生物選修人教版 1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起(教學設計)

1、蛋白質(zhì)工程的崛起教學設計一般說來，“教師”概念之形成經(jīng)歷了十分漫長的歷史。楊士勛（唐初學者，四門博士）春秋谷梁傳疏曰：“師者教人以不及，故謂師為師資也”。這兒的“師資”，其實就是先秦而后歷代對教師的別稱之一。韓非子也有云：“今有不才之子師長教之弗為變”其“師長”當然也指教師。這兒的“師資”和“師長”可稱為“教師”概念的雛形，但仍說不上是名副其實的“教師”，因為“教師”必須要有明確的傳授知識的對象和本身明確的職責。 一、教學目標的確定蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術條件支撐的，正如課本中開頭描述的，它是隨著分子生物學、晶體學以及計算機技術的迅猛發(fā)展而誕生的，也與基因組學、蛋白質(zhì)組學、生物信息學的

2、發(fā)展等因素有關（本書前沿動態(tài)中有簡要介紹）。蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。這樣學習，可以使學生認識到科學探索之路的漫長、艱辛和永無止境。學生在必修課中已學習過中心法則及蛋白質(zhì)具有復雜的空間結(jié)構(gòu)等知識。這是學習新知識的基礎。既然蛋白質(zhì)的功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA。所以蛋白質(zhì)工程的原理應該是中心法則的逆推。結(jié)合課本中插圖，可以較明確地說明這一點。教學目標：1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.簡述蛋白質(zhì)工程的原理。3.嘗試運用逆向思維分析和解決問題。教學重點：

3、（1）為什么要開展蛋白質(zhì)工程的研究？（2）蛋白質(zhì)工程的原理。教學難點：蛋白質(zhì)工程的原理。教學方法：采用問題-探究-新問題-再探究的教學模式。“師”之概念，大體是從先秦時期的“師長、師傅、先生”而來。其中“師傅”更早則意指春秋時國君的老師。說文解字中有注曰：“師教人以道者之稱也”。“師”之含義，現(xiàn)在泛指從事教育工作或是傳授知識技術也或是某方面有特長值得學習者?！袄蠋煛钡脑獠⒎怯伞袄稀倍稳荨皫煛薄！袄稀痹谂f語義中也是一種尊稱，隱喻年長且學識淵博者。“老”“師”連用最初見于史記，有“荀卿最為老師”之說法。慢慢“老師”之說也不再有年齡的限制，老少皆可適用。只是司馬遷筆下的“老師”當然不是今日意義上

4、的“教師”，其只是“老”和“師”的復合構(gòu)詞，所表達的含義多指對知識淵博者的一種尊稱，雖能從其身上學以“道”，但其不一定是知識的傳播者。今天看來，“教師”的必要條件不光是擁有知識，更重于傳播知識。 二、教學設計思路新課一開始，可以帶領學生回憶原有知識：要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達，在種內(nèi)可以用常規(guī)雜交育種的辦法實現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了?；蚬こ痰恼Q生，為克服這一遠緣雜交的障礙問題，帶來了新的希望。于是取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白至此，人們也只是實現(xiàn)了世界上

5、現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達。但一個新問題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進化過程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。為了加深這一點的認識，可調(diào)動學生從書中找實例（干擾素例子、工業(yè)用酶的例子）加以佐證。于是要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應運而生了。本節(jié)內(nèi)容實驗操作部分共1課時，發(fā)酵部分在課下時間完成。三、教學實施的程序教學過程教學內(nèi)容教學手段預期目標其實,任何一門學科都離不開死記硬背,關鍵是記憶有技巧,“死記”之后會“活用”。不記住那些基礎知識,怎么會向高層次進軍?尤其是語文學科涉獵的范圍很廣,

6、要真正提高學生的寫作水平,單靠分析文章的寫作技巧是遠遠不夠的,必須從基礎知識抓起,每天擠一點時間讓學生“死記”名篇佳句、名言警句,以及豐富的詞語、新穎的材料等。這樣,就會在有限的時間、空間里給學生的腦海里注入無限的內(nèi)容。日積月累,積少成多,從而收到水滴石穿,繩鋸木斷的功效。 1創(chuàng)設情景，引入對蛋白質(zhì)工程崛起的學習。師：根據(jù)前面所學內(nèi)容，試概括說出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。生：基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等，我們吃的，使某些食品如番茄、土豆等農(nóng)業(yè)中的抗蟲棉、抗病毒煙草等，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)或者生產(chǎn)成本高?！敖虝壬笨峙率鞘芯傩兆顬槭煜さ囊环N

7、稱呼，從最初的門館、私塾到晚清的學堂，“教書先生”那一行當怎么說也算是讓國人景仰甚或敬畏的一種社會職業(yè)。只是更早的“先生”概念并非源于教書，最初出現(xiàn)的“先生”一詞也并非有傳授知識那般的含義。孟子中的“先生何為出此言也？”；論語中的“有酒食，先生饌”；國策中的“先生坐，何至于此？”等等，均指“先生”為父兄或有學問、有德行的長輩。其實國策中本身就有“先生長者，有德之稱”的說法?？梢姟跋壬敝夥钦嬲摹敖處煛敝?，倒是與當今“先生”的稱呼更接近?？磥恚跋壬敝驹春x在于禮貌和尊稱，并非具學問者的專稱。稱“老師”為“先生”的記載，首見于禮記?曲禮，有“從于先生，不越禮而與人言”，其中之“先生”

8、意為“年長、資深之傳授知識者”，與教師、老師之意基本一致。師：基因工程的實質(zhì)是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生它本身不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新的性狀。但基因工程，人們也只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達。即基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。一個新問題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進化過程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。我們該怎么辦？單靠“死”記還不行,還得“活”用,姑且稱之為“先死后活”吧。讓學生把一周看到或聽到的新鮮事記下來,摒棄那些假話套話空話,寫出自己的真情實感,篇幅可長可短,并要求運用積累的成語、名言警句等,定期

9、檢查點評,選擇優(yōu)秀篇目在班里朗讀或展出。這樣,即鞏固了所學的材料,又鍛煉了學生的寫作能力,同時還培養(yǎng)了學生的觀察能力、思維能力等等,達到“一石多鳥”的效果。 生：對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行定向改造，以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。學生討論贊揚也是教育的一種方式。舉例聯(lián)系舊知識使學生回憶基因工程的有關內(nèi)容。引起學生對蛋白質(zhì)工程的感性認識。2學習蛋白質(zhì)工程的崛起的緣由師：大家都知道人類基因組計劃，那么你們知道國際人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關系？師：人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2019年國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2019年該組織正式提出啟動了

10、兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執(zhí)行的人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的人類蛋白質(zhì)組計劃，由此拉開了蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。師：通過上面的學習我們已經(jīng)大概了解了蛋白質(zhì)工程崛起的理由。生：基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。師：歸納的很好！我們剛才提到的干擾素在體外保存相當困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，那么在-70度的條件下可以保存半年。師：對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？生：通過對基因的操作來實現(xiàn)，因為基因決定蛋白質(zhì)的合成。介紹一些比較前沿的

11、知識。這部分知識較新，學生了解的較少，一教師講述為主。學生歸納及時鼓勵學生。學生討論進一步激發(fā)學生學習本節(jié)內(nèi)容的興趣。使學生認識到我國科學技術的迅猛發(fā)展。培養(yǎng)學生的歸納能力提出問題，誘導思考，解決困難。3學習蛋白質(zhì)工程的基本原理師：下面讓我們一起來回憶一下生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成的過程。生：基因mRNA形成氨基酸序列的多肽鏈盤曲折疊成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能師：同學們說的對！但蛋白質(zhì)工程卻與之相反，它的基本途徑是什么呢？生：從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列（基因）師：下面我們利用蛋白質(zhì)工程原理來解決課本27頁討。論題。生：-丙氨酸-色

12、氨酸-賴氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）DNA的一條鏈：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）確定了基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。師：回答的很好。通過以上的討論我們來總結(jié)一下什么是蛋白質(zhì)工程。生：蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。師：基于以上蛋白質(zhì)工程的原理，能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設計相應的基因，導入適合的細菌中，讓

13、細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)食品呢？學生討論。讓文字與插圖結(jié)合，使抽象的文字在直觀的插圖中得以體現(xiàn)。培養(yǎng)學生的逆向思維能力在解決問題中加強對基礎知識的深層次理解。解決本節(jié)課的難點培養(yǎng)學生的歸納能力。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。4學習蛋白質(zhì)工程的進展和前景師：蛋白質(zhì)工程取得的進展向人們展示了誘人的前景。1、在生物工程制藥領域、蛋白質(zhì)工程有著廣泛的應用。例如修改與胰島素分子間整合作用有關的表面殘基使其更容易解離成有活性的單體分子，從而使這種胰島素成為速效型藥物。制備生長鼠人嵌合抗體減少因機體高度過敏而引起的副作用。2、蛋白質(zhì)工程可通過改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。3.生物和材料科學家正積極探索將

14、蛋白質(zhì)工程應用于微電子方面。異想天開能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？師：為什么說蛋白質(zhì)工程是一項認識科學探索難度很大的工程？目前要設計出之路永無止境更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索和努力？生：主要是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少。很難設計出一個嶄新而具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的。讓學生認識到科學探究之路的漫長、艱辛和永無止境。當堂鞏固1.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？解決本課的難點5作業(yè)完成思考與探究課內(nèi)與課外結(jié)合。四、教學反思積極思維思辯是最能鍛煉學生的學習能力、思維能力和合作學習的能力。通過蛋白質(zhì)工程崛起一課的開展，使學生學習到了在課堂教學中所不能學到的東西，同時也是對學生能力的一個檢測。教師在教學過程中，指導學生加強與已有知識的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問題，把課堂的大部分時間還給學生，讓學生通過學生自己閱讀、觀察、討論來構(gòu)建，自主構(gòu)建出自己所思所想。如，對于如何將基