资源简介

“蛋白质工程的原理与应用”教学设计
一、课标要求：
1.大概念：基因工程赋予生物新的遗传特性
2.重要概念：蛋白质工程是基因工程的延伸
3.次位概念：
3.1 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。
3.2 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。
教材分析
地位与作用：“蛋白质工程的原理与应用” 位于高中生物选择性必修3《生物技术与工程》的第三章第四节。在前面学生已系统学习基因工程，本节内容作为基因工程的延伸，属于“第二代基因工程”，与基因工程共同构成现代生物技术的核心框架，是对生物技术知识体系的进一步拓展与深化，为学生理解现代生物技术的发展前沿和应用提供关键视角，对培养学生的科学思维和生物技术应用意识意义重大。
内容结构：教材首先以用细菌画画的情境引入，激发学生兴趣，引出蛋白质工程的概念，并指出其与基因工程的关系。接着阐述了蛋白质工程研究的缘由，通过改造玉米中相关酶提高赖氨酸含量的实例，说明其研究意义。在基本原理部分，教材通过图表展示了天然蛋白质合成过程与蛋白质工程设计思路的反向平行关系，并通过“思考·讨论”活动加深学生对原理的理解。在应用部分，教材以改造胰岛素为例，说明蛋白质改造的过程，还列举了蛋白质工程在工农业生产中的应用实例，最后说明了蛋白质工程的研究现状。教材还通过 “到社会中去” 环节，引导学生结合已有知识分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用 ，体现学以致用和科技对社会的推动。在具体实际教学中，我适当调整教学内容顺序，将蛋白质工程的应用提前，先学习蛋白质工程的应用再引出蛋白质工程的原理，这样调整是基于学生课前先整理了蛋白质工程各领域的应用，可以顺其自然的引入。
教材编写特点：教材注重情境创设，以生动有趣的实例引入，激发学生的学习兴趣和探究欲望。在内容呈现上，图文并茂，通过图表、案例等多种形式，将抽象的知识直观化，便于学生理解。同时，教材还强调学科交叉融合，体现了现代科学技术的发展趋势，培养学生的跨学科思维能力。此外，教材设置了“思考·讨论”“到社会中去”等活动环节，引导学生积极参与学习过程，培养学生的自主学习能力和实践能力。
学情分析
1. 知识基础：学生在必修课中已学习蛋白质的基本概念、结构和功能 ，以及中心法则等知识，对基因工程的基本原理和方法也有系统掌握，这为学习蛋白质工程奠定了良好基础。但蛋白质工程涉及到对已有知识的逆向思维和深度拓展，例如从蛋白质功能反向推导基因改造，学生可能在知识的整合和运用上存在一定困难。
2. 能力水平：高中学生已具备一定的观察、分析和归纳能力，能够在教师引导下对一些生物学现象进行思考和讨论。然而，蛋白质工程原理较为抽象，对学生的逻辑思维和空间想象能力要求较高，部分学生可能在理解蛋白质复杂空间结构与功能关系，以及蛋白质工程操作流程的逻辑关系上存在挑战。
3. 学习特点与兴趣：学生对生物技术领域的前沿知识兴趣浓厚，像蛋白质工程这样具有创新性和实际应用价值的内容，容易激发他们的学习热情。但在学习过程中，可能更倾向于通过实验和实践活动来掌握知识，对于纯理论知识的学习可能会感到枯燥，因此教学中需要多引入实际案例和实验模拟，增强学习的趣味性和直观性 。
教学目标
说出蛋白质工程崛起的缘由。概述蛋白质工程的基本原理， 结合胰岛素改造案例，说明蛋白质工程如何通过基因修饰实现功能优化，强化“结构决定功能”的生命观念。
举例说明蛋白质工程在医药、农业等领域的应用。通过课前引导学生利用AI工具搜索整理蛋白质工程在各领域的应用进行课前分享，再总结蛋白质工程在医药、农业等领域的应用，培养科技服务人类的责任感。
3.阐明基因工程与蛋白质工程的区别，理解“逆向工程”在创造新型蛋白质中的作用。通过列表比较归纳基因工程与蛋白质工程的区别，AI批阅点评，培养学生的科学思维。
教学重难点
教学重点
蛋白质工程的基本原理，包括从预期蛋白质功能到设计蛋白质结构、推测氨基酸序列、改造基因的整个过程。
蛋白质工程在实际应用中的具体案例。
教学难点
理解蛋白质的结构与功能的关系，以及如何根据预期功能对蛋白质进行合理的设计和改造，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。
2.基因工程和蛋白质工程的比较。
六、教学评一体化设计
教 学 评
教学目标 核心问题 创设情境 主要任务 表现标准 评估任务
阐述蛋白质工程的应用 蛋白质工程可以应用于哪些领域？ 2.蛋白质工程在各领域有哪些具体的应用实例？ 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。这是通过蛋白质工程来实现的。请思考蛋白质工程还在哪些领域有应用呢？ 课前利用相关AI工具比如豆包，deepseek 等智能体搜索蛋白质工程在各领域的应用相关资料整理写在作业本上或者拍照提交到智慧平台上。选择优秀的作品展示，并请一名学生分享自己资料整理的过程。 活动一：请同学们自主阅读教材P95，小组合作思考讨论总结蛋白质工程可以在医药、工业、农业等领域具体应用的实例。 能够利用AI工具准确整理出蛋白质工程在医药、工业、农业等领域的应用实例。 2.能够准确完成填写列表归纳教材中蛋白质工程在医药、工业、农业的应用实例。 1.通过设置课前任务：利用AI工具搜集整理蛋白质工程的应用，训练学生对高科技融合学习的应用，以及提前了解蛋白质工程的应用。 2.归纳总结蛋白质工程具体的应用实例，培养学生阅读归纳和合作总结能力，加深对蛋白质工程应用的理解。
说出蛋白质工程崛起的缘由 基因工程的局限性是什么？蛋白质工程是否可以实现呢？ 展示2则资料，阅读以下材料，思考问题。 学生结合思考问题分析2则资料，明确蛋白质工程崛起的缘由 明确基因工程的实质、局限性和实例。 通过对基因工程知识的回顾，认识到研究蛋白质工程的重要性。
概述蛋白质工程的原理 1.对天然的蛋白质进行改造，为什么不是直接对蛋白质分子进行操作，而是通过对基因的操作来实现的？ 2.蛋白质工程的基本思路和流程是什么？ 1.阅读教材P94，回顾天然蛋白质的合成过程。 2.播放AI结合资料生成的视频--绿色荧光蛋白改造成黄色荧光蛋白 学生回顾天然蛋白质的合成过程，绘制出蛋白质的合成流程图。 活动二：2.分析资料，请尝试用流程图构建蛋白质工程的基本思路，师生评价点拨。 学生能准确绘制出天然蛋白质合成即中心法则的信息传递流程。 学生动手绘制出蛋白质工程的思路的流程图 对蛋白质工程的概念进行分析、理解。了解蛋白质工程探究的必要性，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
列表比较基因工程和蛋白质工程 1．资料1、2中的技术分别属于什么工程？上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗？为什么？ 2.请同学们自主阅读教材P94，比一比：蛋白质工程与基因工程有何区别？ 1.展示2则资料， 阅读以下材料，思考问题。引出蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？ 2.请同学们自主阅读教材P94，比一比：蛋白质工程与基因工程的比较 学生结合思考问题分析2则资料，弄清基因工程和蛋白质工程的本质区别。 活动三：2.合作讨论完成基因工程和蛋白质工程的比较表格填写 1.学生自主分析资料，明确如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 2.学生准确填写列表比较的内容，利用豆包评价，学生补充 通过完成表格，使学生能够掌握相关知识，帮助学生对知识点的理解，提高学生推理和对比能力
七、教学实施的程序
学习阶段 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入 阐述蛋白质工程的应用 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。这是通过蛋白质工程来实现的。请思考蛋白质工程还在哪些领域有应用呢？ 课前大家已经整理了蛋白质工程在各领域的应用，下边我们先听听豆包对这几份优秀作品如何评价 再请一名学生分享这份作品的整理过程。 蛋白质工程可以应用于哪些领域和有哪些案例？ 应用实例医药工业方面其他工业方面农业方面
课前利用相关AI工具比如豆包，deepseek 等智能体搜索蛋白质工程在各领域的应用相关资料整理写在作业本上或者拍照提交到智慧平台上。选择优秀的作品展示，并请一名学生分享自己资料整理的过程。 合作探究：请同学们自主阅读教材P95，小组合作思考讨论总结蛋白质工程的应用领域和案例。 创设情境，引出蛋白质工程的学习。 通过设置课前任务：利用AI工具搜集整理蛋白质工程的应用，训练学生对高科技融合学习的应用，以及提前了解蛋白质工程的应用。 归纳总结蛋白质工程具体的应用实例，培养学生阅读归纳和合作总结能力，加深对蛋白质工程应用
说出蛋白质工程崛起的缘由 展示资料：阅读以下材料，思考问题。 【资料1】玉米中赖氨酸的含量低，它的含量由天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羟酸合成酶决定。科学家将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第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游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 【资料2】天然的胰岛素容易形成二聚体，但后续研究发现，改变胰岛素B链末端两个氨基酸导致羧基端构型改变，比如将B28和29位的氨基酸调换位置，该转换可降低分子自聚力，显著抑制单聚体聚集，可以大大增加吸收速率。 问题1：以上内容可以通过基因工程实现吗？基因工程的局限性是什么？ 问题2：蛋白质工程是否可以实现呢？蛋白质工程的操作对象及方法是什么？ 过渡：思考：对天然的蛋白质进行改造，为什么不是直接对蛋白质分子进行操作，而是通过对基因的操作来实现的？ 学生结合思考问题分析2则资料，总结基因工程的局限性是什么？明确蛋白质工程崛起的缘由 学生思考回答 通过对基因工程知识的回顾，认识到研究蛋白质工程的重要性。 引出蛋白质原理和概念的学习
概述蛋白质工程的原理 让学生阅读教材P94，回顾天然蛋白质的合成过程。 播放AI结合资料生成的视频--绿色荧光蛋白改造成黄色荧光蛋白（【资料】科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将基因进行改造，将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。） 提问：动画中黄色荧光蛋白如何设计出来的？请用流程图总结出来。 结合以上资料请尝试用流程图构建蛋白质工程的基本思路，解读流程图 引导学生归纳蛋白质工程的目标、改造蛋白质的方法和请尝试给蛋白质工程下一个定义。 学生回顾天然蛋白质的合成过程，绘制出蛋白质的合成流程图。 学生观看，思考 在老师的引导下用流程图构建黄色荧光蛋白的改造过程 学生动手绘制流程图，请一名上讲台绘制，师生评价 学生归纳蛋白质工程的概念、本质 回顾中心法则 通过AI生成的视频设计问题串引导学生理解蛋白质的原理。 理解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。 对蛋白质工程的概念进行分析、理解。了解蛋白质工程探究的必要性，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
比较基因工程和蛋白质工程 展示资料，引导阅读以下材料，思考问题。 【资料1】将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中赖氨酸的含量。 【资料2】改变赖氨酸形成过程中两种关键酶-天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使这两种酶的活性提高，也可以提高玉米中赖氨酸的含量。 1．资料1、2中的技术分别属于什么工程？ 2．上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗？为什么？ 3．蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质相同吗？ 合作探究：请同学们自主阅读教材P94，比一比：蛋白质工程与基因工程的比较 项目蛋白质工程基因工程操作对象操作起点操作水平操作流程 结果实质联系
老师现场利用希沃投屏投影学生的作品，然后投屏老师的标准答案，利用豆包对比标准答案评价学生作答的情况。 过渡：能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 要求学生阅读教材分析蛋白质工程的难点和介绍人体蛋白质组导航国际大科学计划。 学生讨论分析思考和回答相应的问题 学生合作交流完成填写学案表格 倾听豆包对学生作品的评价，然后补充 学生思考回答 听讲，认识蛋白质工程的发展现状 学生自主分析资料，明确如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 通过完成表格，使学生能够掌握相关知识，帮助学生对知识点的理解，提高学生推理和对比能力 拓展延伸 激发科学探究热情
教学板书
第三章第四节 蛋白质工程的原理和应用
1、蛋白质工程的应用
2、蛋白质工程崛起的缘由
3、蛋白质工程的基本原理
4、蛋白质工程和基因工程的比较
5、蛋白质工程的难点和前景展望

展开更多......

收起↑