基于學科核心素養(yǎng)的教學設計
——以“主動運輸與胞吞、胞吐”為例

（山東省北鎮(zhèn)中學 山東濱州 256600）

1 教材分析

本節(jié)選自人教社2019年版高中生物學《必修1·分子與細胞》第四章第二節(jié)，前面章節(jié)已經(jīng)介紹了蛋白質的功能、細胞膜的結構和功能、分泌蛋白的合成和分泌過程以及被動運輸，是本節(jié)內(nèi)容的基礎。本節(jié)緊跟在被動運輸內(nèi)容之后，運輸?shù)奈镔|由小分子到大分子，教材編排由易到難，符合學生的認知規(guī)律。主動運輸與胞吞、胞吐都需要消耗能量，都需要蛋白質參與才能完成物質轉運，學習本節(jié)內(nèi)容能夠幫助學生領悟物質與能量觀，這又為學習第五章“能量供應和利用”打下基礎。

2 學情分析

學生通過對蛋白質、細胞膜、細胞器等內(nèi)容的學習，初步了解了結構與功能相適應的觀點；通過對本章第一節(jié)的學習，已理解被動運輸?shù)膶嵸|，能區(qū)分自由擴散和協(xié)助擴散，為進一步學習主動運輸打下了基礎；通過分泌蛋白的合成和分泌過程的學習，為理解胞吞、胞吐的過程和意義做了鋪墊。學生知道實驗設計的一般思路和基本原則，具備設計實驗的基本能力，有一定的資料分析和曲線分析能力，但是，還有待提高。

3 教學目標

①通過對主動運輸與胞吞、胞吐的學習，理解物質跨膜運輸與細胞膜結構、細胞內(nèi)能量的關系，認同細胞膜的選擇透過性基于細胞膜的結構，認同物質跨膜運輸與能量相關，深入理解結構與功能觀、物質與能量觀。

②通過資料分析，培養(yǎng)獲取信息和邏輯推理能力；通過閱讀教材胞吞、胞吐內(nèi)容，提升歸納與概括的能力。

③根據(jù)物質跨膜運輸方式的特點，通過設計實驗探究小腸上皮細胞吸收葡萄糖是否需要蛋白質和能量，提高運用科學探究認識自然世界的能力。

④關注科學前沿問題，了解我國科學家的突出貢獻，增強文化自信，增加與社會的聯(lián)系，滲透人類研究跨膜運輸方式的社會意義，增強社會責任感。

4 教學重難點

教學重點：主動運輸?shù)母拍睿话獭碌奶攸c。

教學難點：主動運輸?shù)母拍睿幌嚓P資料和曲線的分析。

5 教學過程

5.1 引入科學前沿，激發(fā)學習興趣

中國結構生物學家顏寧與其研究小組在世界上首次解析人源葡萄糖轉運蛋白晶體結構。教師播放顏寧在《開講啦》192期中的精彩演講視頻，引出葡萄糖轉運蛋白（GLUT蛋白）。

設計意圖：教師展示我國科學家在世界上的突出成果，增強學生文化自信，讓學生通過了解科學前沿，認識到高中生物知識與前沿科學密切相關，同時滲透人類研究跨膜運輸方式的社會意義，激發(fā)學生學習本節(jié)課的興趣。

5.2 資料分析，問題引導，啟迪思維

接著，教師展示與葡萄糖轉運蛋白運輸有關的資料：葡萄糖分子高度親水，無法自由通過疏水的生物膜，其進出細胞需要膜上的轉運蛋白完成。顏寧研究的GLUT蛋白負責順濃度梯度將葡萄糖轉運至細胞內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，在小腸上皮細胞存在著運輸葡萄糖的轉運蛋白——SGLT1和GLUT2，科學家通過體外實驗，將不同葡萄糖濃度下的運輸速率繪制了如圖1所示的曲線。

圖1 不同葡萄糖濃度下的運輸速率曲線

教師引導學生分析資料，討論下列問題：

①推測SGLT1轉運葡萄糖是哪種運輸方式？是自由擴散嗎？如果不是，請說明理由。②當葡萄糖濃度很低，低于小腸上皮細胞內(nèi)的葡萄糖濃度時，GLUT2轉運速率為0，SGLT1轉運葡萄糖。這種逆濃度梯度發(fā)生的運輸符合協(xié)助擴散的特點嗎？③逆濃度梯度的運輸能發(fā)生，SGLT1轉運葡萄糖是否需要細胞提供能量？

設計意圖：教師創(chuàng)設問題情境，培養(yǎng)學生獲取信息、分析數(shù)據(jù)的能力和邏輯推理能力；并設置問題串，引導學生利用已學的被動運輸知識解答問題，明確葡萄糖在逆濃度條件下發(fā)生跨膜運輸?shù)臈l件是需要載體蛋白和能量。學生初步感知同種物質進出細胞的復雜性：腸腔葡萄糖濃度極低時，小腸上皮細胞通過主動運輸吸收葡萄糖；腸腔葡萄糖濃度升高后，主要通過協(xié)助擴散吸收葡萄糖。這樣有助于學生理解主動運輸?shù)囊饬x，認同生命的自主性。

5.3 學生設計實驗，科學史實驗證假設

教師提出問題：葡萄糖逆濃度梯度運輸時，需要載體蛋白和能量。如何設計實驗以驗證你的推論？學生分小組討論實驗設計思路。接著，教師展示科學史實：科學家將離體的小腸上皮細胞培養(yǎng)液均分成三組，第一組不做處理，第二組加入呼吸酶抑制劑（抑制能量供應），第三組加入載體蛋白抑制劑。第二、三組與第一組比較，小腸上皮細胞吸收葡萄糖的速率均下降。這證明葡萄糖逆濃度梯度運輸時，需要載體蛋白和能量。

5.4 回歸教材，強化重要概念

教師引導學生閱讀教材P69-70中的問題探討及主動運輸內(nèi)容，使學生明確主動運輸?shù)母拍睿攸c、實例和意義。教師總結主動運輸?shù)母拍睢⑻攸c及意義。

5.5 自主學習，提升關鍵能力

教師引導學生思考：轉運蛋白雖然能夠幫助許多離子和小分子通過細胞膜，但是對于蛋白質和多糖這樣的生物大分子的運輸卻無能為力。細胞如何運輸大分子物質？學生自主學習，閱讀教材P70-71中有關胞吞、胞吐內(nèi)容，總結胞吞、胞吐的對象以及特點。

5.6 聯(lián)系社會，關注疫情，落實責任

教師展示資料，提出問題：新冠病毒侵染人體細胞時，病毒冠上的刺突蛋白S蛋白首先與人體細胞表面的ACE2（血管緊張素轉化酶2，是人體內(nèi)一種參與血壓調節(jié)的蛋白，在肺、心臟、腎臟和腸道廣泛存在）相互識別并被“拽住”。細胞膜內(nèi)陷形成小囊泡，在能量的作用下，最終小囊泡被“剪切”下來離開細胞膜進入細胞，即新冠病毒進入人體細胞中。新冠病毒侵染的關鍵在于S蛋白與ACE2結合。2020年2月，西湖大學周強實驗室解析出了ACE2的結構，從而可以設計針對S蛋白或ACE2的藥物或抗體，又或者設計小分子破壞它們之間的相互作用。這些都為藥物設計和檢測手段的開發(fā)提供堅實基礎。①新冠病毒通過哪種運輸方式進入人體細胞？請說出判斷依據(jù)。②該實例體現(xiàn)了細胞膜的什么功能？③新冠病毒主要侵染人體什么細胞？如何預防？

設計意圖：教師聯(lián)系生活實際，創(chuàng)設真實情境，促進學生學以致用，使學生認識到大分子或病毒顆粒通過胞吞進入細胞需要蛋白質和能量，幫助學生認清胞吞、胞吐的結構基礎，使學生認識到細胞膜控制物質進出的功能是相對的。另外，教師通過聯(lián)系社會，使學生關注疫情，增強防疫意識；滲透人類研究跨膜運輸方式的社會意義，激發(fā)學生學習生物的熱情，培養(yǎng)學生基于生物學知識解決現(xiàn)實生活問題的社會責任感。

5.7 繪制概念圖，構建知識體系，深化生命觀念

學生繪制有關物質進出細胞方式的概念圖，構建本章知識體系。教師總結：①協(xié)助擴散和主動運輸過程必須依賴于轉運蛋白。②轉運蛋白的專一性、空間結構的變化，使細胞膜具有選擇透過性。③細胞膜上的蛋白質參與胞吞和胞吐過程，細胞膜的流動性是胞吞、胞吐過程的基礎。細胞膜的結構決定了細胞膜的選擇透過性，決定了細胞膜具有控制物質進出的功能。另外，教師還鼓勵學生：清華大學顏寧小組和西湖大學周強實驗室都致力于結構生物學研究。結構決定功能，尤其是對生命活動承擔者－蛋白質結構的研究，對疾病的預防和攻克有重大意義。希望在不久的將來，在結構生物學領域看到你們的身影。

設計意圖：學生通過自主完成概念圖，建構知識體系；通過回憶比較不同物質運輸方式的特點，認同細胞膜的結構基礎決定了細胞膜有選擇的控制物質進出。教師引導學生關注社會職業(yè)，使學生認同研究細胞結構的重要性，落實社會責任。