3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计（表格式）高二下学期生物人教版选择性必修3
文档属性
| 名称 | 3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计（表格式）高二下学期生物人教版选择性必修3 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 200.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-06-09 07:56:30 | ||
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文档简介
3.4蛋白质工程的原理和应用课时教学设计
1.教材分析
本节内容分为三个部分。如果说介绍“蛋白质工程的基本原理”是让学生“知其然”，那么阐述“蛋白质工程崛起的缘由”就是让他们“知其所以然”。教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过一个实例——改造赖氨酸合成过程中的两种酶以提高玉米中赖氨酸的含量，说明了开展蛋白质工程研究的意义。
“蛋白质工程的基本原理”部分，知识内容的综合性较强，需要学生结合在必修课中已经学过的中心法则、蛋白质具有复杂的空间结构等知识，以及刚学过的基因工程的知识来进行学习。教材用一张图，将天然蛋白质合成的过程与蛋白质工程设计的思路两者“反向平行”的关系清晰地呈现出来，便于学生理解和掌握；进一步还通过一个“思考·讨论”活动，让学生积极思考、分析，加深对原理的理解。旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势，同时还有助于他们理解工程与技术的关系：工程是多种技术的综合集成。
关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程。胰岛素的素材在上一节已经出现过，这里再次出现，有利于学生建立知识之间的联系，也加深了他们对蛋白质工程是基因工程的延伸的理解。然后，教材列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例，丰富了学生的认识。最后，教材还说明了蛋白质工程的研究现状，使学生认识到科学探索之路漫长、艰辛和永无止境。
2.学情分析
本课时是这个单元的最后一节，内容建立在重组DNA技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的应用的基础之上。学生已经懂得如何利用重组DNA技术的基本工具，通过基因工程的基本操作程序大量生产人胰岛素。本节课延续本单元的主题情境：胰岛素的生产和改造设计方案出发，根据学生的问题解决逻辑进行设计，依次从现象到方案再到依据，最后形成“人胰岛素的改造设计方案”，对蛋白质工程的基本原理和应用进行归纳。
学生在必修课中学习过酶的基本知识，也知道很多酶产品已经进人了我们的生活。本节“到社会中去”联系学生这些已有的知识，让他们结合查阅的资料和本节所学的内容，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用，这是在引导他们学以致用以及让他们感受到科学技术推动了社会进步，改善了人们的生活。
3．教学重点
（1）蛋白质工程的基本原理。
（2）依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
4．教学难点
（1）蛋白质工程的基本原理。
（2）依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
5.学习目标
课程标准与本节对应的“内容要求”是：
（1）概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。
（2）举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
对应的学业要求是
（1）结合生活或生产实例，举例说出基因工程等相关技术的基本原理（生命观念）；
（2）针对人类生产或生活的某一需求，在基因工程中选取恰当的技术和方法，尝试提出初步的工程学构想，进行简单的设计和制作（生命观念，科学探究）。
根据上述要求，结合教材内容，确定本节的教学目标如下：
（1）运用结构与功能观等观点，结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理（生命观念）。
（2）基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路（科学思维）。
（3）尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质（人胰岛素）的设计流程（科学探究）。
6.教学过程
教学环节 教学活动 学生活动 设计意图
创设情境，引入新课 创设情境： 从班廷等人发现胰岛素提取方法开始，一直到上个世纪70年代末，胰岛素都只能从动物胰腺里提取。用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远远不能满足社会的需要。 虽然人胰岛素比动物胰岛素更为优越，但临床使用时仍然有一定的局限性。比如说：天然胰岛素制剂容易发生聚合作用，注射后往往要经历逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效；一般的人胰岛素作用时间太短，不能发挥长久降糖的作用 提出问题： 你能对胰岛素进行改造，降低它的聚合作用，从而加快疗效和延长作用时间吗？ 了解人胰岛素在临床使用上的现状和局限性 以学生熟悉的真实情境人胰岛素的临床使用的局限性引入
蛋白质工程崛起的缘由 除了胰岛素以外，人类需要对原有蛋白质结构进行改造的其他实例： 阅读教材中介绍的改造玉米中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶，以提高玉米赖氨酸含量的实例，以及通过改造干扰素分子延长它的保存时间的实例。 提问学生根据这些资料分析:为什么要进行蛋白质工程的研究 学生分析回答，认识到进行蛋白质工程研究的必要性。
蛋白质工程的基本原理 提出问题： 对天然蛋白质分子进行改造，是以蛋白质分子为操作对象，还是基因 为什么 以研发速效胰岛素类似物的实例来了解蛋白质工程的基本原理。 天然胰岛素制剂往往以二聚体或六聚体的形式存在，需要经历较长时间解离为单体，见效慢。科学研究发现，胰岛素B链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子形成多聚体的关键区域，若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，可以有效抑制胰岛素的聚合。 阅读资料，分组讨论，认识到可以通过改造胰岛素的特定基因来实现对第28位脯氨酸的替换。 教师补充介绍改造基因的方法，用X射线衍射、核磁共振等技术研究蛋白质结构的方法，以及用计算机建立蛋白质三维结构模型的新进展。 阅读资料，分组讨论，认识到可以通过改造胰岛素的特定基因来实现对第28位脯氨酸的替换。 让学生回顾学过的知识来学习新的知识 基于天然胰岛素改造的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路，指明该思路是对“中心法则”的逆推，概括蛋白质工程的概念。 通过资料分析和补充资料让学生感悟蛋白质工程的发展离不开多种技术的支持，体会学科交叉对生物学发展的影响。
蛋白质工程的应用 阅读教材，了解蛋白质工程在工业、农业等领域的应用，以及蛋白质工程发展的现状。让学生体会蛋白质工程发展对社会发展的积极意义，感受科技探索之路充满挑战
小结 回顾如何大量生产和改造人胰岛素，归纳基因工程、蛋白质工程的基本原理 构建本单元知识网络
7.教学反思
1.教材分析
本节内容分为三个部分。如果说介绍“蛋白质工程的基本原理”是让学生“知其然”，那么阐述“蛋白质工程崛起的缘由”就是让他们“知其所以然”。教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过一个实例——改造赖氨酸合成过程中的两种酶以提高玉米中赖氨酸的含量，说明了开展蛋白质工程研究的意义。
“蛋白质工程的基本原理”部分，知识内容的综合性较强，需要学生结合在必修课中已经学过的中心法则、蛋白质具有复杂的空间结构等知识，以及刚学过的基因工程的知识来进行学习。教材用一张图，将天然蛋白质合成的过程与蛋白质工程设计的思路两者“反向平行”的关系清晰地呈现出来，便于学生理解和掌握；进一步还通过一个“思考·讨论”活动，让学生积极思考、分析，加深对原理的理解。旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势，同时还有助于他们理解工程与技术的关系：工程是多种技术的综合集成。
关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程。胰岛素的素材在上一节已经出现过，这里再次出现，有利于学生建立知识之间的联系，也加深了他们对蛋白质工程是基因工程的延伸的理解。然后，教材列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例，丰富了学生的认识。最后，教材还说明了蛋白质工程的研究现状，使学生认识到科学探索之路漫长、艰辛和永无止境。
2.学情分析
本课时是这个单元的最后一节，内容建立在重组DNA技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的应用的基础之上。学生已经懂得如何利用重组DNA技术的基本工具，通过基因工程的基本操作程序大量生产人胰岛素。本节课延续本单元的主题情境：胰岛素的生产和改造设计方案出发，根据学生的问题解决逻辑进行设计，依次从现象到方案再到依据，最后形成“人胰岛素的改造设计方案”，对蛋白质工程的基本原理和应用进行归纳。
学生在必修课中学习过酶的基本知识，也知道很多酶产品已经进人了我们的生活。本节“到社会中去”联系学生这些已有的知识，让他们结合查阅的资料和本节所学的内容，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用，这是在引导他们学以致用以及让他们感受到科学技术推动了社会进步，改善了人们的生活。
3．教学重点
（1）蛋白质工程的基本原理。
（2）依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
4．教学难点
（1）蛋白质工程的基本原理。
（2）依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
5.学习目标
课程标准与本节对应的“内容要求”是：
（1）概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质。
（2）举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
对应的学业要求是
（1）结合生活或生产实例，举例说出基因工程等相关技术的基本原理（生命观念）；
（2）针对人类生产或生活的某一需求，在基因工程中选取恰当的技术和方法，尝试提出初步的工程学构想，进行简单的设计和制作（生命观念，科学探究）。
根据上述要求，结合教材内容，确定本节的教学目标如下：
（1）运用结构与功能观等观点，结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理（生命观念）。
（2）基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路（科学思维）。
（3）尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质（人胰岛素）的设计流程（科学探究）。
6.教学过程
教学环节 教学活动 学生活动 设计意图
创设情境，引入新课 创设情境： 从班廷等人发现胰岛素提取方法开始，一直到上个世纪70年代末，胰岛素都只能从动物胰腺里提取。用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远远不能满足社会的需要。 虽然人胰岛素比动物胰岛素更为优越，但临床使用时仍然有一定的局限性。比如说：天然胰岛素制剂容易发生聚合作用，注射后往往要经历逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效；一般的人胰岛素作用时间太短，不能发挥长久降糖的作用 提出问题： 你能对胰岛素进行改造，降低它的聚合作用，从而加快疗效和延长作用时间吗？ 了解人胰岛素在临床使用上的现状和局限性 以学生熟悉的真实情境人胰岛素的临床使用的局限性引入
蛋白质工程崛起的缘由 除了胰岛素以外，人类需要对原有蛋白质结构进行改造的其他实例： 阅读教材中介绍的改造玉米中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶，以提高玉米赖氨酸含量的实例，以及通过改造干扰素分子延长它的保存时间的实例。 提问学生根据这些资料分析:为什么要进行蛋白质工程的研究 学生分析回答，认识到进行蛋白质工程研究的必要性。
蛋白质工程的基本原理 提出问题： 对天然蛋白质分子进行改造，是以蛋白质分子为操作对象，还是基因 为什么 以研发速效胰岛素类似物的实例来了解蛋白质工程的基本原理。 天然胰岛素制剂往往以二聚体或六聚体的形式存在，需要经历较长时间解离为单体，见效慢。科学研究发现，胰岛素B链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子形成多聚体的关键区域，若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，可以有效抑制胰岛素的聚合。 阅读资料，分组讨论，认识到可以通过改造胰岛素的特定基因来实现对第28位脯氨酸的替换。 教师补充介绍改造基因的方法，用X射线衍射、核磁共振等技术研究蛋白质结构的方法，以及用计算机建立蛋白质三维结构模型的新进展。 阅读资料，分组讨论，认识到可以通过改造胰岛素的特定基因来实现对第28位脯氨酸的替换。 让学生回顾学过的知识来学习新的知识 基于天然胰岛素改造的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路，指明该思路是对“中心法则”的逆推，概括蛋白质工程的概念。 通过资料分析和补充资料让学生感悟蛋白质工程的发展离不开多种技术的支持，体会学科交叉对生物学发展的影响。
蛋白质工程的应用 阅读教材，了解蛋白质工程在工业、农业等领域的应用，以及蛋白质工程发展的现状。让学生体会蛋白质工程发展对社会发展的积极意义，感受科技探索之路充满挑战
小结 回顾如何大量生产和改造人胰岛素，归纳基因工程、蛋白质工程的基本原理 构建本单元知识网络
7.教学反思