指向?qū)W科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學設(shè)計

吳久宏 潘金元

摘要 以“血透析”為引入情境，充分利用生活原型豐富學生感知，遴選、整合科學史料培養(yǎng)學生科學思維，最大化調(diào)動學生的多感官參與，讓學生真正成為學習的主人，培養(yǎng)學生的社會責任和家國情懷。

關(guān)鍵詞 被動運輸 教學設(shè)計 科學思維 社會責任

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

1教材分析

本節(jié)是2019年版蘇教版《必修1·分子與細胞》（以下簡稱新教材）第二章第三節(jié)第二課時的內(nèi)容，闡明并比較了簡單擴散、依賴通道蛋白的協(xié)助擴散、依賴載體蛋白的協(xié)助擴散3種被動運輸方式。與舊教材相比，新教材強調(diào)了依賴通道蛋白的協(xié)助擴散，以及被動運輸不需要細胞供能。從內(nèi)容上看，這一節(jié)內(nèi)容既承接了前面所學“細胞中的元素化合物、質(zhì)膜的選擇性”內(nèi)容，又為后面細胞功能、代謝及選擇性必修“電位的產(chǎn)生”作出了輔墊，起到承上啟下的作用。

在《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中相對應(yīng)的內(nèi)容要求是（次位概念2.1.2）：舉例說明有些物質(zhì)順濃度梯度進出細胞，不需要額外提供能量。對應(yīng)于“大概念2細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”“重要概念2.1物質(zhì)通過被動運輸、主動運輸?shù)确绞竭M出細胞，以維持細胞的正常代謝活動”。

針對教材地位和課標要求，筆者對教材作了一定的處理：將教材上的結(jié)論通過情境還原、科學史料等方式，讓學生成為知識的探尋者，感悟知識的形成過程。

2學情分析

通過前面的學習，學生已經(jīng)知道細胞中存在多種化合物，并知道細胞質(zhì)膜將細胞與外界環(huán)境分開，從而對細胞質(zhì)膜如何運輸這些化合物產(chǎn)生了濃厚的興趣。但是，本部分教學內(nèi)容屬于微觀層次，涉及很多化學和物理學知識，學生缺乏生活體驗，會帶來學習上的困難。

3教學目標

1通過分析經(jīng)典滲透裝置和歐文頓的實驗結(jié)果，概括簡單擴散的過程及影響因素，發(fā)展科學思維。2基于科學史料的分析，建立依賴通道蛋白協(xié)助擴散的概念，樹立結(jié)構(gòu)與功能觀。

3通過比較通道蛋白和載體蛋白，概括依賴載體蛋白協(xié)助擴散的過程，培養(yǎng)科學探究、科學思維。

4通過人工透析、扎染等教學素材，培養(yǎng)社會責任和文化自信。

4教學重難點教學重點：簡單擴散、依賴通道蛋白的協(xié)助擴散、依賴載體蛋白的協(xié)助擴散3種被動運輸方式，都是順濃度梯度運輸，不需要額外提供能量。

教學難點：影響簡單擴散的因素;通道蛋白和載體蛋白的比較。

5教學過程

5.1利用真實情境，任務(wù)驅(qū)動學習

課堂伊始，教師播放一段來自國家官方網(wǎng)站的“透析技術(shù)拯救人類”的視頻。視頻中提及：“近幾十年來，隨著我國居民營養(yǎng)過剩、環(huán)境污染的加劇，慢性腎臟病發(fā)病率逐年上升，尿毒癥患者數(shù)量逐年增加。2020年透析患者達69萬人?！苯處熖岢鰡栴}：同學們有沒有聽說過視頻中介紹的透析技術(shù)？聽說過的同學，知不知道該項技術(shù)利用了什么原理？學生可能只能說出大致的內(nèi)容，但是不準確。此時，教師不需要去急著糾正學生的錯誤，而是要充分肯定、鼓勵學生。

教師繼續(xù)提出問題：在實踐中得以運用的透析技術(shù)運用了哪些生物學的基礎(chǔ)知識、原理？在學生小組討論、交流后，教師追問：透析技術(shù)的關(guān)鍵是人工合成的具有選擇透過性的膜材料。那么，物質(zhì)如何進出細胞呢？

5.2利用生活原型，引出科學概念

教師聯(lián)系中國傳統(tǒng)文化，突出文化自信，展示非物質(zhì)文化遺產(chǎn)“扎染”的圖片，引導學生思考：色素分子如何到達布料的內(nèi)部？教師鼓勵學生大膽推測，引出簡單擴散的概念：色素分子從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動，該現(xiàn)象在物理學上被稱為擴散。

5.3經(jīng)典圖例再用，突破教學難點

教師結(jié)合上一節(jié)學生所學的“滲透作用示意圖”（圖1），引導學生比較：水分子的移動與上述染料分子的移動，有什么異同？

學生思考、小組討論、交流。然后，教師進行點撥：兩者都是從分子個數(shù)多的向分子個數(shù)少的地方移動，直至最后分子個數(shù)相等。但是，水分子是溶劑，如果分子多，說明溶液低;色素分子多，它是溶質(zhì)，說明溶液濃度高。學生從而明確了教材中提到的結(jié)論：滲透和擴散是兩個不完全相同的物質(zhì)轉(zhuǎn)運過程。

教師引導學生歸納簡單擴散的概念：物質(zhì)以擴散的方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化學反應(yīng)所釋放的能量，動力是物質(zhì)的濃度差。這種運輸方式稱為簡單擴散，也叫自由擴散。并提出問題：物質(zhì)以自由擴散的方式進出細胞，是不是沒有限制因素呢？

教師呈現(xiàn)資料：19世紀末，歐文頓等科學家曾用500多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進行過上萬次的實驗，發(fā)現(xiàn)，脂溶性物質(zhì)優(yōu)先通過細胞膜（圖2）。

學生分組討論后，得出結(jié)論：脂溶性是限制因素之一，還有“相對分子質(zhì)量大小”“所帶電荷的種類和數(shù)量”等。學生通過比較、歸納，自主建立簡單擴散的概念模型，強化物理、化學、生物學科的交叉與融合。學生在探究中自主地發(fā)現(xiàn)問題，避免了知識的直接輸入和傳授，同時培養(yǎng)了信息歸納整理能力。

5.4基于科學史料，構(gòu)建科學概念

5.4.1資料分析，發(fā)現(xiàn)新問題

教師提供資料，提出問題：比較生物膜與人工膜（雙層磷脂）對水分子的通透性，結(jié)果如圖3所示。水分子在通過細胞膜時的速率與人工膜的速率有何不同？從膜的成分思考，造成上述差異的原因可能是什么？

學生根據(jù)細胞膜的成分、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，作出合理的推測：人工膜與生物膜的水分子的通過速率與膜上的蛋白質(zhì)有關(guān)。教師提醒學生實驗設(shè)計的注意事項：自變量是什么？因變量是什么？學生展示基本思路：一組人工膜上有蛋白質(zhì)，另一組人工膜上沒有蛋白質(zhì)，檢測水通過膜的速率。

5.4.2提供科學史料，引發(fā)學生探究

教師提供資料，引導學生思考：11991年，彼得·阿格雷制造了脂質(zhì)體（只有磷脂雙分子層），并讓一種含有水通道蛋白（即重組脂質(zhì)體），一種則不含這種蛋白。他將這兩種脂質(zhì)體分別做成泡狀物，然后放在水中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：重組脂質(zhì)體對水的轉(zhuǎn)運活性比普通脂質(zhì)體高出10倍。在細胞質(zhì)膜上真的有轉(zhuǎn)運水的蛋白質(zhì)嗎？

22000年，阿格雷與其他研究人員一起公布了世界上第一張水通道蛋白的高清晰度照片，并于2003年獲得諾貝爾獎。眾所周知，正常成年人腎臟每天產(chǎn)生180L原尿，最終生成尿液只有1.5L。其他的水到哪去了？這與腎小管細胞膜上的水通道蛋白有什么關(guān)系？

在學生思考、討論的過程中，教師點撥：正常成年人能快速通過腎小管和集合管重吸收絕大部分水回血液。這是通過兩種被動運輸?shù)姆绞酵瓿傻?，其中主要依賴于細胞上水通道蛋白的作用。這兩種方式運輸水的速度不同，是生物對不同生命活動需要的適應(yīng)。

然后，學生歸納、總結(jié)：水通過人工膜，從水分子多的一側(cè)向水分子少的一側(cè)運輸，這是自由擴散;而水借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式，是協(xié)助擴散。因此，水跨膜方式有自由擴散和協(xié)助擴散兩種。這兩種方式都是物質(zhì)以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化學反應(yīng)釋放的能量，均是被動運輸。

教師播放“科學史話：人類對通道蛋白的探索歷程”的視頻，拓展通道蛋白的門控原理，拓寬學生的視野。

在整個過程中，教師引導學生基于證據(jù)和邏輯分析、比較、探究，概括出簡單擴散的特點，還使學生了解水通道蛋白的作用。

5.4.3引導學生建構(gòu)“通道蛋白”和“載體蛋白”的概念

學生觀察鈉離子依賴通道蛋白進行協(xié)助擴散的示意圖和葡萄糖分子依賴載體蛋白進行協(xié)助擴散的示意圖，利用表格比較通道蛋白和載體蛋白的區(qū)別（表1）。

在此基礎(chǔ)上，教師總結(jié)：“通道蛋白”和“載體蛋白”都屬于轉(zhuǎn)運蛋白。像這種借助于膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式，叫做協(xié)助擴散。然后，展示自由擴散和協(xié)助擴散示意圖，引導學生學生歸納比較簡單擴散與協(xié)助擴散的異同點。學生得出簡單擴散與協(xié)助擴散的共同點：不需要細胞供能的被動運輸。

5.4.4回應(yīng)最初情境，激發(fā)社會責任

教師再次播放課堂“透析技術(shù)拯救人類”的視頻，強調(diào)透析技術(shù)的關(guān)鍵是利用膜的選擇透過性。此時，教師提醒學生：如果要想實現(xiàn)這個技術(shù)，僅依靠生物學的原理是不夠的，還有物理的、化學的一些原理、技術(shù)支撐。因此，同學們在平時的學習中要注重學科之間的融合，提升運用所學知識解決生產(chǎn)、生活中問題的能力。

5.4.5設(shè)置懸念，埋下伏筆

在課堂進行小結(jié)的基礎(chǔ)上，教師拋出這樣的問題啟發(fā)學生思考：海帶細胞內(nèi)的碘離子濃度遠高于海水中的碘離子濃度，但海帶細胞仍可以從海水中吸收碘離子。這是怎么回事？這與今天的學習內(nèi)容矛盾嗎？這樣的設(shè)問一方面激起學生探尋新知的欲望，更為下一節(jié)課學習“主動運輸”做了很好的過渡和認知鋪墊。

6教后反思

本節(jié)課以“情境主線、任務(wù)驅(qū)動、論證歸納”為教學設(shè)計的靈魂，倡導“讓學”的理念：讓學生立于課堂中央，真正成為學習的主人、思維的主人、素養(yǎng)發(fā)展的主人。教師為學生提供學習與發(fā)展的素材，不是把教材的結(jié)論告訴學生，而是為他們的“最近發(fā)展區(qū)”提供腳手架。

教師聯(lián)系社會和學生生活，創(chuàng)設(shè)情境，鼓勵學生運用所學知識嘗試解釋透析技術(shù)的原理，既有利于培養(yǎng)學生的科學思維，也促進學生運用所學知識解決人們生活中的問題，從而滲透培養(yǎng)社會責任核心素養(yǎng)。

課堂中緊扣生活的原型來突破抽象的概念，通過類比、歸納、比較等手段突出重點、達成目標。整個課堂以生為本，讓學生的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任在潛移默化中得到發(fā)展和升華。

參考文獻：

中華人民共和國教育部：普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[S]北京：人民教育出版社：，2020.

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