基于深度學(xué)習(xí)理論的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能觀主線式教學(xué)案例

王璽 張健

摘要： 為實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生形成系統(tǒng)的生物學(xué)概念從而建立生命觀念，教師需要采取創(chuàng)新的手段來(lái)呈遞學(xué)科內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生自主地對(duì)知識(shí)進(jìn)行深度加工，體驗(yàn)有趣的探究學(xué)習(xí)過(guò)程，從知識(shí)規(guī)律中獲取正確的價(jià)值觀。本文以一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容為例，這節(jié)課以小明同學(xué)意外摔傷后的生活體驗(yàn)為故事背景，關(guān)聯(lián)學(xué)生已有的、未知的知識(shí)點(diǎn)，并利用層層設(shè)問的方式，推動(dòng)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程。

關(guān)鍵詞： 深度學(xué)習(xí) ?核心素養(yǎng) ?主線 ?情境教學(xué)

傳統(tǒng)的學(xué)科課堂常采取以教授知識(shí)為目標(biāo)的教學(xué)模式，教師只關(guān)注學(xué)生是否掌握了對(duì)蛋白質(zhì)基本單位的了解及對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的初步認(rèn)識(shí)。學(xué)生的學(xué)習(xí)是低水平的理解，很難將所學(xué)內(nèi)容遷移應(yīng)用到生活中去，產(chǎn)生學(xué)以致用的價(jià)值體驗(yàn)。因此，要培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，形成概念性理解，幫助學(xué)生完成有效學(xué)習(xí)的意義建構(gòu)是學(xué)科教學(xué)的重心任務(wù)之一。

所謂“深度教學(xué)”，是指教師借助一定的活動(dòng)情境帶領(lǐng)學(xué)生超越表層的知識(shí)符號(hào)學(xué)習(xí)，進(jìn)入知識(shí)內(nèi)在的邏輯形式和意義領(lǐng)域，挖掘知識(shí)內(nèi)涵的豐富價(jià)值，完整地實(shí)現(xiàn)知識(shí)教學(xué)對(duì)學(xué)生發(fā)展的價(jià)值。為實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生形成系統(tǒng)的生物學(xué)概念從而建立生命觀念，教師需要采取創(chuàng)新的手段來(lái)呈遞學(xué)科內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生自主地對(duì)知識(shí)進(jìn)行深度加工，體驗(yàn)有趣的探究學(xué)習(xí)過(guò)程，從知識(shí)規(guī)律中獲取正確的價(jià)值觀。

生活常識(shí)與小故事往往貼近學(xué)生的個(gè)人經(jīng)歷，能夠有效地吸引學(xué)生的注意力。將生活情境與問題情境融合，是啟發(fā)學(xué)生積極思考和主動(dòng)建構(gòu)的有效途徑。蛋白質(zhì)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際生活關(guān)系緊密，如嬰幼兒最主要的食物來(lái)源是牛奶中的蛋白質(zhì)，機(jī)體抵御病原體的抗體是蛋白質(zhì)，促進(jìn)消化的多酶片是蛋白質(zhì)，等等。教師在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的概念時(shí)，可引入生活實(shí)例，作為傳遞知識(shí)的良好素材。本文以一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容為例，這節(jié)課以小明同學(xué)意外摔傷后的生活體驗(yàn)為故事背景，關(guān)聯(lián)學(xué)生已有的、未知的知識(shí)點(diǎn)，并利用層層設(shè)問的方式，推動(dòng)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程。

一、教學(xué)目標(biāo)

1.通過(guò)小明的生活經(jīng)歷，了解蛋白質(zhì)功能的多樣性，實(shí)現(xiàn)自我體驗(yàn)與成長(zhǎng)。

2.通過(guò)四組圖片比較四種不同的氨基酸，總結(jié)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。認(rèn)識(shí)到氨基酸是蛋白質(zhì)的基本單位，提高生物學(xué)素養(yǎng)。

3.通過(guò)自主建構(gòu)，活動(dòng)模擬，理解氨基酸脫水縮合的過(guò)程，明白蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。

4.圍繞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能多樣性的事實(shí)展開討論，進(jìn)一步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀。

二、教學(xué)重難點(diǎn)

1.氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程。

2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性及其形成原因。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，趣味導(dǎo)入

生活中，學(xué)生可能都有過(guò)摔傷的經(jīng)歷。同學(xué)小明走路玩手機(jī)意外摔傷，被送往醫(yī)院做了縫合手術(shù)。（設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)科教育中滲透生活教育，以反面素材讓學(xué)生意識(shí)到走路分神玩手機(jī)的危害，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣）醫(yī)生說(shuō)用的是膠原蛋白縫合線，這種線可以被組織吸收，且不需要拆線。教師以小明主人翁的視角向大家提出問題：這種縫合線需要經(jīng)過(guò)怎樣的化學(xué)變化才能被組織吸收呢？由此引入新課，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。（設(shè)計(jì)意圖：將德育與學(xué)科教育相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生辯證地分析小明同學(xué)貪玩也好學(xué)的行為，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中適當(dāng)投入個(gè)人情感，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的有效吸收，更能促進(jìn)青少年的心理發(fā)展）

在小明住院的那幾天，他觀看了在東京奧運(yùn)會(huì)男子100米半決賽上蘇炳添創(chuàng)造亞洲紀(jì)錄的過(guò)程，小明和大家一樣感到熱血沸騰。熱愛思考、善于發(fā)現(xiàn) 問題的小明心想：蘇炳添的力量源自于他健碩的肌肉，而怎樣才能練就這樣的體質(zhì)呢？肌肉的化學(xué)成分是什么？什么物質(zhì)能夠?yàn)榧∪饧?xì)胞輸送氧 氣呢？

小明在住院期間發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院工作人員每天都會(huì)做好消毒工作。小明不解，空氣中有那么多細(xì)菌病毒，以前并未時(shí)時(shí)消毒也不會(huì)染病。人體是如何抵御外來(lái)病原體保持健康的呢？由此引出抗體的概念，并予以介紹。

小明手術(shù)后，親戚朋友都打電話慰問表示關(guān)心。七大姑八大姨都讓小明多喝魚湯、吃雞肉補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，提高免疫力。小明覺得很有道理，但又說(shuō)不出什么理由，他思考如若直接飲用抗體制劑，機(jī)體免疫力是不是會(huì)更強(qiáng)？向?qū)W生詢問原因，請(qǐng)學(xué)生討論分析。

小明隔壁病床的老爺爺需要定期打針，小明關(guān)心且好奇地問他為什么打針？注射的是什么藥物？教師以老爺爺視角引出胰島素，介紹糖尿病患者的治療方法，及胰島素相關(guān)知識(shí)。提問：胰島素能否口服使用？一定需要注射嗎？以此作為伏筆，為學(xué)生了解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)做好鋪墊。

終于小明出院了，媽媽做了一桌好菜，小明吃多了，結(jié)果消化不良很不舒服，媽媽買了多酶片給他服用，并囑咐他要整片吞下，不能嚼碎。小明好奇地問：為什么服用多酶片可以促進(jìn)消化呢？為什么服用多酶片必須整吞？引導(dǎo)學(xué)生交流討論作答。在此教師創(chuàng)設(shè)問題情境：同樣是蛋白質(zhì)的化學(xué)成分，為何胰島素必須注射，而多酶片可以口服？學(xué)生在認(rèn)知上會(huì)形成巨大的沖突，為了弄清原理，學(xué)生產(chǎn)生好奇心。為了解決這些問題，學(xué)生首先需要汲取基礎(chǔ)概念，并在概念理解的基礎(chǔ)上，利用意識(shí)思維進(jìn)行深度思考，才能將知識(shí)有序化、系統(tǒng)化。

教師請(qǐng)學(xué)生總結(jié)生活中提到的有關(guān)蛋白質(zhì)的功能，并記錄問題。

（二）圍繞課題，層層設(shè)問

小明有個(gè)剛出生沒多久的堂妹，對(duì)常規(guī)奶粉里的蛋白質(zhì)過(guò)敏。他記得媽媽曾說(shuō)過(guò)醫(yī)生建議家人給小堂妹喝氨基酸奶粉。他不解為什么吃不了蛋白質(zhì)食品，卻可以吃氨基酸奶粉？氨基酸和蛋白質(zhì)之間有什么關(guān)系？若要幫助小明同學(xué)解答以上問題，需要了解蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程。教師引導(dǎo)學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)：首先在課本中圈出四種氨基酸相同的部位和特殊的部位。

教師介紹氨基酸共有結(jié)構(gòu)區(qū)域（化學(xué)基團(tuán)）后，請(qǐng)學(xué)生嘗試將打亂的氨基酸分子的各個(gè)基團(tuán)重新拼接到一起。

教師詢問：組成生物體的氨基酸的R基有多少種？并創(chuàng)設(shè)情境：假如一個(gè)人坐飛機(jī)失事流落到孤島上，那里只有玉米可以吃，若這個(gè)人被困在島上幾個(gè)月只能吃玉米，往往會(huì)營(yíng)養(yǎng)不良。因?yàn)橛衩兹鄙儋嚢彼?，而成人的?xì)胞不能合成賴氨酸。賴氨酸屬于必需氨基酸，得依靠攝取食物才能獲得。進(jìn)一步提問：類似這樣的氨基酸有幾種？由此引出必需氨基酸和非必需氨基酸的概念。

教師展示課件（見圖1），請(qǐng)學(xué)生討論作答：以下分子是不是組成生物體的氨基酸？

教師提問：3為什么不是組成生物體的氨基酸？4的R基在哪里？這說(shuō)明了什么？5是不是組成生物體的氨基酸？學(xué)生思考作答，并嘗試總結(jié)作為組成生物體的氨基酸需要滿足的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：至少有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，連在同一個(gè)中心碳原子上。教師介紹：5是組成人體的第21種氨基酸，叫硒代半胱氨酸。Se原來(lái)的位置如果是一個(gè)硫原子，那么它就是半胱氨酸。教師進(jìn)一步提問：組成生物體的氨基酸一定含有哪些元素？可能含有什么元素？

請(qǐng)學(xué)生觀看教材中的插圖，并嘗試描述氨基酸之間如何進(jìn)行連接。為學(xué)生提供多種彩色的帽子（代表R基）、多只綠色手套（代表氨基）、相等數(shù)量的黃色手套（代表羧基）、藍(lán)色小夾子（代表氨基脫下的氫原子）和紅色小夾子（代表羧基脫下的氫和氧原子），引導(dǎo)學(xué)生參與活動(dòng)，模擬氨基酸脫水縮合的反應(yīng)過(guò)程。教師給予點(diǎn)評(píng)和升華，側(cè)重脫水縮合知識(shí)點(diǎn)教學(xué)。

家人曾經(jīng)嘗試給小明的堂妹口服過(guò)適度水解的奶粉，但仍有過(guò)敏情況出現(xiàn)。小明的堂妹只能喝完全水解的氨基酸配方奶粉。教師提示適度水解奶粉里的主要成分是多肽。多肽和氨基酸及蛋白質(zhì)有什么關(guān)系？多肽是不是蛋白質(zhì)？蛋白質(zhì)形成過(guò)程中經(jīng)歷了哪些結(jié)構(gòu)層次？學(xué)生作答：氨基酸脫水縮合形成的多肽，需要通過(guò)加工折疊后，才能形成有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。教師進(jìn)一步提問：一種蛋白質(zhì)分子中一定只有一條肽鏈嗎？若有幾條肽鏈，它們?nèi)绾谓M成一個(gè)蛋白質(zhì)分子？指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，觀看課件，引出氫鍵和二硫鍵。

教師繼續(xù)介紹：小明在生活中善于觀察，從細(xì)微事物中發(fā)現(xiàn)問題，他知道魚肉和雞肉都是蛋白質(zhì)，但他不明白為何兩種蛋白質(zhì)不同，它們的結(jié)構(gòu)因何 不同？

教師給出圖示模型，引導(dǎo)學(xué)生討論分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣的原因。

（三）貫通概念，學(xué)以致用

學(xué)生了解了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，教師提問：鐮狀紅細(xì)胞是怎么造成的？學(xué)生看書討論作答：血紅蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，嚴(yán)重影響了血細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。教師總結(jié)：如果蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其功能往往也會(huì)發(fā)生改變。教師在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提問：能不能從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度思考為什么服用多酶片必須整吞？胰島素能否口服，一定需要注射嗎？抗體能口服嗎？學(xué)生熱烈交流討論，一致認(rèn)為：若嚼碎口服，胃里的特殊酸堿環(huán)境可能會(huì)破壞多酶片成分，并且消化道內(nèi)有消化酶會(huì)破壞胰島素和抗體的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致藥效流失。教師補(bǔ)充介紹：蛋白酶、腸肽酶等會(huì)破壞蛋白質(zhì)中的肽鍵，故而可將蛋白質(zhì)水解為多肽和氨基酸。學(xué)生因此也明白了小明最初的疑惑：作為手術(shù)縫合線的膠原蛋白需要經(jīng)過(guò)酶的水解作用才能被組織細(xì)胞吸收。另外值得關(guān)注的是：多酶片的外層是淀粉酶、胃蛋白酶，內(nèi)層是腸溶衣片包裹的胰蛋白酶。該藥片不能嚼碎，原因是內(nèi)部的胰蛋白酶暴露在胃酸環(huán)境下會(huì)喪失活性?？贵w也不能口服，但新生兒可通過(guò)口服母乳獲得其中的抗體IgA，這種抗體可以防止病原體吸附在黏膜表面，從而抑制病菌的入侵。嬰兒腸道黏膜的分泌物內(nèi)含分泌片，可以封閉IgA抗體的蛋白酶敏感位點(diǎn)，使其在富含蛋白酶的黏液中存在更長(zhǎng)的時(shí)間，如此才能在消化道黏膜上較為穩(wěn)定地發(fā)揮防御作用。

深度學(xué)習(xí)可以促進(jìn)學(xué)生跨情境進(jìn)行知識(shí)遷移，利用一般規(guī)律解釋現(xiàn)象背后的本質(zhì)。教師可以利用以下幾個(gè)生活常識(shí)小問題，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性與認(rèn)知問題的深刻性。

（1）嫩肉粉含有木瓜蛋白酶，其為什么可以使肉質(zhì)變松軟？在什么時(shí)候可以使用？

（2）煮熟的雞蛋為什么更容易消化，煮熟的雞蛋還能返生孵化出小雞嗎？

（3）酒精為什么可以消毒，其有何作用？

學(xué)生若是形成了結(jié)構(gòu)與功能的生命觀，可以聯(lián)想到酶、酒精和高溫都會(huì)破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而使其失去活性。教師進(jìn)一步提問：酶對(duì)蛋白質(zhì)的作用實(shí)質(zhì)是催化其內(nèi)部的肽鍵斷裂，而酒精和加熱也是通過(guò)斷裂肽鍵從而破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的嗎？學(xué)生閱讀課本可知二者是改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致變性的。教師可繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生比較蛋白質(zhì)水解與變性的異同之處。

（四）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，深度加工

深度學(xué)習(xí)的核心是促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。引導(dǎo)學(xué)生分組嘗試?yán)L制思維導(dǎo)圖，外化思維框架，直觀呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)聯(lián)，能夠很好地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。在繪制過(guò)程中，學(xué)生需要確定各個(gè)概念之間的關(guān)系。教師還可以根據(jù)思維導(dǎo)圖了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況。

四、教學(xué)反思

本案例是以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)為目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計(jì)。全程將生活故事與問題情境相融合，既有情境任務(wù)，也有活動(dòng)任務(wù)，讓學(xué)生充分參與合作探究式的教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂中，教師不是將知識(shí)概念直接灌輸給學(xué)生，而是讓學(xué)生自主思考、主動(dòng)建構(gòu)，從而收獲升華。在此過(guò)程中，不僅發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維，更是滲透了立德樹人的根本任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王璽，張健.蛋白質(zhì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的深入思考[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教學(xué)研究），2021（35）：105.

[2]于善謙.免疫學(xué)導(dǎo)論（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

責(zé)任編輯：唐丹丹