基于任務驅動的“蛋白質”一節的教學設計

許 暉

(浙江省溫州中學 325014)

1 教材分析

“蛋白質”是浙科版高中生物學教材《分子與細胞》第1章第3節內容，以蛋白質是細胞內重要的生物大分子這一重要概念為認知目標，包括細胞功能主要由蛋白質完成、氨基酸是蛋白質的基本單位、蛋白質功能取決于其三維結構等內容。正確理解氨基酸序列與蛋白質結構的關系，形成蛋白質結構與功能相統一的觀點，將為以后學習生物膜的流動鑲嵌模型、跨膜物質轉運、酶的催化機理、突觸的信號傳遞、人體免疫、基因表達和中性突變等內容打下堅實的基礎。學生通過初中階段學習已經知道氨基酸是蛋白質的消化終產物，但對于尚不具備有機化學基礎知識的高一學生來說，蛋白質結構和功能的知識非常抽象，難以理解。鑒于以上分析，確定本節的教學重點為：細胞功能主要由蛋白質完成、氨基酸形成蛋白質的過程；教學難點為：蛋白質功能取決于其三維結構。以事實材料和實踐活動促進學生進行概念學習的任務驅動教學法達成教學目標。

2 教學目標

2.1 知識目標 舉例說明細胞功能主要由蛋白質完成，概述許多氨基酸通過脫水縮合反應形成多肽的過程，概述氨基酸的親水性、親脂性對蛋白質結構的影響。

2.2 能力目標 在多肽模型的基礎上制作蛋白質結構模型，運用結構與功能相適應的觀點解釋蛋白質功能與其三維結構密切相關。

2.3 情感態度與價值觀目標 能夠針對生活實踐中某些蛋白質變性現象提出預防措施。

3 教學過程

將全班40個學生分為A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E210個小組。在小組活動時，字母相同的兩個小組的活動任務相同。

3.1 蛋白質的功能多樣性 蛋白質多種多樣的重要功能具體表現在哪些地方呢？讓學生閱讀教材和仔細觀察圖1內容，回答問題：①蛋白質分子與你熟悉的其他物質比較，有何不同？②蛋白質分子的特定形狀在其行使生物學功能時，有何作用？然后學生自由發言，并將蛋白質與水、氯化鈉、葡萄糖和淀粉等物質進行比較，從而認識到蛋白質是生物大分子，蛋白質功能與其特定形狀密切相關。

圖1 蛋白質具有多種多樣的重要功能

設計意圖：通過圖片形式提供豐富的事實材料來明確教學指向，即多種多樣的蛋白質功能與其特定形狀有關，為學生形成概念提供支撐。“回答問題”作為過程性練習起到學習支架的作用。

3.2 氨基酸的結構特點 氨基酸是蛋白質的基本單位，它的分子結構是什么樣的呢？讓學生閱讀資料：①羧酸是指含有羧基(―COOH)的有機物分子，―COOH在一定酸堿環境中可以電離出質子(―COO-+ H+)；乙酸就是一種羧酸。②氨基的寫法是―NH2。③氨基酸是指含有氨基的羧酸。試寫出下面幾種物質的分子結構式：甲烷：________乙酸：________ 氨基酸：________。

進一步讓學生閱讀教材和圖2，回答問題：①組成蛋白質的氨基酸共有多少種？②怎樣書寫它們的結構通式？

閱讀教材和圖3，回答問題：①組成蛋白質的是哪一類氨基酸？②有些氨基酸是親水的，有些氨基酸是親脂的，試給出合理解釋。教師請一位學生板演從甲烷到氨基酸的分子變化過程。之后在多媒體展示臺上呈現幾位學生書寫的不一樣的氨基酸結構通式，它們反映了相同的分子結構。最后學生討論氨基酸的親水性和親脂性。

圖2 幾種組成蛋白質的氨基酸分子的化學結構

圖3 幾種不同類型的氨基酸的結構通式

設計意圖：把“核心元素碳→甲烷→乙酸→氨基酸→二肽→多肽→蛋白質的結構→蛋白質的功能”作為推進教學進程的主線，符合認知規律，有利于形成結構化的知識。對不同氨基酸分子結構的分析討論，有助于掌握組成蛋白質的氨基酸的結構特點和理解氨基酸的親水性、親脂性。

3.3 二肽、多肽(肽鏈)的形成 為各個小組提供氨基酸總數相同，標記有氨基末端、羧基末端的肽鏈模型(由鉛絲串聯兩種顏色顆粒而形成)。紅色顆粒表示親水性氨基酸，黑色顆粒表示親脂性氨基酸。A組模型(6肽、106肽)，B組模型(5肽、6肽、101肽)，C組模型(112肽)，D組模型(112肽)，E組模型(112肽)。

讓學生閱讀教材，小組合作，完成活動任務：一張紙片上寫有丙氨酸，另一張紙片上寫有甘氨酸。紙片是可以折疊的，還有一個用于粘貼的固體膠棒。請模擬1個丙氨酸和1個甘氨酸形成二肽。

小組合作，回答問題：①你們模擬的二肽與其他小組的二肽一樣嗎？怎樣書寫肽鍵？②你們小組的所有肽鏈(可能只有一條肽鏈)在形成過程中共脫去幾個水分子？與其他小組的答案一樣嗎？為什么？③一條肽鏈有幾個氨基、羧基？④你們小組的肽鏈與其他小組的肽鏈具體有哪些不同呢？

圖4 甘氨酰丙氨酸(左)和丙氨酰甘氨酸(右)

最后各小組進行討論分享交流。各個小組完成模擬實驗以后，會發現存在兩種二肽分子(圖4)，問題①也迅速在小組內得到解決。在關于脫去幾個水分子和肽鏈有何不同的討論中，小組間必須充分交換各自所需信息，才能通過歸納概括得出結論。

設計意圖：通過創設真實的問題情境，引導學生開展小組內合作和小組間合作。模擬活動以及后續討論的教學設計指向成就標準，學生在由內而外的知識輸出過程中深化對知識的理解。

3.4 蛋白質的結構多樣性 蛋白質為什么會有多種多樣的三維結構？肽鏈是怎樣構成蛋白質的？

3.4.1 閱讀教材，小組合作，完成活動任務 A組、B組、C組：嘗試把你們最長的肽鏈盤曲折疊成親水的蛋白質；D組：嘗試把你們的肽鏈盤曲折疊成一半親水、一半親脂的蛋白質；E組：嘗試把你們的肽鏈盤曲折疊成兩頭親水、中間親脂的蛋白質。

3.4.2 小組合作，回答問題 問題設置：①A組是否完成了活動任務？(如果A組對任務表示疑義，請說明理由；如果A組表示完成任務，請對建構的親水蛋白質模型進行說明。實際上，A組肽鏈模型中的親水性、親脂性氨基酸隨機排列，不能形成親水蛋白質。)②比較各組的蛋白質模型，大組間不同，大組內相似，你可以得出什么結論？③如果強酸、強堿或高溫破壞了蛋白質分子內氨基酸之間相互作用力，對蛋白質的三維結構有何影響？④怎樣防止疫苗、血液等生物制品發生蛋白質變性？

3.4.3 分享交流 首先是A組派出代表手拿肽鏈模型介紹活動任務的完成情況，“親水性、親脂性氨基酸隨機排列”有可能引發哄堂大笑。學生們針對各組蛋白質模型為何不同的討論，聚焦氨基酸分子間相互作用，自然也就解釋了蛋白質變性的現象。

設計意圖：模擬活動的結果具有不確定性，同時它又作為課堂生成的事實材料，幫助學生認識蛋白質結構與其氨基酸序列有關，甚至領悟氨基酸序列中不同氨基酸在蛋白質結構形成中所起的作用大小是不一樣的。

4 教學反思

這節課以環環相扣的活動任務來驅動學習進程，凸顯自主合作探究的學習方式，在每個教學環節都精心設計問題情境作為活動載體和學習支架。豐富的事實材料既有教師提供的，也有課堂生成的二肽、蛋白質模型，為學生發現知識提供了強有力的支撐。模擬活動不僅是學習內化的過程，還是知識輸出的過程，有助于深入理解和遷移運用。建構蛋白質結構模型活動結果的不確定性，又讓學生經歷了不一樣的學習體驗。這樣的教學設計也能較好地推動生物學核心素養的培養。