“物質跨膜運輸的方式”探究性教學案例

科學探究作為發現科學事實、揭示科學規律的過程和方法，在科學教育中有重要意義。教學不僅要使學生獲取一定的知識，還要使學生習得獲取知識的方法，提高解決問題的能力。在教學中，教師應該讓學生親歷思考和探究的過程，領悟科學探究的方法。在高中生物學的學習內容中，有許多素材對培養學生的探究意識和創新精神以及接受科學方法的訓練有著重要作用。筆者對“物質跨膜運輸的方式”探究性教學設計如下。

1 教學背景分析

1.1學習內容分析

“物質跨膜運輸的方式”是人教版《必修1：分子與細胞》第四章第三節的學習單元，教學內容包括兩部分：“被動運輸”和“主動運輸”。該內容是在學生學習了細胞膜的流動鑲嵌模型的基礎上研究物質進出細胞膜的方式，體現了生物學中結構與功能相適應的觀點。教材首先由“問題探討”引入，使學生認識到不同物質進出細胞膜的方式是不同的。然后講述了物質進出細胞有被動運輸和主動運輸兩種方式，其中的被動運輸又包括自由擴散和協助擴散。主動運輸是三種跨膜運輸方式中最重要的，所以也是本節的教學難點，教材中利用大量的事例幫助學生進行理解。

1.2學習目標

1.2.1知識目標

(1)說明物質進出細胞的方式和具體實例。

(2)比較三種方式的異同點。

1.2.2能力目標

(1)培養觀察能力、自主探究及合作學習的能力。

(2)通過探究物質跨膜運輸的方式，體驗生物知識的獲得過程，掌握分析、推理等方法。

1.2.3情感、態度與價值觀目標

通過探究物質跨膜運輸的方式，樹立結構與功能相適應的觀點，培養善于分析和推理的探究精神以及嚴謹的科學態度。

1.3學情分析

在初中階段，學生已經學習了有關擴散的知識，所以比較容易理解自由擴散的概念，對于葡萄糖、鈉離子、鉀離子不能通過人工合成的脂雙層，但能被細胞吸收，這在前面兩節已有所涉及，為本節講述協助擴散和主動運輸打下了伏筆，本節內容雖然抽象，但可以與生活實際相聯系，例如：做菜餡時加入一些鹽，蔬菜中的水會大量浸出；對農作物施肥過多，會造成“燒苗”等，這些生活經驗對學生學習本節內容也有幫助。

1.4教學重點和難點

教學重點：物質進出細胞的方式；教學難點：主動運輸。

2 課堂教學設計

2.1制定教學策略

實驗、觀察、探究與討論相結合，基本思路如圖1所示。

整堂課要以學生活動為中心，以學生構建知識、培養探究能力為主線展開。

2.2選擇教學媒體

借助多媒體動畫演示，把有關滲透作用、跨膜運輸的幾種方式直觀地展示給學生，使學生由感性認識上升到理性認識。

2.3教學過程設計

2.3.1展示問題、導入新課

為創設一個最佳的心理和認知環境，激發學生求知欲，首先呈現圖2。

師：從圖2中可以看出：什么樣的分子能夠通過脂雙層?什么樣的分子不能通過?

生：O₂、CO₂、N₂、苯等小分子(苯還是脂溶性的)很容易通過合成的脂雙層；水、甘油、乙醇等較小的分子也可以通過；氨基酸、葡萄糖等較大的有機分子和帶電荷的離子則不能通過合成的脂雙層。

教師演示實驗：往盛有清水的燒杯中滴一滴藍墨水，清水很快變為藍色。

分析：上述現象是擴散，而O₂、CO₂、N₂、苯等小分子進出細胞類似于擴散，這些物質進出順濃度梯度，不需要載體，不消耗能量，即通過自由擴散的方式進出細胞。

2.3.2確定方法、探究新知

師：觀察圖2，思考：葡萄糖、氨基酸、核苷酸和離子等物質不能通過無蛋白質的脂雙層，但是，細胞卻能吸收這些物質，對此該如何解釋?

師：請同學們自主學習課本協助擴散和主動運輸的相關知識。

在學生自主學習的基礎上，教師組織學生模擬探究活動：葡萄糖進入細胞是協助擴散，還是主動運輸。

實驗儀器及材料：濃度為2mol／L的葡萄糖溶液，清水，ATP制劑，班氏試劑，運輸葡萄糖的載體蛋白，含有脂雙層的容器(圖3)。

學生前后四人為一個小組，進行模擬探究實驗。

師：選取其中的一組實驗設計，展臺投影并講解、點撥。

設計實驗，步驟如下：

第一步：取四個相同的含有脂雙層的容器，編號甲、乙、丙、丁(圖4)；

第二步：在乙裝置的脂雙層上放置運輸葡萄糖的載體蛋白；在丙裝置中放置ATP制劑，在丁裝置的脂雙層上放置運輸葡萄糖的載體蛋白及ATP制劑；

第三步：在甲裝置的A1側、乙裝置的A2側、丙裝置的A3側、丁裝置的A4側均放置等量的濃度為2mol／L的葡萄糖溶液；在對應的B1、B2、B3、B4側放置等量的清水溶液；

第四步：一段時間后，在甲裝置B1側、乙裝置B2側、丙裝置的B3側、丁裝置的B4側各取2mL溶液并分別放置在1、2、3、4號試管中，

第五步：在1～4號試管中各加入等量的班氏試劑，觀察溶液是否出現磚紅色沉淀。

實驗預期及結論：

(1)如果1號、3號試管中不出現磚紅色沉淀，2號、4號試管中出現磚紅色沉淀，那么葡萄糖分子進入細胞是協助擴散。

(2)如果1號、2號、3號試管中不出現磚紅色沉淀，4號試管中出現磚紅色沉淀，那么葡萄糖分子進入細胞是主動運輸。

教師播放協助擴散與主動運輸的Flash動畫，并明確協助擴散和主動運輸的概念及實例。

2.3.3歸納小結，練習反饋

教師歸納小結，安排同桌學生進行交流，說出這一節課學習的知識、本節課的重點以及難點。然后教師再歸納總結，這樣可以讓學生相互取長補短，并利于學生間相互交流以及語言表達能力的培養(表1)。

師：上述三種跨膜運輸方式中，哪一種對細胞最重要?

生：主動運輸，主動運輸保證了活細胞能夠按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質。

根據本節課的重點內容，利用多媒體輔助教學的優勢，設計課堂練習，及時反饋，提高學生對所學知識的理解能力和遷移能力。

3 教學效果的評價與教學反思

3.1學生活動完成情況

絕大部分學生能完成主要的探究性學習，掌握探究方法，學會分析、推理得出結論，但也有一部分學生對完成探究活動感到困難，極少數學生無法完成。還有極個別學生不能參與小組合作探究活動中。

3.2遵循探究式教學的原則

高中探究性學習活動的設計要兼顧探究性學習的特點和高中學生的特點，為此要遵循以下活動設計原則：實踐性原則、問題起點原則、相對自主性原則、過程性原則等，其中特別要注意問題起點原則和相對自主性原則，即要提出值得探究的真正問題，同時不能忽視教師的主導作用，應該切實做到課前啟發、課中探究、課后深化，而不是簡單提供自主探究，獨立發現的機會。

3.3實施探究性教學的策略

根據現有的材料，可采用以下策略：一是將某些驗證性實驗改為探究性實驗；二是平時的教學中，教師靈活運用教科書這一載體，在完成課程標準任務的前提下挖掘教材中適合探究的片段；三是探究不是唯一的教學方法，需輔以其他教學策略；四是宜從部分探究過渡到完全探究，特別要注意交流和評價要素，要鼓勵學生在對話和合作中學習。