基于前沿科學(xué)，設(shè)計“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健?/h1>
2018-01-19 08:41:50攔生發(fā)馬小明
中學(xué)生物學(xué) 2018年3期
攔生發(fā) 馬小明
1教材分析及設(shè)計思路
人教版高中生物《必修1·分子與細胞》第四章第二節(jié)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健眱?nèi)容包括被動運輸（分為自由擴散和協(xié)助擴散）和主動運輸兩部分，此外還介紹了胞吞和胞吐。配套的教師用書中，建議教學(xué)思路為：展示現(xiàn)象一提出問題一解釋原理一總結(jié)概念，采用講授和討論相結(jié)合的方法去完成既定的教學(xué)目標。
認真鉆研本節(jié)課的內(nèi)涵和外延，發(fā)現(xiàn)與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的諾貝爾獎項有很多。教師可以這些細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎以及結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)展史中的熱點問題（如葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白等）為題材，來設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)。這恰恰切合教育部頒布的《2017年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱·生物》中“關(guān)注對科學(xué)、技術(shù)和社會發(fā)展有重大影響的，與生命科學(xué)相關(guān)的突出成就和熱點問題”的考核目標與要求。鑒于此，筆者將相關(guān)諾貝爾獎及其他科學(xué)前沿與常規(guī)教學(xué)的基本思路相整合設(shè)計“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健边@節(jié)課，設(shè)計思路為：課前預(yù)習(xí)（整理相關(guān)諾貝爾獎；觀看顏寧演講）→預(yù)習(xí)成果展示→動畫演示（形成對三種物質(zhì)跨膜運輸?shù)母行哉J識）→多彩活動，突破重點（旋轉(zhuǎn)門演示；圖表分析）→模型建構(gòu)，深化理解。
2教學(xué)目標
（1）說明物質(zhì)進出細胞的方式；進行圖表數(shù)據(jù)的解讀。
（2）培養(yǎng)提出問題的能力；培養(yǎng)解讀圖表數(shù)據(jù)及建立數(shù)學(xué)模型的能力；聯(lián)系生活實際，運用相關(guān)知識解釋生產(chǎn)、生活現(xiàn)象。
（3）通過課前查閱與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎的科學(xué)事件及觀看中國結(jié)構(gòu)生物學(xué)家顏寧在中央一臺《開講啦》欄目上的精彩演講，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度；樹立結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的觀點。
3教學(xué)重點和難點
本節(jié)課的教學(xué)重點是物質(zhì)跨膜運輸?shù)膸追N方式的異同比較；教學(xué)難點是主動運輸及其意義。
4教學(xué)過程
4.1課前預(yù)習(xí)：搜集整理與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的諾貝
（1）教師要求學(xué)生在上課查閱資料，搜集整理與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎科學(xué)發(fā)展史，并完成表1。
設(shè)計意圖：學(xué)生自己檢索，培養(yǎng)信息檢索查詢能力，同時在檢索與整理過程中發(fā)現(xiàn)有這么多諾貝爾獎項與高中生物相關(guān)聯(lián)，提升生物學(xué)在學(xué)生心目中的地位。
（2）學(xué)生觀看中國結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、著名女科學(xué)家顏寧在《開講啦》第192期中的精彩演講。
設(shè)計意圖：讓學(xué)生了解科學(xué)前沿，認識到高中生物知識并非離前沿科學(xué)非常遙遠；同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的激情和欲望。
4.2預(yù)習(xí)成果展示，激情步入新課
教師請幾位學(xué)生列舉他們所搜索到的與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎；談?wù)動^看顏寧演講之后的感想。
教師對于學(xué)生的成果給予積極評價，順勢提出問題：“有關(guān)細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能的研究取得如此多的成果，那么細胞膜在控制物質(zhì)進出方面有哪些不同的方式以及與其相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)呢？”
教師展示脂雙層對不同物質(zhì)的通透性的圖片（圖1），并提出問題.哪些分子能通過脂雙層，哪些不能通過？教師引導(dǎo)學(xué)生從細胞膜在結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的觀點，分析物質(zhì)的跨膜運輸。
設(shè)計意圖：首先利用預(yù)習(xí)成果展示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的欲望；同時使學(xué)生認識到細胞膜能夠控制物質(zhì)進出肯定有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)，從而引入載體蛋白概念，同時樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點。
4.3動畫演示，形成對三種跨膜轉(zhuǎn)運的感性認識
教師演示物質(zhì)跨膜運輸?shù)娜N方式（自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸）的動畫，要求學(xué)生結(jié)合動畫，以小組為單位討論三種運輸方式的異同點，并完成表2。表2物質(zhì)跨膜運輸方式的比較
設(shè)計意圖：教師以動畫形式展示三種跨膜運輸方式，使學(xué)生形成對不同運輸方式的感性認識。然后，學(xué)生小組討論，深化認識，總結(jié)出不同運輸方式之間的異同。
4.4多彩活動，突破重難點
4.4.1旋轉(zhuǎn)門——載體蛋白的最佳比喻
顏寧說：“把葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白看作是旋轉(zhuǎn)門是最佳的比喻。”故教師可以旋轉(zhuǎn)門模擬葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白突破學(xué)生對載體蛋白及其作用方式的感性認識。具體設(shè)計是：讓兩位學(xué)生（甲和乙）上講臺，雙臂平展開，相互垂直成四個直角，順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成“旋轉(zhuǎn)門”，以模擬葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白；學(xué)生丙代表葡萄糖分子；學(xué)生丁代表木糖分子。活動課時，讓學(xué)生丙走近“旋轉(zhuǎn)門”并緊貼其中一個學(xué)生的手臂隨之轉(zhuǎn)到黑板一側(cè)，然后脫離手臂，站到黑板前；丁學(xué)生走近“旋轉(zhuǎn)門”后，沒有被“轉(zhuǎn)運”到黑板前，而是徑直回到自己的座位。針對這個活動，教師可以提出問題：為什么丙學(xué)生可以被“轉(zhuǎn)運”，而丁學(xué)生沒有被“轉(zhuǎn)運”？這體現(xiàn)了載體蛋白的什么特性？
設(shè)計意圖：利用課前預(yù)習(xí)的素材，設(shè)計學(xué)生活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。以旋轉(zhuǎn)門模擬載體蛋白對物質(zhì)的轉(zhuǎn)運，使得抽象的結(jié)構(gòu)和過程形象化具體化，加深學(xué)生認識。
4.4.2圖表并用，突破主動運輸及其意義
教師要求學(xué)生結(jié)合圖2和表3，討論以下問題：（1）圖2中哪種離子通過主動運輸進入細胞？（2）圖2中哪種離子通過主動運輸排出細胞？（3）結(jié)合圖2和表3，你是如何作出以上判斷的？主動運輸對于細胞生命活動而言，又有哪些重要意義？
設(shè)計意圖：教師通過圖表數(shù)據(jù)，指明不同離子在細胞內(nèi)外濃度不同且濃度差很大，以此引導(dǎo)學(xué)生分析造成這種濃度差的原因，以及引導(dǎo)學(xué)生思考主動運輸對于生物體的意義。這樣不僅培養(yǎng)學(xué)生處理圖表信息能力，還有助于提升學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)。
4.5大分子物質(zhì)進出細胞——胞吞與胞吐
教師提出問題：主動運輸能夠轉(zhuǎn)運小分子物質(zhì)或離子，但是面對大分子如蛋白質(zhì)，載體蛋白無能為力，那么細胞又是怎樣將大分子物質(zhì)運進或運出細胞的呢？
教師展示分泌蛋白合成及分泌的過程圖，指出大分子物質(zhì)進出細胞通過胞吞和胞吐的方式進行。而后，簡單介紹2013年諾貝爾獎獲得者美國科學(xué)家詹姆斯·羅斯曼、蘭迪·舒克曼和德國科學(xué)家托馬斯·C·蘇德霍夫的關(guān)于“囊泡運輸機制”的研究，深化學(xué)生對胞吞胞吐的認識和理解。
設(shè)計意圖：以設(shè)問引發(fā)認知沖突，激發(fā)學(xué)生求知欲；以圖片形象展示胞吞胞吐過程；以科學(xué)前沿知識深化學(xué)生認識。
4.6模型建構(gòu).深化認識
教師要求學(xué)生在給定的坐標上構(gòu)建物質(zhì)跨膜運輸方式的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)模型加深對課堂知識的理解及應(yīng)用（教師在坐標上標注自變量、因變量及相關(guān)限制條件）。
設(shè)計意圖：教師以構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式，加深學(xué)生對三種物質(zhì)跨膜運輸?shù)恼J識，使學(xué)生理解不同因素對三種運輸方式速率的影響，同時對于培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建能力、深度思考能力也有極大幫助。
5課后反思
教師將諾貝爾獎項及其他前沿科學(xué)發(fā)現(xiàn)融合到課堂教學(xué)，使課本知識既有內(nèi)涵又有外延，課堂教學(xué)既飽滿又不乏激情。這樣既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，尤其是顏寧在《開講啦》欄目中的精彩演講，對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)起到了推波助瀾的作用。教師在課堂上“穿針引線”，成為學(xué)生活動的組織者、引導(dǎo)者，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新與探索，培養(yǎng)學(xué)生交流與合作和終身學(xué)習(xí)的理念，使每個學(xué)生都得到充分的發(fā)展。
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攔生發(fā) 馬小明
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認真鉆研本節(jié)課的內(nèi)涵和外延，發(fā)現(xiàn)與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的諾貝爾獎項有很多。教師可以這些細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎以及結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)展史中的熱點問題（如葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白等）為題材，來設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)。這恰恰切合教育部頒布的《2017年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱·生物》中“關(guān)注對科學(xué)、技術(shù)和社會發(fā)展有重大影響的，與生命科學(xué)相關(guān)的突出成就和熱點問題”的考核目標與要求。鑒于此，筆者將相關(guān)諾貝爾獎及其他科學(xué)前沿與常規(guī)教學(xué)的基本思路相整合設(shè)計“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健边@節(jié)課，設(shè)計思路為：課前預(yù)習(xí)（整理相關(guān)諾貝爾獎；觀看顏寧演講）→預(yù)習(xí)成果展示→動畫演示（形成對三種物質(zhì)跨膜運輸?shù)母行哉J識）→多彩活動，突破重點（旋轉(zhuǎn)門演示；圖表分析）→模型建構(gòu)，深化理解。
2教學(xué)目標
（1）說明物質(zhì)進出細胞的方式；進行圖表數(shù)據(jù)的解讀。
（2）培養(yǎng)提出問題的能力；培養(yǎng)解讀圖表數(shù)據(jù)及建立數(shù)學(xué)模型的能力；聯(lián)系生活實際，運用相關(guān)知識解釋生產(chǎn)、生活現(xiàn)象。
（3）通過課前查閱與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎的科學(xué)事件及觀看中國結(jié)構(gòu)生物學(xué)家顏寧在中央一臺《開講啦》欄目上的精彩演講，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度；樹立結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的觀點。
3教學(xué)重點和難點
本節(jié)課的教學(xué)重點是物質(zhì)跨膜運輸?shù)膸追N方式的異同比較；教學(xué)難點是主動運輸及其意義。
4教學(xué)過程
4.1課前預(yù)習(xí)：搜集整理與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的諾貝
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設(shè)計意圖：學(xué)生自己檢索，培養(yǎng)信息檢索查詢能力，同時在檢索與整理過程中發(fā)現(xiàn)有這么多諾貝爾獎項與高中生物相關(guān)聯(lián)，提升生物學(xué)在學(xué)生心目中的地位。
（2）學(xué)生觀看中國結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、著名女科學(xué)家顏寧在《開講啦》第192期中的精彩演講。
設(shè)計意圖：讓學(xué)生了解科學(xué)前沿，認識到高中生物知識并非離前沿科學(xué)非常遙遠；同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的激情和欲望。
4.2預(yù)習(xí)成果展示，激情步入新課
教師請幾位學(xué)生列舉他們所搜索到的與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的諾貝爾獎；談?wù)動^看顏寧演講之后的感想。
教師對于學(xué)生的成果給予積極評價，順勢提出問題：“有關(guān)細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能的研究取得如此多的成果，那么細胞膜在控制物質(zhì)進出方面有哪些不同的方式以及與其相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)呢？”
教師展示脂雙層對不同物質(zhì)的通透性的圖片（圖1），并提出問題.哪些分子能通過脂雙層，哪些不能通過？教師引導(dǎo)學(xué)生從細胞膜在結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的觀點，分析物質(zhì)的跨膜運輸。
設(shè)計意圖：首先利用預(yù)習(xí)成果展示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的欲望；同時使學(xué)生認識到細胞膜能夠控制物質(zhì)進出肯定有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)，從而引入載體蛋白概念，同時樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點。
4.3動畫演示，形成對三種跨膜轉(zhuǎn)運的感性認識
教師演示物質(zhì)跨膜運輸?shù)娜N方式（自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸）的動畫，要求學(xué)生結(jié)合動畫，以小組為單位討論三種運輸方式的異同點，并完成表2。表2物質(zhì)跨膜運輸方式的比較
設(shè)計意圖：教師以動畫形式展示三種跨膜運輸方式，使學(xué)生形成對不同運輸方式的感性認識。然后，學(xué)生小組討論，深化認識，總結(jié)出不同運輸方式之間的異同。
4.4多彩活動，突破重難點
4.4.1旋轉(zhuǎn)門——載體蛋白的最佳比喻
顏寧說：“把葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白看作是旋轉(zhuǎn)門是最佳的比喻。”故教師可以旋轉(zhuǎn)門模擬葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白突破學(xué)生對載體蛋白及其作用方式的感性認識。具體設(shè)計是：讓兩位學(xué)生（甲和乙）上講臺，雙臂平展開，相互垂直成四個直角，順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成“旋轉(zhuǎn)門”，以模擬葡萄糖膜轉(zhuǎn)運蛋白；學(xué)生丙代表葡萄糖分子；學(xué)生丁代表木糖分子。活動課時，讓學(xué)生丙走近“旋轉(zhuǎn)門”并緊貼其中一個學(xué)生的手臂隨之轉(zhuǎn)到黑板一側(cè)，然后脫離手臂，站到黑板前；丁學(xué)生走近“旋轉(zhuǎn)門”后，沒有被“轉(zhuǎn)運”到黑板前，而是徑直回到自己的座位。針對這個活動，教師可以提出問題：為什么丙學(xué)生可以被“轉(zhuǎn)運”，而丁學(xué)生沒有被“轉(zhuǎn)運”？這體現(xiàn)了載體蛋白的什么特性？
設(shè)計意圖：利用課前預(yù)習(xí)的素材，設(shè)計學(xué)生活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。以旋轉(zhuǎn)門模擬載體蛋白對物質(zhì)的轉(zhuǎn)運，使得抽象的結(jié)構(gòu)和過程形象化具體化，加深學(xué)生認識。
4.4.2圖表并用，突破主動運輸及其意義
教師要求學(xué)生結(jié)合圖2和表3，討論以下問題：（1）圖2中哪種離子通過主動運輸進入細胞？（2）圖2中哪種離子通過主動運輸排出細胞？（3）結(jié)合圖2和表3，你是如何作出以上判斷的？主動運輸對于細胞生命活動而言，又有哪些重要意義？
設(shè)計意圖：教師通過圖表數(shù)據(jù)，指明不同離子在細胞內(nèi)外濃度不同且濃度差很大，以此引導(dǎo)學(xué)生分析造成這種濃度差的原因，以及引導(dǎo)學(xué)生思考主動運輸對于生物體的意義。這樣不僅培養(yǎng)學(xué)生處理圖表信息能力，還有助于提升學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)。
4.5大分子物質(zhì)進出細胞——胞吞與胞吐
教師提出問題：主動運輸能夠轉(zhuǎn)運小分子物質(zhì)或離子，但是面對大分子如蛋白質(zhì)，載體蛋白無能為力，那么細胞又是怎樣將大分子物質(zhì)運進或運出細胞的呢？
教師展示分泌蛋白合成及分泌的過程圖，指出大分子物質(zhì)進出細胞通過胞吞和胞吐的方式進行。而后，簡單介紹2013年諾貝爾獎獲得者美國科學(xué)家詹姆斯·羅斯曼、蘭迪·舒克曼和德國科學(xué)家托馬斯·C·蘇德霍夫的關(guān)于“囊泡運輸機制”的研究，深化學(xué)生對胞吞胞吐的認識和理解。
設(shè)計意圖：以設(shè)問引發(fā)認知沖突，激發(fā)學(xué)生求知欲；以圖片形象展示胞吞胞吐過程；以科學(xué)前沿知識深化學(xué)生認識。
4.6模型建構(gòu).深化認識
教師要求學(xué)生在給定的坐標上構(gòu)建物質(zhì)跨膜運輸方式的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)模型加深對課堂知識的理解及應(yīng)用（教師在坐標上標注自變量、因變量及相關(guān)限制條件）。
設(shè)計意圖：教師以構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式，加深學(xué)生對三種物質(zhì)跨膜運輸?shù)恼J識，使學(xué)生理解不同因素對三種運輸方式速率的影響，同時對于培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建能力、深度思考能力也有極大幫助。
5課后反思
教師將諾貝爾獎項及其他前沿科學(xué)發(fā)現(xiàn)融合到課堂教學(xué)，使課本知識既有內(nèi)涵又有外延，課堂教學(xué)既飽滿又不乏激情。這樣既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，尤其是顏寧在《開講啦》欄目中的精彩演講，對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)起到了推波助瀾的作用。教師在課堂上“穿針引線”，成為學(xué)生活動的組織者、引導(dǎo)者，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新與探索，培養(yǎng)學(xué)生交流與合作和終身學(xué)習(xí)的理念，使每個學(xué)生都得到充分的發(fā)展。
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