高一生物 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程（教學(xué)設(shè)計(jì)）

1、“蛋白質(zhì)工程” 教學(xué)設(shè)計(jì)(姚舒 新安中學(xué)（集團(tuán)）高中部)【課標(biāo)分析】5.2 蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸5.2.1 概述人們根據(jù)基因工程原理，進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)5.2.2 舉例說(shuō)明依據(jù)人類需要對(duì)原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過(guò)程【教材分析】“蛋白質(zhì)工程”是人教版高中生物學(xué)教材選修 3現(xiàn)代生物科技專題中“基因工程”專題的內(nèi)容，教材使用細(xì)菌在培養(yǎng)基上作畫(huà)的例子，科學(xué)家通過(guò)對(duì)綠色熒光蛋白的改造，獲得了黃色熒光蛋白，正文直接對(duì)蛋白質(zhì)工程的概念進(jìn)行闡述。以基因工程存在的缺陷引出進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的必要性，并論述蛋白質(zhì)工程的基本原理以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。教

2、材中提供了豐富的案例，但是并沒(méi)有將某一個(gè)案例進(jìn)行深入的探討和具體過(guò)程的分析，不利于學(xué)生對(duì)于蛋白質(zhì)工程基本原理和過(guò)程的掌握。本節(jié)課需1個(gè)課時(shí)，以胰島素為例，貼近學(xué)生生活，闡述胰島素合成的發(fā)展歷程，復(fù)習(xí)基因工程的原理和過(guò)程，指出其局限性，討論解決途徑，引出蛋白質(zhì)工程，學(xué)習(xí)其原理、流程和基因工程的差異。【學(xué)情分析】學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前學(xué)生已經(jīng)掌握了基因工程、基因表達(dá)以及蛋白質(zhì)等相關(guān)知識(shí)，這些是學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容知識(shí)的支點(diǎn)。蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，是根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，通過(guò)改造基因來(lái)生產(chǎn)符合人類需要的蛋白質(zhì)。根據(jù)前面的抗蟲(chóng)棉等實(shí)例已經(jīng)能夠讓學(xué)生萌發(fā)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造的想法?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、生命觀念：通

3、過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)工程崛起原因的闡述，加深對(duì)基因工程賦予生物新的遺傳特性的理解。并理解蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸，深入理解生物的信息觀。2、科學(xué)思維：通過(guò)基因工程和蛋白質(zhì)工程的對(duì)比分析，理解社會(huì)需求對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)作用，從技術(shù)的更新迭代中體會(huì)工程思維的創(chuàng)造性和優(yōu)化意識(shí)。以對(duì)胰島素的改造具體過(guò)程為例，思考在蛋白質(zhì)工程中還具備哪些挑戰(zhàn)，思考可能有怎樣的途徑解決。3、科學(xué)探究：以胰島素為例，類比基因工程合成胰島素的過(guò)程，探索改變胰島素B鏈氨基酸序列的思路和方法，并對(duì)速效胰島素的蛋白質(zhì)工程合成過(guò)程進(jìn)行建模。通過(guò)在Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)查詢胰島素B鏈序列為例，發(fā)展學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)獲取信息的能力。4、社會(huì)責(zé)任：以蛋白質(zhì)

4、工程在不同方面的應(yīng)用，深刻體會(huì)蛋白質(zhì)工程可以帶來(lái)的社會(huì)效應(yīng)，樹(shù)立科技改變生活的觀念。【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：蛋白質(zhì)工程所運(yùn)用的基本原理，與基因工程的聯(lián)系和區(qū)別；依據(jù)人類需要對(duì)原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過(guò)程。難點(diǎn)：利用Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)查詢胰島素B鏈序列；蛋白質(zhì)工程的原理以及局限性。【教學(xué)準(zhǔn)備】1、文本資料搜集：胰島素合成的歷程、賴脯胰島素合成及使用的相關(guān)的文獻(xiàn)資料等。2、網(wǎng)絡(luò)資源搜集：重組人胰島素的結(jié)構(gòu)圖，Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)頁(yè)、胰島素B鏈序列等?！窘虒W(xué)過(guò)程】完成任務(wù)一：從糖尿病引出胰島素，以及胰島素如何在人體合成以及如何得到胰島素。從動(dòng)物提取到基因重組合成胰島素，復(fù)習(xí)基因工程

5、合成胰島素的基本原理和方法。教師活動(dòng)：展示胰島素合成的發(fā)展歷程的資料，從傳統(tǒng)動(dòng)物胰臟中提取，到基因工程進(jìn)行合成，分析局限性和優(yōu)勢(shì)。引導(dǎo)學(xué)生以合成胰島素為例，構(gòu)建基因工程合成胰島素的流程圖。學(xué)生活動(dòng)：分析不同胰島素合成方法的局限性和優(yōu)勢(shì)，小組討論，對(duì)基因工程合成胰島素進(jìn)行建模。設(shè)計(jì)意圖：帶入情境，感受胰島素的重要性，復(fù)習(xí)基因工程的優(yōu)勢(shì)、原理和過(guò)程。完成任務(wù)二：從的局限性引出蛋白質(zhì)工程，以賴脯胰島素為例，闡述蛋白質(zhì)工程合成賴脯胰島素的過(guò)程。教師活動(dòng)：以胰島素類似物為例，以真實(shí)科研情境為背景，提供賴脯胰島素合成過(guò)程中的可能途徑，讓學(xué)生討論通過(guò)蛋白質(zhì)工程進(jìn)行賴脯胰島素的合成流程。學(xué)生活動(dòng)：討論通過(guò)蛋白

6、質(zhì)工程進(jìn)行賴脯胰島素的合成流程設(shè)計(jì)意圖：理解蛋白質(zhì)工程的基本原理和流程，落實(shí)目標(biāo)1.完成任務(wù)三：對(duì)賴脯胰島素的合成過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，歸納出蛋白質(zhì)工程的概念、目標(biāo)、實(shí)質(zhì)、流程、原理，以及和基因工程的比較。教師活動(dòng)：帶領(lǐng)學(xué)生以賴脯胰島素為例，歸納蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)、實(shí)質(zhì)、流程和原理。展示表格讓學(xué)生對(duì)二者區(qū)別進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生活動(dòng)：回憶基因重組合成胰島素和賴脯胰島素的合成過(guò)程，深入理解蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)、實(shí)質(zhì)、流程和原理，進(jìn)而對(duì)二者區(qū)別進(jìn)行總結(jié)。設(shè)計(jì)意圖：從具體到抽象，讓學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)工程和基因工程的原理有進(jìn)一步深入的理解。完成任務(wù)四：蛋白質(zhì)工程應(yīng)用舉例教師活動(dòng)：展示蛋白質(zhì)工程在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)例，如醫(yī)藥領(lǐng)域、

7、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域中遇到的困難和解決思路，讓學(xué)生理解蛋白質(zhì)工程的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生活動(dòng)：討論不同領(lǐng)域中遇到的困難以及可能的解決途徑。設(shè)計(jì)意圖：加強(qiáng)社會(huì)責(zé)任?！景鍟?shū)設(shè)計(jì)】（以知識(shí)框圖的形式呈現(xiàn)）【作業(yè)設(shè)計(jì)】（包括課前、課中、課后的作業(yè)設(shè)計(jì)，貫徹“雙減”政策要求，作業(yè)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，作業(yè)形式豐富多樣）1、課前作業(yè)：預(yù)習(xí)教材本節(jié)相應(yīng)內(nèi)容。2、課中作業(yè)任務(wù)一：閱讀材料，回答以下問(wèn)題：（1）需要導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞的質(zhì)粒上需要重組什么基因呢？（2）基因來(lái)源是什么呢？（3）能否將人胰島素基因直接導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)嗎？任務(wù)二：閱讀材料，回答以下問(wèn)題：（1）怎樣得出替換氨基酸后的胰島素B鏈基因序列？（2）得到改造的胰島素B

8、鏈基因序列是唯一的嗎？（3）確定目的基因的堿基序列之后，怎樣才能合成或改造目的基因？任務(wù)三：歸納蛋白質(zhì)工程的概念、原理、實(shí)質(zhì)、流程；列表歸納蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程過(guò)程原理結(jié)果3、課后作業(yè)：（1）在Genbank數(shù)據(jù)庫(kù)（）中搜索人胰島素B鏈的氨基酸序列。（2）完成教材P96“拓展應(yīng)用”欄目相關(guān)問(wèn)題?！驹u(píng)價(jià)設(shè)計(jì)】維度評(píng)價(jià)內(nèi)容得分核心知識(shí)（蛋白質(zhì)工程的原理）不能歸納出蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別0能夠用教材文本寫(xiě)出蛋白質(zhì)工程的概念但不能與基因工程進(jìn)行具體的區(qū)分1能夠?qū)懗龅鞍踪|(zhì)工程和基因工程的過(guò)程、結(jié)果的區(qū)別，但不能結(jié)合新情境遷移2能夠結(jié)合新情境歸納蛋白質(zhì)工程和基因工程的過(guò)程、

9、和結(jié)果的區(qū)別3關(guān)鍵能力（由蛋白質(zhì)工程過(guò)程推導(dǎo)原理）學(xué)習(xí)完蛋白質(zhì)工程的過(guò)程后，不能歸納出蛋白質(zhì)工程的原理和中心法則的關(guān)系0學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)工程的過(guò)程后，能得出蛋白質(zhì)工程的原理和中心法則有關(guān)1學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)工程的過(guò)程后，能得出蛋白質(zhì)工程的原理是逆向中心法則2學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)工程的過(guò)程后，能得出蛋白質(zhì)工程的原理是逆向和正向中心法則3態(tài)度觀念（理解蛋白質(zhì)工程的技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性）不能將蛋白質(zhì)工程技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系0可以理解教學(xué)資料中的例子，但是認(rèn)為蛋白質(zhì)工程技術(shù)離我們很遙遠(yuǎn)1理解教學(xué)資料和教材中的例子，認(rèn)同蛋白質(zhì)工程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但不清楚其局限性2理解教學(xué)資料和教材中的例子，認(rèn)同蛋白質(zhì)工程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限

10、性3【教學(xué)反思】以胰島素類似物的合成案例較為完整；但其他案例的闡述還不夠具體詳細(xì)。蛋白質(zhì)工程的局限性如何突破還沒(méi)有找到更好的解決辦法，需要關(guān)注科技前沿?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】楊文英. 基礎(chǔ)胰島素類似物:發(fā)展歷程與循證證據(jù)J. 藥品評(píng)價(jià), 2019, 16(21):2.劉煜, 劉超, 陳家偉. 淺論胰島素類似物J. 中國(guó)醫(yī)院用藥評(píng)價(jià)與分析, 2001, 1(6):3.李晏鋒, 甄橙. 基因泰克重組人胰島素技術(shù)開(kāi)發(fā)歷程及啟示J. 醫(yī)學(xué)與哲學(xué)：B, 2018, 39(9):5.馮佑民, 張友尚. 重組人胰島素研究的回顧和展望J. 中國(guó)生物工程雜志, 1996, 16(004):26-31.【課例點(diǎn)評(píng)】本課例中運(yùn)用了數(shù)據(jù)庫(kù)搜索解決實(shí)際問(wèn)題，發(fā)展了學(xué)生的生物信息學(xué)素養(yǎng)；通過(guò)對(duì)基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較，發(fā)展了歸納、對(duì)比的科學(xué)思維?！緜渥ⅰ勘菊n例為廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)情境教學(xué)實(shí)踐研究”（立項(xiàng)編號(hào)2021YQJK598）研究成果【聯(lián)系方式】 電話：18911