第3章 第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用2023-2024學(xué)年新教材高中生物選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（人教版2019 不定項(xiàng)）

第3章第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用2023-2024學(xué)年新教材高中生物選擇性必修第三冊(cè)同步教學(xué)設(shè)計(jì)（人教版2019不定項(xiàng)）學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容分析1.本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容是“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、原理、技術(shù)方法以及其在實(shí)際應(yīng)用中的案例分析。

2.教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課內(nèi)容與人教版2019高中生物選擇性必修第三冊(cè)第3章第4節(jié)緊密相關(guān)，學(xué)生在學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、酶的特性等基礎(chǔ)知識(shí)后，進(jìn)一步了解蛋白質(zhì)工程的概念、原理和應(yīng)用，有助于加深對(duì)生物技術(shù)的理解，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.讓學(xué)生通過(guò)探究蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用，培養(yǎng)科學(xué)探究與理性思維，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.通過(guò)案例分析，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，發(fā)展實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3.增強(qiáng)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)的興趣和認(rèn)同，提高生命觀念和科學(xué)精神的培養(yǎng)，形成正確的科技倫理觀念。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：

①蛋白質(zhì)工程的基本概念和原理，包括定向進(jìn)化、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等；

②蛋白質(zhì)工程在實(shí)際應(yīng)用中的案例分析，如藥物開(kāi)發(fā)、生物制藥等。

2.教學(xué)難點(diǎn)：

①對(duì)蛋白質(zhì)工程原理的深入理解，特別是定向進(jìn)化過(guò)程中的選擇壓力和分子演化機(jī)制；

②實(shí)際案例中蛋白質(zhì)工程技術(shù)的具體操作步驟和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)建模、突變?cè)O(shè)計(jì)、表達(dá)與純化等。教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法：

①采用講授法介紹蛋白質(zhì)工程的基本原理，確保學(xué)生掌握核心概念；

②使用討論法引導(dǎo)學(xué)生分析蛋白質(zhì)工程的實(shí)際應(yīng)用案例，促進(jìn)思維能力的提升；

③實(shí)施實(shí)驗(yàn)法，通過(guò)模擬蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

2.教學(xué)手段：

①利用多媒體設(shè)備展示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和工程案例，增強(qiáng)直觀性；

②使用教學(xué)軟件進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的交互式學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的參與度；

③結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源，提供相關(guān)的學(xué)術(shù)文章和視頻資料，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。教學(xué)過(guò)程1.導(dǎo)入新課

-（教師）同學(xué)們，上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，那么如何通過(guò)改造蛋白質(zhì)來(lái)服務(wù)于我們的生產(chǎn)和科研呢？今天我們將要學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用，請(qǐng)大家跟我一起探究這個(gè)有趣的話(huà)題。

2.教學(xué)內(nèi)容講解

-（教師）首先，讓我們來(lái)了解蛋白質(zhì)工程的基本概念。蛋白質(zhì)工程是指通過(guò)改造蛋白質(zhì)的氨基酸序列或結(jié)構(gòu)，賦予其新的或優(yōu)化的性能。我們可以分為兩種類(lèi)型：理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化。

-（教師）理性設(shè)計(jì)是基于對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的深入理解，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)測(cè)和指導(dǎo)蛋白質(zhì)的改造。定向進(jìn)化則是通過(guò)構(gòu)建突變體庫(kù)，利用選擇性壓力篩選出性能優(yōu)化的蛋白質(zhì)。

-（教師）接下來(lái)，我們來(lái)看一下蛋白質(zhì)工程的原理。理性設(shè)計(jì)中，我們會(huì)利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，預(yù)測(cè)氨基酸的改變對(duì)蛋白質(zhì)功能的影響。而定向進(jìn)化則是通過(guò)隨機(jī)突變和篩選，模擬自然進(jìn)化過(guò)程。

3.課文主旨內(nèi)容探究

-（教師）現(xiàn)在，讓我們來(lái)探討一下課文的主旨內(nèi)容。請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材第3章第4節(jié)的內(nèi)容，特別是蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用部分，思考以下問(wèn)題：

①蛋白質(zhì)工程的主要目的是什么？

②理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化各自的特點(diǎn)是什么？

③你能想到哪些蛋白質(zhì)工程在實(shí)際應(yīng)用中的例子？

-（學(xué)生）閱讀教材并思考問(wèn)題。

-（教師）同學(xué)們，請(qǐng)分享一下你們的答案。①蛋白質(zhì)工程的主要目的是優(yōu)化蛋白質(zhì)的性能，提高其穩(wěn)定性和活性，或者賦予其新的功能。②理性設(shè)計(jì)需要深入的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)，而定向進(jìn)化則更依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)篩選。③蛋白質(zhì)工程在實(shí)際應(yīng)用中的例子包括藥物開(kāi)發(fā)、生物制藥、工業(yè)酶的優(yōu)化等。

4.實(shí)際案例分析

-（教師）現(xiàn)在，讓我們通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例來(lái)深入理解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用。請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材中的案例“蛋白質(zhì)工程在藥物開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用”，并回答以下問(wèn)題：

①案例中提到的蛋白質(zhì)是什么？

②通過(guò)蛋白質(zhì)工程，這個(gè)蛋白質(zhì)的性能如何得到改善？

③這種改進(jìn)對(duì)藥物開(kāi)發(fā)有什么意義？

-（學(xué)生）閱讀案例并回答問(wèn)題。

-（教師）同學(xué)們，請(qǐng)分享一下你們的答案。①案例中提到的蛋白質(zhì)是一種用于治療疾病的藥物靶點(diǎn)。②通過(guò)蛋白質(zhì)工程，這個(gè)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和親和力得到了改善。③這種改進(jìn)可以使得藥物更加有效地與靶點(diǎn)結(jié)合，提高治療效果。

5.實(shí)踐操作模擬

-（教師）接下來(lái)，我們將進(jìn)行一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，來(lái)體驗(yàn)蛋白質(zhì)工程的實(shí)際操作過(guò)程。請(qǐng)同學(xué)們分成小組，每組將模擬蛋白質(zhì)的理性設(shè)計(jì)過(guò)程。我會(huì)提供一些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和計(jì)算機(jī)軟件，同學(xué)們需要嘗試對(duì)模型進(jìn)行改造，并預(yù)測(cè)改造后的性能。

-（學(xué)生）分組進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

-（教師）同學(xué)們，請(qǐng)展示你們的改造結(jié)果，并討論你們的預(yù)測(cè)。

6.總結(jié)與反饋

-（教師）好的，同學(xué)們，今天我們一起學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用。通過(guò)案例分析和模擬實(shí)驗(yàn)，我們了解了蛋白質(zhì)工程的重要性和實(shí)際操作過(guò)程。請(qǐng)大家回顧一下今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并分享一下你們的收獲。

-（學(xué)生）回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容，分享收獲。

-（教師）最后，我想給大家布置一個(gè)作業(yè)。請(qǐng)同學(xué)們選擇一個(gè)蛋白質(zhì)工程的案例，深入研究其原理和應(yīng)用，并寫(xiě)一篇簡(jiǎn)短的報(bào)告。下節(jié)課我們會(huì)進(jìn)行分享和討論。

-（學(xué)生）接受作業(yè)任務(wù)。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(gè)方面：

1.知識(shí)掌握方面：

-學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述蛋白質(zhì)工程的基本概念和原理，理解理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化兩種策略的區(qū)別和聯(lián)系。

-學(xué)生能夠列舉蛋白質(zhì)工程在實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)典型案例，如藥物開(kāi)發(fā)、生物制藥、工業(yè)酶的優(yōu)化等，并解釋其原理。

-學(xué)生能夠通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造，并預(yù)測(cè)改造后的可能性能。

2.能力提升方面：

-學(xué)生通過(guò)案例分析，提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，能夠結(jié)合實(shí)際案例深入理解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用。

-學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)中，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手操作能力，能夠?qū)⒗碚撝R(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

-學(xué)生在小組討論中，提高了團(tuán)隊(duì)合作和交流表達(dá)能力，能夠有效地分享自己的想法和傾聽(tīng)他人的意見(jiàn)。

3.思維發(fā)展方面：

-學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，培養(yǎng)了科學(xué)探究精神，對(duì)蛋白質(zhì)工程這一現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

-學(xué)生通過(guò)實(shí)際案例的學(xué)習(xí)，能夠從多角度思考問(wèn)題，形成了批判性思維和創(chuàng)造性思維。

-學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)會(huì)了如何面對(duì)失敗，通過(guò)不斷嘗試和優(yōu)化，培養(yǎng)了堅(jiān)持不懈和解決問(wèn)題的能力。

4.知識(shí)應(yīng)用方面：

-學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的蛋白質(zhì)工程原理與方法應(yīng)用到其他生物學(xué)問(wèn)題的研究中，如基因編輯、代謝工程等。

-學(xué)生在完成作業(yè)時(shí)，能夠獨(dú)立查找相關(guān)資料，對(duì)蛋白質(zhì)工程的案例進(jìn)行深入分析，提高了自主學(xué)習(xí)能力。

-學(xué)生通過(guò)撰寫(xiě)報(bào)告，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，形成完整的知識(shí)體系，為未來(lái)的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總體來(lái)說(shuō)，學(xué)生在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，不僅掌握了蛋白質(zhì)工程的基本知識(shí)和應(yīng)用，還在實(shí)踐操作、思維發(fā)展和知識(shí)應(yīng)用等方面取得了顯著的效果。這些學(xué)習(xí)效果將為學(xué)生在未來(lái)的生物學(xué)研究和相關(guān)領(lǐng)域的職業(yè)生涯中奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課后作業(yè)1.請(qǐng)結(jié)合教材第3章第4節(jié)的內(nèi)容，撰寫(xiě)一篇關(guān)于“蛋白質(zhì)工程在藥物開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用”的報(bào)告。報(bào)告中應(yīng)包括以下內(nèi)容：

-蛋白質(zhì)工程的基本概念和原理；

-藥物開(kāi)發(fā)中蛋白質(zhì)工程的案例分析；

-蛋白質(zhì)工程在藥物開(kāi)發(fā)中的意義和挑戰(zhàn)；

-你的個(gè)人思考：如何進(jìn)一步優(yōu)化蛋白質(zhì)工程在藥物開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。

2.作業(yè)補(bǔ)充與說(shuō)明：

題型一：案例分析題

題目：閱讀以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程在生物制藥中的應(yīng)用案例，回答問(wèn)題。

案例內(nèi)容：某制藥公司通過(guò)蛋白質(zhì)工程改進(jìn)了一種用于治療糖尿病的胰島素藥物，使得藥物在體內(nèi)的穩(wěn)定性和活性得到顯著提升。

問(wèn)題：蛋白質(zhì)工程是如何改進(jìn)胰島素藥物的穩(wěn)定性？這種改進(jìn)對(duì)糖尿病患者有什么影響？

答案：通過(guò)定點(diǎn)突變，改變胰島素分子中的某些氨基酸，提高了其在體內(nèi)的穩(wěn)定性和活性，減少了注射頻率，降低了患者的血糖波動(dòng)。

題型二：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

題目：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)定向進(jìn)化方法篩選出一種具有更高催化效率的酶。

答案：構(gòu)建酶的突變體庫(kù)，通過(guò)高通量篩選技術(shù)，篩選出催化效率較高的突變體，進(jìn)行多輪篩選和優(yōu)化，最終獲得目標(biāo)酶。

題型三：論述題

題目：論述蛋白質(zhì)工程在工業(yè)酶優(yōu)化中的應(yīng)用及其對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響。

答案：蛋白質(zhì)工程通過(guò)改造工業(yè)酶的結(jié)構(gòu)，提高其穩(wěn)定性、活性或特異性，從而提高生產(chǎn)效率，降低成本，減少?gòu)U物產(chǎn)生，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生積極影響。

題型四：應(yīng)用題

題目：假設(shè)你是一名蛋白質(zhì)工程師，你需要設(shè)計(jì)一種新型蛋白質(zhì)藥物。請(qǐng)描述你的設(shè)計(jì)思路和步驟。

答案：首先，確定藥物靶點(diǎn)；其次，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；然后，進(jìn)行氨基酸突變和篩選；最后，評(píng)估改造后的蛋白質(zhì)藥物的活性、穩(wěn)定性和安全性。

題型五：創(chuàng)新題

題目：提出一種新的蛋白質(zhì)工程策略，并解釋其可能的應(yīng)用前景。

答案：提出利用CRISPR-Cas9技術(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)工程，通過(guò)基因編輯直接在基因組水平上進(jìn)行蛋白質(zhì)改造，可能的應(yīng)用前景包括治療遺傳性疾病、開(kāi)發(fā)新型生物材料等。教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-學(xué)生在課堂上的參與度較高，能夠積極回答問(wèn)題，展示出對(duì)蛋白質(zhì)工程原理和應(yīng)用的興趣。

-學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)表現(xiàn)出較強(qiáng)的動(dòng)手能力和合作精神，能夠按照指導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

-學(xué)生在案例分析中能夠結(jié)合教材內(nèi)容，提出自己的見(jiàn)解和思考，體現(xiàn)了良好的分析能力。

2.小組討論成果展示：

-各小組在討論中能夠圍繞主題展開(kāi)深入的探討，小組成員之間的交流互動(dòng)積極，能夠互相補(bǔ)充觀點(diǎn)。

-小組展示時(shí)，學(xué)生能夠清晰地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，展示出良好的表達(dá)能力和邏輯思維。

-小組的成果展示中，部分小組能夠結(jié)合實(shí)際案例，提出具有創(chuàng)新性的思考和建議。

3.隨堂測(cè)試：

-隨堂測(cè)試結(jié)果顯示，大部分學(xué)生能夠掌握蛋白質(zhì)工程的基本概念和原理，對(duì)實(shí)際應(yīng)用案例有一定的理解。

-測(cè)試中，學(xué)生對(duì)于蛋白質(zhì)工程在實(shí)際應(yīng)用中的具體操作步驟和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的掌握不夠扎實(shí)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

-學(xué)生在解答問(wèn)題時(shí)，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，但部分學(xué)生對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題的分析能力有待提高。

4.課后作業(yè)評(píng)價(jià)：

-學(xué)生提交的課后作業(yè)整體質(zhì)量較好，能夠結(jié)合教材內(nèi)容進(jìn)行深入分析，展現(xiàn)出一定的獨(dú)立思考能力。

-部分學(xué)生在作業(yè)中能夠提出自己的見(jiàn)解，顯示出對(duì)蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的深刻理解。

-作業(yè)中存在一些共性問(wèn)題，如對(duì)某些概念的理解不夠深入，對(duì)案例分析的邏輯性有待提高。

5.教師評(píng)價(jià)與反饋：

-教師對(duì)學(xué)生整體表現(xiàn)給予積極評(píng)價(jià)，認(rèn)為學(xué)生在課堂上能夠積極參與，表現(xiàn)出良好的學(xué)習(xí)態(tài)度。

-教師針對(duì)小組討論和隨堂測(cè)試中存在的問(wèn)題，給予具體反饋，指導(dǎo)學(xué)生如何改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

-教師對(duì)學(xué)生作業(yè)中的亮點(diǎn)和不足進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)深入探究蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用，同時(shí)指出需要加強(qiáng)的部分，如對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟的掌握和邏輯思維的訓(xùn)練。

-教師強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生在課后自主查找資料，拓寬知識(shí)視野，提高自主學(xué)習(xí)能力。反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.在本節(jié)課的教學(xué)中，我嘗試引入了模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件親身體驗(yàn)蛋白質(zhì)工程的實(shí)際操作過(guò)程，這種互動(dòng)式學(xué)習(xí)方式能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

2.我還采用了案例分析的教學(xué)方法，讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際案例深入理解蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用，這種方法有助于學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

（二）存在主要問(wèn)題

1.在教學(xué)管理方面，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在小組討論環(huán)節(jié)的時(shí)間分配不夠合理，部分小組討論過(guò)于發(fā)散，未能有效聚焦于主題，導(dǎo)致討論深度不足。

2.在教學(xué)方法上，我注意到對(duì)于一些復(fù)雜的概念和原理，我的講解可能過(guò)于抽象，學(xué)生可能難以理解，這影響了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握。

3.在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，隨堂測(cè)試的設(shè)計(jì)可能未能全面覆蓋教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果未能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（三）改進(jìn)措施

1.針對(duì)小組討論時(shí)間分配不合理的問(wèn)題，我將在未來(lái)的教學(xué)中明確討論的主題和時(shí)間限制，確保每個(gè)小組都能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成討論任務(wù)，并在討論結(jié)束時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要匯報(bào)，以提高討論的效率和質(zhì)量。

2.對(duì)于復(fù)雜概念和原理的教學(xué)，我將嘗試采用更多直觀的教學(xué)工具，如動(dòng)畫(huà)、模型等，幫助學(xué)生形象地理解抽象的概念，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生