中心法則、蛋白質具有復雜的空間結構等知識，以及剛學過的基因工程的知識來進行學習。教材用一張圖，將天然蛋白質合成的過程與蛋白質工程設計的思路兩者“反向平行”的關系清晰地呈現出來，便于學生理解和掌握；進一步還通過一個“思考·討論”活動，讓學生積極思考、分析，加深對原理的理解。旁欄中的資料內容體現了蛋白質工程的發展除了需要基礎理論的支撐，還需要多種技術的支持，其中不僅有生物技術，還有其他學科領域的技術，這可以讓學生認識到多學科相互滲透、融合是現代科技發展的總趨勢，同時還有助于他們理解工程與技術的關系：工程是多種技術的綜合集成。
關于蛋白質工程的應用，教材首先創設了科學家改造胰島素的情境來說明依據人類需要對蛋白質進行改造、獲得目標蛋白的過程。胰島素的素材在上一節已經出現過，這里再次出現，有利于學生建立知識之間的聯系，也加深了他們對蛋白質工程是基因工程的延伸的理解。然后，教材列舉了蛋白質工程在工農業生產中應用的實例，豐富了學生的認識。最后，教材還說明了蛋白質工程的研究現狀，使學生認識到科學探索之路漫長、艱辛和永無止境。
2.學情分析
本課時是這個單元的最后一節，內容建立在重組DNA技術的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的應用的基礎之上。學生已經懂得如何利用重組DNA技術的基本工具，通過基因工程的基本操作程序大量生產人胰島素。本節課延續本單元的主題情境：胰島素的生產和改造設計方案出發，根據學生的問題解決邏輯進行設計，依次從現象到方案再到依據，最后形成“人胰島素的改造設計方案”，對蛋白質工程的基本原理和應用進行歸納。
學生在必修課中學習過酶的基本知識，也知道很多酶產品已經進人了我們的生活。本節“到社會中去”聯系學生這些已有的知識，讓他們結合查閱的資料和本節所學的內容，分析蛋白質工程在酶制劑產業中的作用，這是在引導他們學以致用以及讓他們感受到科學技術推動了社會進步，改善了人們的生活。
3．教學重點
（1）蛋白質工程的基本原理。
（2）依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
4．教學難點
（1）蛋白質工程的基本原理。
（2）依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
5.學習目標
課程標準與本節對應的“內容要求”是：
（1）概述人們根據基因工程原理，進行蛋白質設計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質。
（2）舉例說明依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
對應的學業要求是
（1）結合生活或生產實例，舉例說出基因工程等相關技術的基本原理（生命觀念）；
（2）針對人類生產或生活的某一需求，在基因工程中選取恰當的技術和方法，嘗試提出初步的工程學構想，進行簡單的設計和制作（生命觀念，科學探究）。
根據上述要求，結合教材內容，確定本節的教學目標如下：
（1）運用結構與功能觀等觀點，結合中心法則有關知識，說明蛋白質工程的基本原理（生命觀念）。
（2）基于蛋白質工程的實例，采用模型與建模、歸納與概括等方法，用文字圖示或模型的形式表示蛋白質工程的基本思路（科學思維）。
（3）嘗試通過蛋白質工程技術，根據人類需要的蛋白質結構，運用逆向思維設計或改造某一蛋白質（人胰島素）的設計流程（科學探究）。
6.教學過程
教學環節 教學活動 學生活動 設計意圖
創設情境，引入新課 創設情境： 從班廷等人發現胰島素提取方法開始，一直到上個世紀70年代末，胰島素都只能從動物胰腺里提取。用這種方法生產的胰島素產量低，價格昂貴，遠遠不能滿足社會的需要。 雖然人胰島素比動物胰島素更為優越，但臨床使用時仍然有一定的局限性。比如說：天然胰島素制劑容易發生聚合作用，注射后往往要經歷逐漸解離為單體的過程，這在一定程度上延緩了療效；一般的人胰島素作用時間太短，不能發揮長久降糖的作用 提出問題： 你能對胰島素進行改造，降低它的聚合作用，從而加快療效和延長作用時間嗎？ 了解人胰島素在臨床使用上的現狀和局限性 以學生熟悉的真實情境人胰島素的臨床使用的局限性引入
蛋白質工程崛起的緣由 除了胰島素以外，人類需要對原有蛋白質結構進行改造的其他實例： 閱讀教材中介紹的改造玉米中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶，以提高玉米賴氨酸含量的實例，以及通過改造干擾素分子延長它的保存時間的實例。 提問學生根據這些資料分析:為什么要進行蛋白質工程的研究 學生分析回答，認識到進行蛋白質工程研究的必要性。
蛋白質工程的基本原理 提出問題： 對天然蛋白質分子進行改造，是以蛋白質分子為操作對象，還是基因 為什么 以研發速效胰島素類似物的實例來了解蛋白質工程的基本原理。 天然胰島素制劑往往以二聚體或六聚體的形式存在，需要經歷較長時間解離為單體，見效慢。科學研究發現，胰島素B鏈第20~29位的氨基酸是胰島素分子形成多聚體的關鍵區域，若將第28位的脯氨酸替換為天冬氨酸，可以有效抑制胰島素的聚合。 閱讀資料，分組討論，認識到可以通過改造胰島素的特定基因來實現對第28位脯氨酸的替換。 教師補充介紹改造基因的方法，用X射線衍射、核磁共振等技術研究蛋白質結構的方法，以及用計算機建立蛋白質三維結構模型的新進展。 閱讀資料，分組討論，認識到可以通過改造胰島素的特定基因來實現對第28位脯氨酸的替換。 讓學生回顧學過的知識來學習新的知識 基于天然胰島素改造的實例，采用模型與建模、歸納與概括等方法，用文字圖示或模型的形式表示蛋白質工程的基本思路，指明該思路是對“中心法則”的逆推，概括蛋白質工程的概念。 通過資料分析和補充資料讓學生感悟蛋白質工程的發展離不開多種技術的支持，體會學科交叉對生物學發展的影響。
蛋白質工程的應用 閱讀教材，了解蛋白質工程在工業、農業等領域的應用，以及蛋白質工程發展的現狀。讓學生體會蛋白質工程發展對社會發展的積極意義，感受科技探索之路充滿挑戰
小結 回顧如何大量生產和改造人胰島素，歸納基因工程、蛋白質工程的基本原理 構建本單元知識網絡
7.教學反思

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