湖南省蓝山县高中生物 1.4 蛋白质工程的崛起教学实录

湖南省蓝山县高中生物1.4蛋白质工程的崛起教学实录授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间设计意图本节课旨在通过“湖南省蓝山县高中生物1.4蛋白质工程的崛起”这一主题，引导学生了解蛋白质工程的基本概念、发展历程以及其在生物技术领域的应用。通过结合课本内容，激发学生对生物科学的兴趣，培养学生的科学探究能力和创新思维。核心素养目标培养学生对生物科学的兴趣和好奇心，提高科学探究能力，通过蛋白质工程实例，强化学生的生命观念和科学思维。提升学生运用生物学知识解决实际问题的能力，增强社会责任感，认识到科学技术在改善人类生活、促进社会发展中的重要作用。重点难点及解决办法重点：蛋白质工程的概念、原理及其在生物技术中的应用。

难点：蛋白质工程与传统基因工程的区别，以及蛋白质工程在生物技术中的实际应用案例。

解决办法：

1.通过实例讲解，帮助学生理解蛋白质工程的定义和原理。

2.比较蛋白质工程与传统基因工程的异同，通过图表等形式直观展示。

3.结合实际案例，如胰岛素和生长激素的改造，让学生理解蛋白质工程在医疗领域的应用。

4.组织小组讨论，让学生分析蛋白质工程在农业、环境保护等领域的潜在应用，培养学生的批判性思维和问题解决能力。教学资源准备1.教材：确保每位学生拥有最新版的高中生物教材，以便查阅相关章节内容。

2.辅助材料：准备与蛋白质工程相关的图片、流程图、视频等多媒体资料，以增强直观教学效果。

3.实验器材：准备模型或虚拟实验软件，模拟蛋白质工程的基本步骤，帮助学生理解复杂过程。

4.教室布置：设置分组讨论区域，确保学生能够进行互动交流，同时准备实验操作台，方便进行小规模实验演示。教学流程1.导入新课（用时5分钟）

详细内容：教师以“蛋白质的神奇力量”为主题，展示生活中常见的蛋白质来源（如牛奶、鸡蛋、肉类等），引导学生思考蛋白质对人体的重要性。随后，提出问题：“如果科学家能够根据需求设计蛋白质，会有哪些可能性？”以此激发学生对蛋白质工程的兴趣，引出新课。

2.新课讲授（用时15分钟）

（1）蛋白质工程的概念与原理

详细内容：教师讲解蛋白质工程的基本概念，介绍蛋白质工程的定义、发展历程和主要方法。通过PPT展示蛋白质工程与传统基因工程的区别，帮助学生理解蛋白质工程的独特性。

（2）蛋白质工程的应用实例

详细内容：列举蛋白质工程在医疗、农业、环境保护等领域的应用实例，如胰岛素、生长激素的改造，以及蛋白质工程在疾病治疗、植物抗逆性提高等方面的作用。

（3）蛋白质工程的技术挑战与伦理问题

详细内容：分析蛋白质工程在技术层面面临的挑战，如蛋白质结构的预测、蛋白质功能的验证等。同时，探讨蛋白质工程在伦理方面的争议，如基因编辑技术可能带来的伦理问题。

3.实践活动（用时10分钟）

（1）蛋白质工程模型制作

详细内容：教师引导学生利用模型材料，模拟蛋白质工程的基本步骤，如蛋白质结构预测、蛋白质改造等。

（2）蛋白质工程应用案例分析

详细内容：分组讨论蛋白质工程在不同领域的应用案例，如疾病治疗、农业改良等，每组选取一个案例进行深入分析。

（3）蛋白质工程技术挑战与伦理问题讨论

详细内容：分组讨论蛋白质工程在技术层面面临的挑战以及伦理问题，如基因编辑技术的潜在风险和伦理争议。

4.学生小组讨论（用时10分钟）

（1）蛋白质工程与传统基因工程的区别

举例回答：学生可以回答蛋白质工程是在基因水平上进行改造，而传统基因工程是在DNA水平上进行操作。

（2）蛋白质工程在医疗领域的应用

举例回答：学生可以回答蛋白质工程可以用于设计更有效的药物，如针对特定疾病的高效胰岛素。

（3）蛋白质工程在农业领域的应用

举例回答：学生可以回答蛋白质工程可以提高作物的抗逆性，如耐旱、耐盐等。

5.总结回顾（用时5分钟）

内容：教师引导学生回顾本节课所学内容，强调蛋白质工程的概念、原理、应用及面临的挑战。同时，提醒学生关注蛋白质工程在生物技术领域的最新发展动态，培养学生的持续学习和探究精神。

教学流程用时：45分钟教学资源拓展1.拓展资源：

-蛋白质结构数据库：介绍如PDB（蛋白质数据银行）等数据库，学生可以学习如何查找和分析蛋白质的三维结构信息。

-蛋白质工程案例研究：提供一些蛋白质工程的成功案例，如对胰岛素的改造、抗体的工程化等，以展示蛋白质工程在实际中的应用。

-蛋白质工程相关论文：推荐一些经典的蛋白质工程论文，让学生了解该领域的最新研究进展和技术挑战。

2.拓展建议：

-学生可以通过访问图书馆或在线数据库，查阅有关蛋白质工程的历史背景、发展过程和未来趋势的文献资料。

-鼓励学生参与学校或社区的科学讲座，特别是那些与生物技术和蛋白质工程相关的专题讲座。

-组织学生观看与蛋白质工程相关的科普视频，如TED演讲、科学纪录片等，以增强他们对这一领域的兴趣和了解。

-提供一些在线课程或网络资源，如Coursera、edX上的蛋白质工程课程，让学生在课外自主学习和探索。

-设立研究小组，让学生选择一个具体的蛋白质工程案例，进行深入研究，包括文献综述、实验设计和结果分析。

-安排实地考察或实验室参观，让学生亲眼见证蛋白质工程在实际科研和生产中的应用。

-通过参与学校的科学俱乐部或科技创新活动，让学生有机会将蛋白质工程的理论知识应用于实践项目中。

-鼓励学生关注生物技术行业的新闻动态，了解蛋白质工程在药物研发、生物制药、食品工业等领域的最新应用和挑战。

-设计一些小型的蛋白质工程实验，如使用酶促反应模拟蛋白质折叠过程，让学生亲身体验蛋白质工程的实验操作。课后作业1.案例分析题：

题目：分析胰岛素的蛋白质工程改造过程，讨论其如何提高了胰岛素的稳定性和生物活性。

答案：胰岛素的蛋白质工程改造主要通过以下步骤进行：

-首先通过计算机模拟和实验分析，确定胰岛素分子中影响其稳定性和生物活性的关键氨基酸位点。

-然后设计突变，替换这些关键位点上的氨基酸，以增强胰岛素的稳定性或提高其与受体的结合能力。

-通过体外和体内实验验证改造后的胰岛素的稳定性和生物活性，确保其安全性和有效性。

2.设计题：

题目：假设你是一位生物技术工程师，需要设计一种能够降解塑料污染的酶。请描述你的设计思路和可能采取的步骤。

答案：设计思路：

-研究已知能够降解塑料的微生物，提取其降解酶，分析其结构和功能。

-通过蛋白质工程技术，对降解酶进行改造，提高其降解效率和特异性。

-在实验室中测试改造后的酶的降解能力，并在实际环境中进行中试和评估。

3.应用题：

题目：解释为什么蛋白质工程在治疗遗传性疾病中具有潜在的应用价值。

答案：蛋白质工程在治疗遗传性疾病中的应用价值体现在：

-通过改造导致遗传性疾病的蛋白质，可以纠正其功能缺陷，从而治疗相关疾病。

-例如，通过蛋白质工程改造的血友病因子可以用于治疗血友病，提高其凝血功能。

4.比较题：

题目：比较蛋白质工程和基因工程在改造生物体方面的异同。

答案：相同点：

-都旨在改变生物体的遗传特性，以实现特定的应用目标。

不同点：

-蛋白质工程直接针对蛋白质分子进行改造，而基因工程则通过改变基因序列来间接影响蛋白质的合成。

-蛋白质工程通常用于提高蛋白质的功能或稳定性，而基因工程则更广泛地用于改变生物体的遗传特征。

5.综合题：

题目：结合所学知识，讨论蛋白质工程在生物制药领域的应用前景。

答案：蛋白质工程在生物制药领域的应用前景包括：

-开发更有效的药物，如针对特定靶点的抗体药物。

-改善现有药物的性质，如提高药物的稳定性、降低副作用。

-开发新的生物治疗手段，如利用工程化蛋白质进行细胞治疗。课堂小结，当堂检测课堂小结：

在本节课的学习中，我们探讨了蛋白质工程这一前沿的生物技术领域。以下是本节课的关键点：

1.**蛋白质工程的概念**：我们了解到蛋白质工程是通过改造蛋白质的氨基酸序列来改变其结构和功能的技术。

2.**蛋白质工程的方法**：介绍了蛋白质工程的基本方法，包括理性设计和定向进化。

3.**蛋白质工程的应用**：通过实例，如胰岛素和生长激素的改造，展示了蛋白质工程在医疗领域的应用。

4.**蛋白质工程的挑战**：讨论了蛋白质工程在技术层面和伦理层面面临的挑战。

5.**蛋白质工程与基因工程的比较**：比较了蛋白质工程和基因工程的异同，强调了两者在生物技术中的应用差异。

当堂检测：

1.**选择题**（用时5分钟）

-蛋白质工程的主要目的是：

A.增加蛋白质的产量

B.改变蛋白质的结构和功能

C.增强蛋白质的稳定性

D.以上都是

2.**填空题**（用时5分钟）

-蛋白质工程通常通过______和______两种方法来实现蛋白质的改造。

3.**简答题**（用时10分钟）

-简述蛋白质工程在疾病治疗中的应用实例。

4.**讨论题**（用时10分钟）

-讨论蛋白质工程在技术层面可能遇到的挑战。

5.**案例分析题**（用时10分钟）

-分析蛋白质工程在农业领域的应用前景，并举例说明。

答案：

1.B

2.理