3.4蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)課將重點(diǎn)講解蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用，包括蛋白質(zhì)工程的基本概念、蛋白質(zhì)改造的方法、蛋白質(zhì)工程在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課的內(nèi)容與高中生物選修3中的“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能”章節(jié)緊密相關(guān)，學(xué)生需要具備對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的基本認(rèn)識(shí)，以及相關(guān)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)的了解。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科學(xué)探究能力，通過(guò)蛋白質(zhì)工程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠運(yùn)用科學(xué)思維分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要作用，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物科技領(lǐng)域的興趣和探索精神。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

①蛋白質(zhì)工程的基本原理：使學(xué)生理解蛋白質(zhì)工程是通過(guò)基因改造來(lái)改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的技術(shù)，掌握蛋白質(zhì)工程的基本步驟和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

②蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用實(shí)例：通過(guò)分析蛋白質(zhì)工程在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)中的應(yīng)用案例，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)工程在實(shí)際問(wèn)題解決中的重要性。

2.教學(xué)難點(diǎn)

①蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系：理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化如何影響其功能，以及如何通過(guò)基因改造來(lái)精確控制這種變化。

②蛋白質(zhì)工程技術(shù)的復(fù)雜性：探討蛋白質(zhì)工程涉及的分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，理解技術(shù)操作的復(fù)雜性。

③蛋白質(zhì)工程倫理問(wèn)題：引導(dǎo)學(xué)生思考蛋白質(zhì)工程在應(yīng)用過(guò)程中可能引發(fā)的倫理問(wèn)題，如基因編輯的安全性和倫理界限。教學(xué)資源-軟硬件資源：多媒體教學(xué)設(shè)備（投影儀、電腦）、實(shí)驗(yàn)室儀器（離心機(jī)、電泳儀、PCR儀等）、實(shí)驗(yàn)教材。

-課程平臺(tái)：學(xué)校生物教學(xué)平臺(tái)、在線教育平臺(tái)。

-信息化資源：蛋白質(zhì)工程相關(guān)的教學(xué)視頻、動(dòng)畫(huà)演示、實(shí)驗(yàn)操作步驟文檔。

-教學(xué)手段：實(shí)物模型展示、實(shí)驗(yàn)演示、小組討論、案例分析。教學(xué)過(guò)程一、導(dǎo)入新課

（教師）同學(xué)們，大家好！今天我們來(lái)學(xué)習(xí)一個(gè)新的生物學(xué)領(lǐng)域——蛋白質(zhì)工程。在之前的課程中，我們學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，那么今天，我們將探討如何通過(guò)基因改造來(lái)改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)，以及這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

（學(xué)生）老師，什么是蛋白質(zhì)工程呢？

（教師）很好，同學(xué)們提出了一個(gè)好問(wèn)題。蛋白質(zhì)工程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是利用基因工程技術(shù)，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，使其具有新的功能或改善原有功能。接下來(lái)，我們將一起深入了解這個(gè)領(lǐng)域。

二、新課講授

1.蛋白質(zhì)工程的基本原理

（教師）首先，我們來(lái)探討蛋白質(zhì)工程的基本原理。蛋白質(zhì)工程包括以下幾個(gè)步驟：目標(biāo)蛋白質(zhì)的確定、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造、蛋白質(zhì)功能的驗(yàn)證。

（學(xué)生）老師，蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是什么？

（教師）蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是設(shè)計(jì)出具有特定功能或性能的蛋白質(zhì)。例如，為了提高抗生素的療效，我們可以通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造抗生素蛋白，使其具有更強(qiáng)的抗菌活性。

2.蛋白質(zhì)工程的方法

（教師）接下來(lái)，我們來(lái)看看蛋白質(zhì)工程的方法。目前，蛋白質(zhì)工程主要有兩種方法：理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化。

（學(xué)生）老師，什么是理性設(shè)計(jì)？

（教師）理性設(shè)計(jì)是基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。這種方法可以精確地預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)改造后的結(jié)構(gòu)和功能。

3.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用

（教師）現(xiàn)在，讓我們來(lái)看看蛋白質(zhì)工程在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，蛋白質(zhì)工程可以用于開(kāi)發(fā)新的藥物和治療方法；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可以用于培育抗病蟲(chóng)害的作物；在工業(yè)領(lǐng)域，可以用于生產(chǎn)具有特定性能的酶和催化劑。

三、課堂討論

（教師）同學(xué)們，剛才我們學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)工程的基本原理和應(yīng)用。現(xiàn)在，請(qǐng)你們以小組為單位，討論以下問(wèn)題：

1.蛋白質(zhì)工程與傳統(tǒng)的藥物研發(fā)相比，有哪些優(yōu)勢(shì)和局限性？

2.蛋白質(zhì)工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有哪些潛在的應(yīng)用前景？

3.蛋白質(zhì)工程在工業(yè)生產(chǎn)中如何發(fā)揮重要作用？

（學(xué)生）經(jīng)過(guò)小組討論，我們得出以下結(jié)論：

1.蛋白質(zhì)工程可以縮短藥物研發(fā)周期，提高藥物療效，但成本較高，技術(shù)難度大。

2.蛋白質(zhì)工程可以培育出抗病蟲(chóng)害的作物，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，減少農(nóng)藥使用。

3.蛋白質(zhì)工程可以生產(chǎn)具有特定性能的酶和催化劑，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。

四、實(shí)驗(yàn)演示

（教師）為了讓大家更直觀地了解蛋白質(zhì)工程，接下來(lái)我將進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)演示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)將展示如何通過(guò)PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)序。

（學(xué)生）老師，PCR技術(shù)是什么？

（教師）PCR技術(shù)是一種在體外擴(kuò)增特定DNA片段的方法。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以驗(yàn)證蛋白質(zhì)工程改造后的基因是否成功。

五、課堂小結(jié)

（教師）同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用。通過(guò)學(xué)習(xí)，我們了解到蛋白質(zhì)工程在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。希望大家能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，為我國(guó)生物科技事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

（學(xué)生）老師，我們明白了。蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)非常有前景的科技，我們一定會(huì)努力學(xué)習(xí)，為我國(guó)生物科技事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。

六、布置作業(yè)

（教師）同學(xué)們，今天的課程就到這里。請(qǐng)你們完成以下作業(yè)：

1.查閱資料，了解蛋白質(zhì)工程在某一領(lǐng)域的具體應(yīng)用案例。

2.思考蛋白質(zhì)工程在應(yīng)用過(guò)程中可能遇到的倫理問(wèn)題，并撰寫(xiě)一篇短文。

（學(xué)生）好的，老師。我們一定會(huì)認(rèn)真完成作業(yè)。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果

1.知識(shí)掌握程度

學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，對(duì)蛋白質(zhì)工程的定義、基本原理、方法步驟和應(yīng)用領(lǐng)域有了深入的理解。他們能夠描述蛋白質(zhì)工程的基本流程，包括目標(biāo)蛋白質(zhì)的確定、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造和蛋白質(zhì)功能的驗(yàn)證。此外，學(xué)生能夠識(shí)別蛋白質(zhì)工程在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，如基因工程藥物、抗病蟲(chóng)害作物和高效催化劑等。

2.實(shí)驗(yàn)技能提升

通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示和小組討論，學(xué)生掌握了PCR技術(shù)的基本操作，能夠獨(dú)立進(jìn)行基因擴(kuò)增和測(cè)序?qū)嶒?yàn)。這種實(shí)驗(yàn)技能的提升有助于學(xué)生在未來(lái)的生物學(xué)學(xué)習(xí)和研究實(shí)踐中應(yīng)用。

3.科學(xué)探究能力

學(xué)生在課堂討論中積極參與，能夠提出問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題。他們通過(guò)小組合作，學(xué)會(huì)了如何收集信息、整理資料和進(jìn)行批判性思考，這些都是科學(xué)探究能力的重要組成部分。

4.倫理意識(shí)增強(qiáng)

學(xué)生在討論蛋白質(zhì)工程應(yīng)用時(shí)，開(kāi)始思考技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的倫理問(wèn)題，如基因編輯的安全性和倫理界限。通過(guò)這種討論，學(xué)生的倫理意識(shí)得到增強(qiáng)，能夠從多角度審視科技發(fā)展對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響。

5.創(chuàng)新思維培養(yǎng)

在學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的過(guò)程中，學(xué)生接觸到了理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化等創(chuàng)新方法，這激發(fā)了他們的創(chuàng)新思維。他們開(kāi)始嘗試從不同角度思考問(wèn)題，并提出改進(jìn)蛋白質(zhì)工程方法的建議。

6.實(shí)踐應(yīng)用能力

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用案例，了解了這項(xiàng)技術(shù)在解決實(shí)際問(wèn)題中的作用。這種知識(shí)的應(yīng)用能力使學(xué)生能夠在日常生活中發(fā)現(xiàn)生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，并在未來(lái)可能的研究和工作中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

7.學(xué)習(xí)興趣提高

由于蛋白質(zhì)工程涉及多個(gè)領(lǐng)域，且應(yīng)用廣泛，學(xué)生對(duì)這門(mén)課程產(chǎn)生了濃厚的興趣。這種興趣不僅激發(fā)了他們?cè)谡n堂上的學(xué)習(xí)積極性，也促使他們?cè)谡n后主動(dòng)探索相關(guān)知識(shí)。

8.團(tuán)隊(duì)合作精神

通過(guò)小組討論和實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生學(xué)會(huì)了如何在團(tuán)隊(duì)中協(xié)作，共同完成任務(wù)。這種團(tuán)隊(duì)合作精神對(duì)于他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和職業(yè)生涯都是寶貴的財(cái)富。課后拓展1.拓展內(nèi)容

-閱讀材料：《蛋白質(zhì)工程：理論與實(shí)踐》一書(shū)，詳細(xì)介紹了蛋白質(zhì)工程的基本概念、技術(shù)方法和應(yīng)用案例。

-視頻資源：在線視頻講座，如《蛋白質(zhì)工程在藥物研發(fā)中的應(yīng)用》，展示蛋白質(zhì)工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

-互動(dòng)平臺(tái)：生物學(xué)教育論壇，學(xué)生可以在這里討論蛋白質(zhì)工程的相關(guān)問(wèn)題，分享學(xué)習(xí)心得。

2.拓展要求

-鼓勵(lì)學(xué)生利用課后時(shí)間閱讀相關(guān)書(shū)籍和觀看視頻，深入了解蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用。

-要求學(xué)生針對(duì)閱讀材料或視頻內(nèi)容，撰寫(xiě)一篇簡(jiǎn)短的學(xué)習(xí)報(bào)告，總結(jié)所學(xué)知識(shí)和自己的思考。

-學(xué)生可以嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)方案，如設(shè)計(jì)一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改造的實(shí)驗(yàn)思路，并說(shuō)明預(yù)期結(jié)果。

-教師將組織一次小組討論會(huì)，讓學(xué)生分享他們的學(xué)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)他們提出問(wèn)題并互相解答。

-學(xué)生需關(guān)注最新的生物學(xué)研究動(dòng)態(tài)，特別是蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域的最新進(jìn)展，如基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9在蛋白質(zhì)工程中的應(yīng)用。

-鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)?；蛏鐓^(qū)的科學(xué)展覽，展示他們對(duì)蛋白質(zhì)工程的理解和研究成果。

-教師將提供必要的指導(dǎo)和幫助，包括推薦閱讀材料、解答學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的疑問(wèn)，以及提供實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)。作業(yè)布置與反饋?zhàn)鳂I(yè)布置：

1.完成課后閱讀材料《蛋白質(zhì)工程：理論與實(shí)踐》中的案例分析，選擇其中一個(gè)案例，撰寫(xiě)一篇分析報(bào)告，內(nèi)容包括蛋白質(zhì)工程在該案例中的應(yīng)用、改造過(guò)程、預(yù)期效果和實(shí)際影響。

2.觀看視頻資源《蛋白質(zhì)工程在藥物研發(fā)中的應(yīng)用》，記錄下至少三個(gè)應(yīng)用實(shí)例，并分析這些實(shí)例中蛋白質(zhì)工程如何提高了藥物的效果或降低了副作用。

3.設(shè)計(jì)一個(gè)蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、材料、步驟、預(yù)期結(jié)果和安全性考慮。實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)針對(duì)一個(gè)具體的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，如提高其催化效率或改變其活性。

4.準(zhǔn)備一個(gè)簡(jiǎn)短的口頭報(bào)告，概述蛋白質(zhì)工程的基本原理和應(yīng)用，并討論其潛在的社會(huì)和倫理問(wèn)題。

作業(yè)反饋：

1.作業(yè)批改：教師將在學(xué)生提交作業(yè)后的第二天開(kāi)始批改，確保每個(gè)學(xué)生的作業(yè)都能得到及時(shí)的反饋。

2.反饋內(nèi)容：教師的反饋將包括對(duì)作業(yè)完成情況的評(píng)價(jià)，如對(duì)案例分析報(bào)告的分析深度、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的合理性、口頭報(bào)告的清晰度等。

3.存在問(wèn)題：教師將指出學(xué)生在作業(yè)中存在的問(wèn)題，如對(duì)蛋白質(zhì)工程原理的理解不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新性、報(bào)告結(jié)構(gòu)不清晰等。

4.改進(jìn)建議：針對(duì)學(xué)生作業(yè)中的問(wèn)題，教師將給出具體的改進(jìn)建議，如推薦額外的學(xué)習(xí)資源、提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)、建議改進(jìn)報(bào)告的結(jié)構(gòu)等。

5.反饋方式：教師的反饋將通過(guò)書(shū)面評(píng)語(yǔ)和面對(duì)面交流的方式進(jìn)行。書(shū)面評(píng)語(yǔ)將附在作業(yè)上，面對(duì)面交流將在課后或下一節(jié)課的時(shí)間安排。

6.進(jìn)步跟蹤：教師將定期檢查學(xué)生的作業(yè)進(jìn)度，確保每個(gè)學(xué)生都能按照計(jì)劃完成作業(yè)，并在必要時(shí)提供額外的輔導(dǎo)。

7.反饋效果：通過(guò)及時(shí)的作業(yè)反饋，學(xué)生將能夠了解自己的學(xué)習(xí)情況，明確自己的不足，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)步。板書(shū)設(shè)計(jì)1.蛋白質(zhì)工程基本概念

①蛋白質(zhì)工程：通過(guò)基因改造改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的技術(shù)

②目標(biāo)：設(shè)計(jì)具有特定功能或性能的蛋白質(zhì)

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