第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用教學(xué)設(shè)計-2025-2026學(xué)年高中生物人教版2019選擇性必修3生物技術(shù)與工程-人教版2019教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容：蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識的聯(lián)系：本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生回顧高中生物必修一和必修二中關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)知識，結(jié)合2019版人教版選擇性必修3生物技術(shù)與工程教材，深入探討蛋白質(zhì)工程的基本原理，包括蛋白質(zhì)的合成、改造和應(yīng)用等方面。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠理解蛋白質(zhì)工程在生物技術(shù)領(lǐng)域的重要性和應(yīng)用前景。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)，包括對生物技術(shù)的興趣和責(zé)任感，以及批判性思維和問題解決能力。通過蛋白質(zhì)工程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解科學(xué)探究的方法和倫理問題，提高實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析的能力，同時增強對生物技術(shù)在解決實際問題中的應(yīng)用價值的認(rèn)識。學(xué)情分析1.學(xué)生層次：本節(jié)課面對的是高中生物選修3的學(xué)生，他們已經(jīng)具備一定的生物學(xué)基礎(chǔ)，對細胞結(jié)構(gòu)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等有一定的了解。但由于蛋白質(zhì)工程是生物技術(shù)領(lǐng)域的一個較新的概念，學(xué)生對這一領(lǐng)域的知識儲備相對較少。

2.知識方面：學(xué)生在必修課程中學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，對蛋白質(zhì)的基本概念有一定的認(rèn)識。然而，對于蛋白質(zhì)工程的原理、方法及其在生物技術(shù)中的應(yīng)用，學(xué)生可能了解有限。

3.能力方面：學(xué)生在實驗操作、數(shù)據(jù)分析、問題解決等方面已具備一定的能力，但在蛋白質(zhì)工程這一領(lǐng)域，學(xué)生的實驗設(shè)計和操作能力可能有所欠缺。

4.素質(zhì)方面：學(xué)生在團隊協(xié)作、溝通表達等方面表現(xiàn)出良好的素質(zhì)，但在面對新知識、新問題時，可能存在畏難情緒，需要教師引導(dǎo)和鼓勵。

5.行為習(xí)慣：學(xué)生在課堂上普遍表現(xiàn)出認(rèn)真聽講、積極參與的特點，但在課堂討論和小組合作中，部分學(xué)生可能存在發(fā)言不積極、合作意識不強的問題。

6.對課程學(xué)習(xí)的影響：鑒于以上學(xué)情，教師在教學(xué)過程中需注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動探究蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用。同時，加強實驗操作和數(shù)據(jù)分析的訓(xùn)練，提高學(xué)生的實踐能力。此外，關(guān)注學(xué)生的個體差異，關(guān)注學(xué)生的情感需求，營造良好的課堂氛圍，以促進學(xué)生對蛋白質(zhì)工程知識的理解和掌握。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有本節(jié)課所需的2019年版人教版選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與蛋白質(zhì)工程相關(guān)的圖片、圖表、視頻等多媒體資源，以幫助學(xué)生直觀理解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能變化。

3.實驗器材：準(zhǔn)備模擬蛋白質(zhì)工程實驗所需的模型或材料，如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型、DNA序列卡片等，確保實驗的順利進行。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，提供實驗操作臺，營造有利于學(xué)生互動和實驗操作的教學(xué)環(huán)境。教學(xué)過程設(shè)計**導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘**）

1.**情境創(chuàng)設(shè)**：展示一組自然界中生物多樣性的圖片，如不同物種的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，引導(dǎo)學(xué)生思考蛋白質(zhì)在生物體中的作用。

2.**提出問題**：提問學(xué)生：“你們知道蛋白質(zhì)是什么？它在生物體內(nèi)有哪些功能？”

3.**引入主題**：結(jié)合學(xué)生的回答，引出蛋白質(zhì)工程的概念，并提出問題：“為什么需要對蛋白質(zhì)進行工程改造？”

**講授新課（25分鐘**）

1.**蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能**：（5分鐘）

-講解蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元氨基酸，以及它們?nèi)绾瓮ㄟ^肽鍵形成多肽鏈。

-介紹蛋白質(zhì)的一級、二級、三級和四級結(jié)構(gòu)，以及這些結(jié)構(gòu)如何影響蛋白質(zhì)的功能。

-用時：5分鐘

2.**蛋白質(zhì)工程的原理**：（10分鐘）

-介紹蛋白質(zhì)工程的基本原理，包括蛋白質(zhì)的合成、改造和應(yīng)用。

-講解蛋白質(zhì)工程的主要方法，如蛋白質(zhì)的定向進化、計算機輔助設(shè)計等。

-用時：10分鐘

3.**蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用**：（10分鐘）

-列舉蛋白質(zhì)工程在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用實例。

-討論蛋白質(zhì)工程在解決實際問題中的重要性。

-用時：10分鐘

**鞏固練習(xí)（10分鐘**）

1.**課堂練習(xí)**：分發(fā)練習(xí)題，讓學(xué)生獨立完成，題目涉及蛋白質(zhì)工程的基本概念、方法和應(yīng)用。

2.**小組討論**：將學(xué)生分成小組，討論蛋白質(zhì)工程在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

-小組討論時間：5分鐘

-全班分享時間：5分鐘

-用時：10分鐘

**課堂提問（5分鐘**）

1.**提問環(huán)節(jié)**：教師隨機提問學(xué)生，檢查學(xué)生對蛋白質(zhì)工程知識的理解和掌握情況。

2.**解答問題**：學(xué)生回答問題，教師及時給予反饋和補充。

-用時：5分鐘

**師生互動環(huán)節(jié)（15分鐘**）

1.**問題解決**：提出一個與蛋白質(zhì)工程相關(guān)的實際問題，讓學(xué)生分組討論解決方案。

2.**創(chuàng)新思維**：鼓勵學(xué)生提出自己的創(chuàng)新點，如設(shè)計一種新的蛋白質(zhì)工程方法或應(yīng)用。

-小組討論時間：10分鐘

-全班展示時間：5分鐘

-用時：15分鐘

**總結(jié)與拓展（5分鐘**）

1.**總結(jié)**：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容和重點，強調(diào)蛋白質(zhì)工程的重要性。

2.**拓展**：鼓勵學(xué)生在課后繼續(xù)探索蛋白質(zhì)工程的最新研究進展，撰寫小論文或參與相關(guān)實踐活動。

-用時：5分鐘

**教學(xué)過程設(shè)計總計用時：45分鐘**教師隨筆學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.**知識掌握**：學(xué)生能夠理解蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、功能和蛋白質(zhì)工程的基本原理。通過對蛋白質(zhì)工程的方法和應(yīng)用的講解，學(xué)生能夠識別蛋白質(zhì)工程在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域的實際應(yīng)用，并能舉例說明。

2.**能力提升**：

-**實驗操作能力**：通過模擬實驗或?qū)嶋H操作，學(xué)生能夠掌握蛋白質(zhì)工程的基本實驗技能，如蛋白質(zhì)的分離、純化和鑒定。

-**問題解決能力**：在討論和解決問題的環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠運用所學(xué)知識分析問題，提出解決方案，并能夠評估方案的可行性和潛在影響。

-**批判性思維能力**：學(xué)生能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)工程的技術(shù)和倫理問題進行批判性思考，理解科學(xué)技術(shù)的雙刃劍特性。

3.**素質(zhì)發(fā)展**：

-**科學(xué)素養(yǎng)**：學(xué)生通過學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程，增強了科學(xué)探究的興趣和科學(xué)技術(shù)的責(zé)任感，提高了科學(xué)素養(yǎng)。

-**團隊協(xié)作能力**：在小組討論和實驗操作中，學(xué)生學(xué)會了如何與他人合作，分享觀點，共同完成任務(wù)。

-**溝通表達能力**：學(xué)生在課堂討論和展示中，提高了自己的溝通和表達能力，能夠清晰、準(zhǔn)確地傳達自己的思想和觀點。

4.**情感態(tài)度**：

-**對生物技術(shù)的興趣**：通過了解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用，學(xué)生對生物技術(shù)產(chǎn)生了更濃厚的興趣，激發(fā)了他們進一步探索生物科技領(lǐng)域的愿望。

-**社會責(zé)任感**：學(xué)生認(rèn)識到生物技術(shù)在改善人類生活和社會發(fā)展中的重要作用，增強了他們的社會責(zé)任感。

5.**核心素養(yǎng)**：

-**創(chuàng)新意識**：學(xué)生在學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的過程中，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維，能夠嘗試從不同的角度思考問題，并提出創(chuàng)新的解決方案。

-**終身學(xué)習(xí)能力**：學(xué)生學(xué)會了如何自主學(xué)習(xí)，通過查閱資料、參與討論和實驗等方式，不斷提升自己的知識和技能。教師隨筆板書設(shè)計①蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)

-氨基酸：組成蛋白質(zhì)的基本單元

-肽鍵：連接氨基酸形成多肽鏈

-蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：氨基酸的線性序列

②蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)

-二級結(jié)構(gòu)：α-螺旋和β-折疊

-三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的三維空間構(gòu)象

-四級結(jié)構(gòu)：多肽鏈的聚合和相互作用

③蛋白質(zhì)工程的基本原理

-蛋白質(zhì)合成：通過基因工程合成目標(biāo)蛋白質(zhì)

-蛋白質(zhì)改造：通過突變和篩選改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)

-應(yīng)用：醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域

④蛋白質(zhì)工程的方法

-定向進化：通過自然選擇和人工選擇提高蛋白質(zhì)的適應(yīng)性

-計算機輔助設(shè)計：利用計算機模擬和預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

⑤蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用

-醫(yī)藥：生產(chǎn)藥物、抗體、疫苗等

-農(nóng)業(yè)：改良作物品種、提高抗病性等

-工業(yè)：酶催化、生物傳感器等

⑥蛋白質(zhì)工程的倫理問題

-安全性：確保改造后的蛋白質(zhì)對人體和環(huán)境無害

-倫理道德：尊重生命、保護生物多樣性等典型例題講解例題1：某科學(xué)家利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造了一種蛋白質(zhì)，使其在特定溫度下具有更高的穩(wěn)定性。請分析這種改造可能采用的方法及其原理。

答案：這種改造可能采用定向進化或計算機輔助設(shè)計的方法。定向進化通過突變和篩選，使得蛋白質(zhì)在特定條件下的穩(wěn)定性得到提高。計算機輔助設(shè)計則通過模擬蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，預(yù)測出可能提高穩(wěn)定性的氨基酸突變，然后通過基因工程實現(xiàn)這些突變。

例題2：解釋以下蛋白質(zhì)工程術(shù)語：

-蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

-蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)

-蛋白質(zhì)工程

答案：

-蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中氨基酸的線性序列，是蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

-蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子在空間中的三維構(gòu)象，由一級結(jié)構(gòu)折疊形成，決定了蛋白質(zhì)的功能。

-蛋白質(zhì)工程：通過基因工程、突變和篩選等方法對蛋白質(zhì)進行改造，以改變其結(jié)構(gòu)和功能。

例題3：某蛋白質(zhì)在高溫下容易失活，請設(shè)計一種方法提高該蛋白質(zhì)在高溫下的穩(wěn)定性。

答案：可以通過以下方法提高蛋白質(zhì)在高溫下的穩(wěn)定性：

-在蛋白質(zhì)的氨基酸序列中引入耐高溫的氨基酸，如疏水性氨基酸。

-通過定向進化或計算機輔助設(shè)計，篩選出在高溫下穩(wěn)定的新蛋白質(zhì)。

例題4：解釋以下概念：

-定向進化

-計算機輔助設(shè)計

答案：

-