生物选修人教版 1.4 蛋白质工程的崛起(教学设计)

1、蛋白质工程的崛起教学设计一般说来，“教师”概念之形成经历了十分漫长的历史。杨士勋（唐初学者，四门博士）春秋谷梁传疏曰：“师者教人以不及，故谓师为师资也”。这儿的“师资”，其实就是先秦而后历代对教师的别称之一。韩非子也有云：“今有不才之子师长教之弗为变”其“师长”当然也指教师。这儿的“师资”和“师长”可称为“教师”概念的雏形，但仍说不上是名副其实的“教师”，因为“教师”必须要有明确的传授知识的对象和本身明确的职责。 一、教学目标的确定蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的

2、发展等因素有关（本书前沿动态中有简要介绍）。蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。这是学习新知识的基础。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。教学目标：1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的原理。3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。教学重点：

3、（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。教学难点：蛋白质工程的原理。教学方法：采用问题-探究-新问题-再探究的教学模式。“师”之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。说文解字中有注曰：“师教人以道者之称也”。“师”之含义，现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。“老”在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。“老”“师”连用最初见于史记，有“荀卿最为老师”之说法。慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上

4、的“教师”，其只是“老”和“师”的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道”，但其不一定是知识的传播者。今天看来，“教师”的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。 二、教学设计思路新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白至此，人们也只是实现了世界上

5、现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。本节内容实验操作部分共1课时，发酵部分在课下时间完成。三、教学实施的程序教学过程教学内容教学手段预期目标其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键是记忆有技巧,“死记”之后会“活用”。不记住那些基础知识,怎么会向高层次进军?尤其是语文学科涉猎的范围很广,

6、要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生“死记”名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。这样,就会在有限的时间、空间里给学生的脑海里注入无限的内容。日积月累,积少成多,从而收到水滴石穿,绳锯木断的功效。 1创设情景，引入对蛋白质工程崛起的学习。师：根据前面所学内容，试概括说出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。生：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等，我们吃的，使某些食品如番茄、土豆等农业中的抗虫棉、抗病毒烟草等，上述产品有些是常规方法难以生产或者生产成本高。“教书先生”恐怕是市井百姓最为熟悉的一种

7、称呼，从最初的门馆、私塾到晚清的学堂，“教书先生”那一行当怎么说也算是让国人景仰甚或敬畏的一种社会职业。只是更早的“先生”概念并非源于教书，最初出现的“先生”一词也并非有传授知识那般的含义。孟子中的“先生何为出此言也？”；论语中的“有酒食，先生馔”；国策中的“先生坐，何至于此？”等等，均指“先生”为父兄或有学问、有德行的长辈。其实国策中本身就有“先生长者，有德之称”的说法。可见“先生”之原意非真正的“教师”之意，倒是与当今“先生”的称呼更接近。看来，“先生”之本源含义在于礼貌和尊称，并非具学问者的专称。称“老师”为“先生”的记载，首见于礼记?曲礼，有“从于先生，不越礼而与人言”，其中之“先生”

8、意为“年长、资深之传授知识者”，与教师、老师之意基本一致。师：基因工程的实质是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生它本身不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。但基因工程，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。即基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。我们该怎么办？单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期

9、检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。 生：对现有蛋白质进行定向改造，以满足人类的生产和生活需要。学生讨论赞扬也是教育的一种方式。举例联系旧知识使学生回忆基因工程的有关内容。引起学生对蛋白质工程的感性认识。2学习蛋白质工程的崛起的缘由师：大家都知道人类基因组计划，那么你们知道国际人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？师：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2019年国际人类蛋白质组组织宣告成立。2019年该组织正式提出启动了

10、两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的人类肝脏蛋白质组计划；另一项是以美国科学家牵头执行的人类蛋白质组计划，由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。师：通过上面的学习我们已经大概了解了蛋白质工程崛起的理由。生：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些蛋白质却不一定完全符合人类生产和生活的需要。师：归纳的很好！我们刚才提到的干扰素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，那么在-70度的条件下可以保存半年。师：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？生：通过对基因的操作来实现，因为基因决定蛋白质的合成。介绍一些比较前沿的

11、知识。这部分知识较新，学生了解的较少，一教师讲述为主。学生归纳及时鼓励学生。学生讨论进一步激发学生学习本节内容的兴趣。使学生认识到我国科学技术的迅猛发展。培养学生的归纳能力提出问题，诱导思考，解决困难。3学习蛋白质工程的基本原理师：下面让我们一起来回忆一下生物体内的蛋白质合成的过程。生：基因mRNA形成氨基酸序列的多肽链盘曲折叠成有一定空间结构的蛋白质行使生物功能师：同学们说的对！但蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是什么呢？生：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）师：下面我们利用蛋白质工程原理来解决课本27页讨。论题。生：-丙氨酸-色

12、氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）DNA的一条链：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）确定了基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。师：回答的很好。通过以上的讨论我们来总结一下什么是蛋白质工程。生：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。师：基于以上蛋白质工程的原理，能不能根据人类需要的蛋白质的结构设计相应的基因，导入适合的细菌中，让

13、细菌生产人类需要的蛋白质食品呢？学生讨论。让文字与插图结合，使抽象的文字在直观的插图中得以体现。培养学生的逆向思维能力在解决问题中加强对基础知识的深层次理解。解决本节课的难点培养学生的归纳能力。培养学生的创新思维能力。4学习蛋白质工程的进展和前景师：蛋白质工程取得的进展向人们展示了诱人的前景。1、在生物工程制药领域、蛋白质工程有着广泛的应用。例如修改与胰岛素分子间整合作用有关的表面残基使其更容易解离成有活性的单体分子，从而使这种胰岛素成为速效型药物。制备生长鼠人嵌合抗体减少因机体高度过敏而引起的副作用。2、蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性。3.生物和材料科学家正积极探索将

14、蛋白质工程应用于微电子方面。异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？师：为什么说蛋白质工程是一项认识科学探索难度很大的工程？目前要设计出之路永无止境更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索和努力？生：主要是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少。很难设计出一个崭新而具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。让学生认识到科学探究之路的漫长、艰辛和永无止境。当堂巩固1.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？解决本课的难点5作业完成思考与探究课内与课外结合。四、教学反思积极思维思辩是最能锻炼学生的学习能力、思维能力和合作学习的能力。通过蛋白质工程崛起一课的开展，使学生学习到了在课堂教学中所不能学到的东西，同时也是对学生能力的一个检测。教师在教学过程中，指导学生加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题，把课堂的大部分时间还给学生，让学生通过学生自己阅读、观察、讨论来构建，自主构建出自己所思所想。如，对于如何将基