《蛋白质工程的崛起》名师教案.docx

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《蛋白质工程的崛起》名师教案

“蛋白质工程的崛起”的教学设计

大连市第八中学傅忠扬

一、设计思想

传统教学以学科知识结构为中心，突出教师的教，关注教学效果。

新课改以来，课堂以知识，能力，情感、态度与价值观三维目标为指导，注重生物学科素养的培养，关注知识的生成以及探究、合作、创新等思想的渗透，课堂教学的生态大为改善。

当前，“核心素养”的培养被置于深化课程改革、落实立德树人目标的基础地位。

教学设计应以“核心素养”注重培养学生的自主发展、实践创新、合作探究等关键能力，突出强调培养学生的个人修养、家国情怀、社会关爱等必备品格为指导思想。

以“核心素养”为指导思想，将核心素养的培养落实到教学实处。

这就是本节课的特色。

二、教学分析

（一）教材分析

“蛋白质工程的崛起”是人教版选修三《现代生物科技专题》第一专题“基因工程”第四节的内容。

本专题的前三节内容围绕基因工程，分别介绍了基因工程所需的基本工具、基本操作程序和应用。

本节内容中蛋白质工程是基因工程的延伸，属于第二代基因工程。

其崛起是因为原有的基因工程不能完全满足人们生产或生活的需求，人们呼唤新技术的产生去解决一系列遇到的难题。

同时，科技的发展离不开理论的创新和技术的突破。

因此，本节课中教学情景的设计主线按“问题—探究一新问题一新探究”的线索进行，同时在探究解决新问题的过程中建构蛋白质工程的概念。

本节课通过介绍现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点、发展趋势和应用前景，以开拓学生视野，增强科技意识，激发学生探索生命奥秘和热爱生物科学的情感，同时培养学生的社会责任感和发展学生的探究能力，让学生体会到科学技术的发展离不开基础理论的研究和技术的支持。

（二）学情分析

1、知识基础

（1）掌握足够的蛋白质相关知识，对基因工程的原理、操作、应用等知识较为熟悉。

（2）以具备一定的获取信息、分析、运用、探究、合作等能力；能够运用学过的知识解释生活现象，基本可以独立完成问题探究过程。

2、能力基础

具有一定的搜集、观察、阅读、归纳、表述、分析能力及动手操作、小组合作能力。

3、情感态度与价值观基础

有求知欲，有合作、创新意识。

4、实际生活经验

对生活中的蛋白质有一定的感性认识，了解过过胰岛素、干扰素等前沿知识，渴望了解有关蛋白质工程的相关知识，愿意用所学知识解决生活中的问题。

（三）教学条件分析

1、信息技术资源：

有相关的教学课件资源和教学投影设备，微课制作设备。

2、网络资源：

蛋白质组计划的新闻报道、微课观看、相关网络信息。

3、实物资源：

洗衣粉，自制词条，硬彩纸，卡纸，磁力纸板等。

4、生活中的课程资源：

对胰岛素、干扰素、玉米等有了解，对转基因食品等内容较为熟悉。

（四）教学重、难点

根据课标内容标准及对教材和学情的分析，确定如下重难点。

重点：

描述蛋白质工程的定义以及原理、意义。

难点：

通过问题探究及任务驱动来理解蛋白质工程的设计原理，提高思维的迁移能力。

三、教学目标

基于学生的实际情况，根据对课标和教材内容的理解，确定了如下教学目标：

知识与能力目标：

（1）通过阅读文本、师生互动，能够举例说明蛋白质工程崛起的缘由。

（2）通过教师讲解、资料分析，能够简述蛋白质工程的概念以及原理、意义。

学科素养

（1）基础知识（蛋白质工程崛起的缘由；蛋白质工程的概念以及原理、意义）；

（2）基本技能（观看微课，学会搜集材料，运用和提取有效信息；掌握课题研究的流程，进行处理材料、发现问题、分析问题、解决问题；通过构建模型构建出蛋白质工程的基本途径，归纳出定义，形成逆向思维）；

（3）基本思想（关注生物科学技术的发展，扩展视野，积极主动探究生命奥秘，了解蛋白质组时代；认同科学技术的发展离不开技术和理论的支持）；

（4）基本活动经验（养成关注生物技术的习惯，愿意用生物学观点和生物知识解决实际问题）。

四、教学策略与手段

本节课的教学实践是以“核心素养”为目标，立足高效课堂建设，深化问题引导下的学案导学模式和合作学习的研究，强化示范和导向作用，引导课堂向高效和数字化的方向发展，努力实践目标—教学—检测三位一体的高效学习模式，利用微课和网络课堂进行翻转实践。

基于教材内容的特殊性，我采用了如下策略与手段：

1、课前制作微课，组织学生进行独立学习，发放导学案，提前预习。

（优教提示：

打开素材微课讲解：

蛋白质工程的崛起）

2、将教材中的旁栏思考题：

你知道国际人类蛋白质组计划吗？

我国科学家承担了什么任务？

与课前布置给各小组，课下搜集资料，在课上选取一组进行内容汇报。

训练学生搜集资料，提取信息和表达能力，同时培养学生关注科学前沿，激发对科学技术发展的兴趣。

3、用一则新闻引入新课，使学生迅速融入课堂氛围，引发学生产生共鸣，增强学习紧迫感和社会使命感。

4、通过阅读教材中有关蛋白质工程的具体事例，适时补充材料，使学生明确蛋白质工程崛起的缘由。

5、采用问题探究策略，以速效胰岛素制备的具体过程分析，让学生主动构建出蛋白质工程的基本途径。

进而归纳出蛋白质工程的定义。

6、将教材中的讨论思考及重难点的应用等内容设计成不同任务，每小组抽签选取一个任务，合作探究，利用所给的资料和工具进行展示和交流。

精心设计的六个任务涵盖了本节课各种目标培养的目标，让学生学以致用，真正受益于核心素养的培养。

7、有效评价，适当给予奖励，同时激发学生对新知的渴望，最后以生活经历引导学生课后去了解酶工程。

通过采用探究性学习、情境教学、模型构建、小组合作、思维导图等方法，并将现代化教学手段与传统教学手段融为一体，打造出了一堂以培养核心素养的高效课堂！

五、教学过程

教学步骤

教师的组织和引导

学生活动

设计意图

导入新课

师：

起立，同学们好！

师：

请坐。

上两节课我们一起探索了基因工程的神秘之处，感叹基因工程的神奇！

今天呢？

我们要一起来领略更了不起的工程。

请大家一起观看一则新闻。

（播放新闻）

（优教提示：

打开拓展新闻报道：

蛋白质组学研究进入大数据时代）

师：

新闻中播放的是国际人类蛋白质组计划相关内容。

哪位同学愿意和大家分享课下搜集的内容。

师：

蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。

它的诞生为人类疾病治疗和生活质量的提高贡献显著！

人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。

今天我们一起来揭开蛋白质工程的神秘面纱！

板书：

1.4蛋白质工程的崛起

老师好！

观看

小组

汇报展示

倾听

激发兴趣、情感教育引入新课。

小组展示，能力训练

学习新知

一、缘由

（阅读教材P26第二段）展示资料。

资料（课件展示）

（一）干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用来治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。

如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么-70℃的条件下，可以保存半年。

（二）玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。

如果我们将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶羧酸合成酶中104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。

课后阅读补充内容：

（三）葡萄糖异构酶（GI）在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，朱国萍等人在确定第138位甘氨酸（Gly138）为目标氨基酸后，用双引物法对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸（Pro138）替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果突变型GI比野生型的热半衰期长一倍;最适反应温度提高10~12℃；酶比活相同。

据分析，Pro替代Gly138后，可能由于引入了一个吡咯环，该侧链刚好能够填充于Gly138附近的空洞，使蛋白质空间结构更具刚性，从而提高了酶的热稳定性。

（四）T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。

科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造，使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。

师提问：

上述内容利用基因工程能否实现？

为什么？

师：

基因工程原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。

那为了满足人类的生产生活需要，就需要蛋白质工程创造出符合我们需要的新型蛋白质，这就是蛋白质工程崛起的缘由。

（板书：

一、缘由）

阅读

倾听

阅读

倾听

回答：

不能基因工程只能产生自然界存在的蛋白质。

自学，明确蛋白质工程崛起的缘由

情感态度的培养

二、基本原理

师：

蛋白质工程如何来实现呢？

（图片胰岛素空间结构）这是大家熟悉的胰岛素，可以治疗糖尿病，在人体内天然胰岛素怎么合成的？

找一位同学到黑板写出天然胰岛素体内形成的基本途径。

师：

糖尿病人数量每年都在递增，全世界对胰岛素的需求量巨大，如何制备大量胰岛素？

用基因工程的方法。

扩展：

工程菌可以吗？

有活性吗？

怎么办？

师：

用基因工程制备的胰岛素在使用过程中又出现了一个新的问题，胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。

通过基因工程无法解决？

怎么办呢？

呈现资料。

阅读研究进展。

资料展示

通常饭后30~60min，人血液中胰岛素的含量达到高峰，120~180min内恢复到基础水平。

而目前临床上使用的胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰且持续180~240min，与人生理状况不符。

实验表明，胰岛素在高浓度（大于10-5mol/L）时以二聚体形式存在，低浓度时（小于10-9mol/L）时主要以单体形式存在。

设计速效胰岛素原则就是避免胰岛素形成聚合体。

类胰岛素生长因子-I（IGF-I）的结构和性质与胰岛素具有高度的同源性和三维结构的相似性，但IGF-I不形成二聚体。

IGF-I的B结构域（与胰岛素B链相对应）中B28-B29氨基酸序列与胰岛素B链的B28-B29相比，发生颠倒。

因此，将胰岛素B链改为B28Lys-B29Pro，获得单体速效胰岛素。

该速效胰岛素已通过临床实验。

师：

提示，目前对蛋白质直接改造的技术相对落后，困难重重。

而且蛋白质不可以遗传。

但是我们可以借助X射线晶体衍射法分析蛋白质三维空间结构，利用核磁共振研究其构像，蛋白质的一级结构可以用测序技术。

资料展示：

X衍射技术+核磁共振法：

了解蛋白质的三维空间结构

数据库使用：

蛋白质结构数据库blast获取相同或同源蛋白质三维结构

Discoverystudio软件预设新型蛋白质的空间模型

提问：

请阅读学案资料，根据所给材料分析下得到这种新型的速效胰岛素的方案？

请用流程接龙形式展示小组讨论的制备方案结果。

请一个小组回答。

师：

接龙正确顺利，这个过程就是蛋白质工程的基本途径。

呈现各种关键词，请一位学生将自制的模型在黑板摆出来。

预期蛋白质功能-设计预期蛋白质结构-推测氨基酸序列-找到对应脱氧核苷酸序列

人工合成基因或对其修饰

师：

起点是，操作对象是？

这就是蛋白质工程的基本操作途径，在基因工程的基础上延伸出来的，基因工程的下游，也被称为第二代基因工程。

展示定义，阅读书P27黑体字。

展示什么是基因修饰。

自己阅读。

资料展示

基因修饰主要是指利用生物化学方法修改DNA序列，将目的基因片段导入宿主细胞内，或者将特定基因片段从基因组中删除，从而达到改变宿主细胞基因型或者使得原有基因型得到加强的作用。

基因修饰目前已经广泛应用于人类生活的各个领域，例如，在医学上，可以利用基因修饰的方法抑制某些病毒类宿主细胞内的病毒复制，从而达到治疗的目的；在农业上，利用基因修饰的方法，人们已经成功地改变了农作物和畜禽的生产特性，从而达到改良以及传播优良品种的目的。

观看

书写：

基因转录RNA翻译蛋白质（氨基酸序列多肽链空间结构）行使生物学功能

回答：

通过基因工程的方法，进一步阐述基因工程过程。

回答：

改用酵母菌或者体外进行加工。

阅读

思考

回答：

对蛋白质直接改造，或者改造基因思考，

回答：

进行基因改造更可行

回答：

首先要确定序列，氨基酸的序列分子设计„„

观看

阅读

倾听

思考

主动获知蛋白质工程的基本途径。

培养学生分析处理信息、解决问题的能力。

基本掌握实验探究过程，思维能力的训练，生命观念的形成。

突破重难点，采用多种策略，体现核心素养的培养目标。

三、知识应用迁移

四、进展前景小结

接下来到了生物DIY时间了，我手中有六个任务。

请小组抽签，每组研究一个任务，利用所给材料构建方案模型，进行汇报。

指导，点评

评出最佳小组给予奖励。

评价：

生活中必不可少的神器，洗衣粉，奖励给今天表现最佳小组。

你可曾留意其配方，图片展示，发现里面成分中都有酶，大多数酶都是蛋白质，天然酶的活性发挥条件要求比较高，并且稳定性差，如何解决呢？

酶工程诞生了，请小组回去搜集有关酶工程的内容。

当堂检测：

完成导学案习题。

构建思维导图。

（优教提示：

打开优教习题课堂训练-《蛋白质工程的崛起》，使用互动答题卡，更快更便捷的掌握学生的知识学习情况）

展示某个小组的思维导图，作为本节课的小结。

师：

此工程前景广阔（生物芯片），也是一项难度很大的工程。

主要因为蛋白质功能的发挥必需依赖于正确的高级结构，这种高级的结构十分复杂，对其了解不是很清楚。

还需要艰辛的探索！

今天大家一同领略了蛋白质工程的魅力和神奇！

作为生物学家我们要积极创新，为人类更好的生活而努力探索！

同学们，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

在生产生活中人们遇到了各种需要解决的问题，作为生物学家，我们应该义不容辞的用智慧来帮助人们解决问题。

送给大家一段话。

结束语：

充满智慧的你，经基因探针检测出你身体里多了一段幸福基因，已于我们相识的那一刻被启动子启动，由于缺乏终止密码子，你将注定一生转录幸福，翻译快乐„„

小组活动汇报成果

倾听

充分培养学生能力，激发学习兴趣。

情感态度升华

六、作业设计

以小组为单位，课后搜集酶工程的相关内容。

学生在了解蛋白质工程的基础上，学习内容更丰富，学习空间更广阔。

既激发了学习兴趣，又培养了核心素养内容，增强民族自信心和自豪感。

板书设计：

1.4蛋白质工程的崛起

一、缘由：

二、基本原理：

基因-RNA-蛋白质

学生作品

预期的蛋白质功能-设计预期的蛋白质结构-推测应有的氨基酸序列-找到相对应的脱氧核苷酸序列-合成基因

三、前景进展

教学反思

——《蛋白质工程的崛起》

传统教学以学科知识结构为中心，突出教师的教，关注教学效果。

新课改以来，课堂以知识，能力，情感、态度与价值观三维目标为指导，注重生物学科素养的培养，关注知识的生成以及探究、合作、创新等思想的渗透，课堂教学的生态大为改善。

当前，“核心素养”的培养被置于深化课程改革、落实立德树人目标的基础地位。

教学设计应以“核心素养”注重培养学生的自主发展、实践创新、合作探究等关键能力，突出强调培养学生的个人修养、家国情怀、社会关爱等必备品格为指导思想。

以“核心素养”为指导思想，将核心素养的培养落实到教学实处。

这才是课堂教学的根本所在。

在本节课的设计和实践中，需要注重以下内容：

1、找准“核心素养”培养点是设计教学的前题

生物学科是与现实生活联系最紧密的学科之一。

教师在知识夯实的前提下找准实际问题，并找到情感的切入点，找到核心素养的培养点至关重要。

本节内容在各种事例分子中，如胰岛素、干扰素、玉米、酶、自身免疫病等都是生活普遍关注的问题，这些内容的渗透使课堂充满了正能量，对学生家国情怀、社会责任等核心素养的培养大有裨益。

2、准确定位，教师和学生的关系是关键

课堂要以学生为主体，让学生观看微课，主动完成导学案，体验学习的过程和乐趣。

教师的主导地位不可或缺，自主学习中教师不是旁观者，而是要充分发挥主导作用，让课堂始终在教师引领下前行。

建立伙伴关系，放飞思绪，真正产生创新，发现每位学生的闪光点，及时解决困惑，使课堂成为知识对话的舞台。

3、展示与合作是保障

给以学生更多机会，通过展示锻炼胆量，语言表达能力，小组合作能力得到提高。

学生自主和和教师引导相结合，使课堂成果显著。

合作学习对于学生各种能力培养至关重要，但要防止过分依赖等问题，同时还要强调竞争，注意学习中的“小权威”和“旁观者”等现象。

在本节课的实践中，学生带给我很多惊喜，平时很少言语的同学参与了活动，8班的歌词改编如此上口，六班的饶舌让你耳目一新，原来我的滑板鞋变成了蛋白质工程„„

4、课堂模式创新，建立多元评价机制

单一模式，固定化的课堂教学不能很有效的达成核心素养的培养，多策略，多形式的课堂互动会更加生动的让核心素养的实现成为可能。

本节课的新闻播报、流程接龙、模型排序、抽签活动、歌曲改编、多形式汇报展示等真正将核心素养落到实处。

及时评价和鼓励推动课堂顺利进行。

本节课的教学实践是以“核心素养”为目标，立足高效课堂建设，深化问题引导下的学案导学模式和合作学习的研究，强化示范和导向作用，引导课堂向高效和数字化的方向发展，努力实践目标—教学—检测三位一体的高效学习模式，利用微课和网络课堂进行翻转实践。

基于教材内容的特殊性，同时将学科核心素养落实到教学中去。

我采用了如下策略与手段：

（1）课前精心制作微课，组织学生进行学习，发放导学案，提前预习，努力完成学案内容。

（2）将教材中的旁栏思考题：

你知道国际人类蛋白质组计划吗？

我国科学家承担了什么任务？

以课前搜集资料，课上分享成果的形式完成。

训练学生搜集资料，提取信息和表达能力，同时培养学生关注科学前沿，激发对科学技术发展的兴趣。

7、用一则新闻引入新课，使学生迅速融入课堂氛围，引发学生产生共鸣，增强学习紧迫感和社会使命感。

8、通过阅读教材中有关蛋白质工程的具体事例，适时补充材料，使学生明确蛋白质工程崛起的缘由。

9、采用问题探究、小组合作接龙、模型排序等策略，以速效胰岛素制备的具体过程分析为例，让学生主动构建出蛋白质工程的基本途径。

进而归纳出蛋白质工程的定义。

10、将教材中的讨论思考及重难点的应用等内容设计成不同任务，每小组抽签选取一个任务，合作探究，利用所给的资料和工具进行不同形式的展示和交流。

精心设计的六个任务涵盖了本节课各种培养的要求，让学生学以致用，真正受益于核心素养的培养。

11、当堂检测，巩固新知的理解，提高解题能力。

12、有效评价，适当给予奖励，同时激发学生对新知的渴望，最后以生活经历引导学生课后去了解酶工程。

以一段精心设计的生物寄语结束本节课，让学生真正体会到学习生物的乐趣和快乐。

以核心素养培养目标的教学设计使课堂教学和培养理念发生了很大的变化，教师要多思考、多学习、多实践，使核心素养的培养真正落实到实处。

在本节课的教学设计和实践中，我思考了很多，收获了许多，也让自己的教育生涯更丰富多彩！

本节课构思过程经过了不断思考不断修改，期待能够得到学生和同行的认可。

如何打造生物学科“核心素养”教学模式？

如何实现生物学科素养的提升与“核心素养”培养的有机融合？

„„这些正在深入探讨，实践仍在继续„„