“例證法”在“蛋白質工程”教學中的應用

史文婷

摘 要 將科研課題簡化為本節課教學案例，整節課該案例為主線采用例證法的概念教學方法將知識體系在案例中鋪展開，結合支架式問題串引導以學生自主合作學習，加深對蛋白質工程的認識。

關鍵詞 例證法 支架式問題串 概念教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

例證法是指以典型實例為研究基礎，通過觀察與分析，尋找關鍵的本質的特征進而形成概念的方法。具體案例為抽象難理解的概念學習提供有力支撐，符合由感性認識上升到理性認識的認知規律，利于學生領悟概念內涵。

1 教材分析

蛋白質工程被稱為第二代基因工程，能夠根據人類的需要創造全新的蛋白質。隨著科學技術發展，目前該工程已經成為研究熱點。人教版高中生物教材選修3的“蛋白質工程”這節內容主要介紹了蛋白質工程崛起緣由、蛋白質工程的概念、原理、應用和前景五方面的內容，其中蛋白質工程的概念和原理是本節課的教學重難點。

2 教學目標

知識目標：能結合具體例子說明了解蛋白質工程的概念和基本原理。

能力目標：通過案例學習自主構建概念圖；在合作交流過程中培養分析材料、發現問題、思考問題和解決問題的能力。

情感、態度與價值觀目標：關注生物學科的前沿技術，拓寬學生視野；認同蛋白質工程取得的成果對人伙有益，認同“后基因組時代—蛋白質組時代”的到來。

3 設計思路

將高校科研課題簡化為教學案例，并設計為貫穿課堂的主線，利用精心設計層層遞進的問題串，以引導學生自主領悟核心概念的內涵。采用例證法教學方式旨在讓學生對蛋白質工程概念的認識由感性上升到理性，培養學生提取有效信息、分析問題、解決問題以及歸納總結的能力，讓學生了解科研流程的同時也了解生物學科前沿領域研究成果和技術、認同科技改變生活。

4 教學過程

4.1 創設情境，導入新課

教師展示自身免疫疾病的圖片，讓學生了解自身免疫病種類繁多、病情嚴峻、目前依賴抗炎藥物的臨床治療并不能有效控制病情，引導學生認識到尋找“有效治療藥物”成為亟待解決的科學難題，驅動學生積極思考。

4.2 案例展示，確定課題

教師展示“新型B淋巴細胞阻斷劑（TACI）的蛋白質工程”科研課題改編的案例資料與圖片：

① 人體內BAFF蛋白過量，與B細胞表面的TACI蛋白結合，導致B淋巴細胞過度增殖分化而引起自身免疫疾病；

② 外源性的TACI蛋白能與BAFF結合，抑制B淋巴細胞過度活化從而抑制自身免疫疾病；

③ 某蛋白能夠通過CRD2區域增強與BAFF特異性結合能力；

④ 蛋白類藥物在體內易被消除，Ig蛋白的FC區域能延緩改蛋白被消除速度，延長藥物蛋白作用時間。

教師要求學生結合文字資料和圖片（圖1），思考：能否根據現有的研究成果設計一種“新型蛋白”，使其成為治療自身免疫疾病的有效藥物？這樣從而確定探究課題：構建“CRD2—TACI—FC”新型藥物蛋白。

4.3 問題引導，確立方案

教師提出問題：

① 直接對天然蛋白質TACI直接改造是否能長期獲得穩定新型蛋白藥物？② 有沒有更好的方案？③ 如何改造TACI基因呢？思考問題①，學生考慮到改造后的新型藥物蛋白不能遺傳，而且改造蛋白質難度大，直接改造TACI蛋白的方案并不是最佳方案。學生積極探討達成共識，即改造TACI基因后表達出相應的藥物蛋白為最佳方案。教師提供建議支架（圖2），按照“結構決定功能”原則，為確保新型蛋白具有預期功能的前提是構建新型藥物蛋白空間結構，在此基礎上對TACI基因進行改造。支架性問題會啟發學生積極思考，展開小組討論，設計可行方案。

學生展示討論方案1：限制酶切割獲得TACI基因、CRD2基因和FC基因后采用DNA連接酶拼接。方案2：為獲得預期功能的新型藥用蛋白→先構建新型藥用蛋白空間結構→測定氨基酸排列順序→推測DNA堿基排列順序→采用化學方法合成DNA。學生比較2種方案利弊最終確定方案，同時提出方案實施中可能遇到的困難：

困難1：如何才能構建蛋白質復雜的空間結構呢？教師介紹一些科學研究的前沿技術，如X衍射儀、核磁共振技術、蛋白質結構數據庫、Discovery studio軟件，以拓展學生認知。

困難2：如何讓改造的TACI基因表達大量獲取新型藥用蛋白？教師引導學生學會將已學知識進行遷移嘗試解決新問題。例如可以通過基因工程改造的工程菌、乳腺生物反應器、膀胱生物反應器大量生產藥用蛋白，最后提取蛋白質并檢測藥用蛋白是否具有預期功能。

4.4 模型演示，促進內化

案例中生產新型藥物的流程是蛋白質工程，教師在黑板上展示7張蛋白質工程流程卡片，組織學生小組討論、動手給卡片進行排序、學生互評，最后教師歸納蛋白質工程正確流程。卡片排序活動環節設置直觀形象地加深學生對蛋白質工程流程和原理認識，幫助學生從案例中提取一般規律，提高學生歸納能力。

教師組織學生辨別蛋白質工程和基因工程之間有的區別和聯系，引導學生完善知識結構，以加深理解，提升對蛋白質工程的認知高度。

4.5 成果匯總，價值認同

蛋白質工程除了在生物制藥領域取得一定成果，在其他領域也有不菲成績。教師利用表格匯總蛋白質工程取得的重大成果，讓學生認識到蛋白質工程應用的廣泛性和重要性，認同科技改變生活。教師進行變式訓練，如天然干擾素的DNA如何改造便可得到易于保存的干擾素？這樣以引導學生明白通過基因合成方法或采用基因修飾的“小改”或“大改”的方式可創設滿足人類需求的新蛋白，進一步完善對蛋白質工程認識。

4.6 形成概念，領悟內涵

教師追問學生通過本節課學習對蛋白質工程的認識和了解，引導學生嘗試給蛋白質工程下定義，促進學生對蛋白質工程內涵的領悟。

4.7 思維拓展，展望未來

教師：蛋白質幾乎關系到所有的生命活動，盡管目前面臨著了解蛋白質復雜空間結構的挑戰，但科學技術的進步將不斷推動蛋白質工程發展，人們應認識到蛋白質組時代的來臨。中國科學家開啟的“人類肝臟蛋白質組計劃”和美國科學家開啟的“人類血漿蛋白質組計劃”等重大科研事件，標志著人類蛋白質組計劃的帷幕已經拉開。你了解人類蛋白質組計劃的未來嗎？它與今天學習的蛋白質工程有什么關系呢？教師提供蛋白質組學的相關資料供學生課后閱讀，拓展學生視野，幫助學生了解生物學科前沿研究領域。

5 教學反思

本節教學內容主要采用例證法教學，對教材進行適當拓展，將科研課題改編為案例材料，通過問題情境驅動學生，在問題解決過程中掌握蛋白質工程的基本流程，結合案例分析形成蛋白質工程的概念，實現對學生處理材料提取信息和歸納能力的培養，拓寬學生視野，養成基本的科學素養，激發學生的科學探究的熱情。

參考文獻：

[1] 王冬梅.例析高中生物學概念的教學方法[J].生物學通報，2010，45（5）：31-34.

[2] 姜海瑞.“支架式教學”在高中生物學教學中的應用[J].生物學通報，2012，47（11）：32-34.

[3] 王瑞.新型B淋巴細胞阻斷劑（TACI）的蛋白質工程[D]. 上海：復旦大學，2011.endprint