讓學生像科學家那樣探索——“主動運輸與胞吞、胞吐”同題異構教學設計及評析

王 菁

（江蘇省天一中學 江蘇無錫 214101）

隨著新課程標準和新教材的推行，其開放性、綜合性和靈動性與教師過去的教學習慣和教學經驗產生了強烈的沖突。“同題異構”作為校本教研模式越來越受到廣大教師的關注和參與。下面就教研活動觀摩的兩節同題異構課人教版《必修1·分子與細胞》第四章第二節“主動運輸與胞吞、胞吐”，從課題導入、教學過程、課堂總結3個方面進行對比評析。

1 “主動運輸與胞吞、胞吐”的教學設計和評析

1.1 課堂導入

教師甲播放小腸絨毛上皮細胞吸收各種營養物質的視頻，提問：上述實例中葡萄糖、氨基酸和K+等物質是如何逆濃度梯度進入細胞的？請聯想自己騎車上、下坡的經驗，推測物質逆濃度梯度運輸是否需要細胞提供能量。在學生充滿興趣的爭論中，教師未作正面解答，而是留下懸念，順勢導入本節的課題。

教師乙：人體甲狀腺分泌的甲狀腺激素，在生命活動中起著重要作用。碘是合成甲狀腺激素的重要原料，甲狀腺濾泡上皮細胞內碘的濃度比血液中高20～30倍。甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘是通過被動運輸嗎？聯想逆水行舟的情形，甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘是否需要細胞提供能量？教師創設情境，同時呈現人教版教材第69頁中的“問題探討”，要求學生思考討論，從而導入本節的課題。

評析：一個新穎、生動的課堂導入可以盡快集中學生注意力充分激發學生的興趣和探究的欲望，進而展開積極思考。2位教師都精心設置了導入環節，通過創設情境來提出問題。教師甲引入視頻，首先給學生以強烈的感官刺激，吸引了學生的眼球，雖然提出的是跟乙相似的問題，學生明顯更感興趣，對問題的答案還產生了爭議，而教師的笑而未答促使了學生去思考和探究科學的理論依據。教師乙提出的問題也引起了學生的思考，但由于學生對甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘比較陌生，相對于甲的課堂導入，學生并沒有表現出明顯的學習興趣。

1.2 教學過程

1.2.1 教師甲的教學過程

在導入課題后，先通過資料卡形式簡單介紹了“載體蛋白與通道蛋白”：

載體蛋白幾乎存在所有類型的生物膜上。每種載體蛋白能與特定的溶質分子結合，通過一系列的構像改變介導溶質分子的跨膜運輸。每種載體蛋白對底物具有高度選擇性，因此通常只轉運一種類型的分子。目前所發現的大多數通道蛋白都是離子通道。離子通道蛋白對離子的選擇性取決于通道的直徑、形狀以及通道內帶電荷氨基酸的分布，所以離子通道介導被動運輸時不需要與溶質分子結合，只有大小和電荷適宜的離子才能通過。相比載體蛋白，離子通道具有極高的轉運速率，驅動離子跨膜轉運的動力來自溶質的濃度梯度和跨膜電位差兩種的合力，即跨膜的電化學梯度，運輸的方向順電化學梯度進行。

教師提出問題：

①感悟載體蛋白具有什么特點。

②結合自身生活經驗及拓展資料嘗試初步構建主動運輸模型。

③主動運輸與被動運輸有哪些區別？

根據以上模擬探究活動和討論，學生合作構建主動運輸模型。物質逆濃度梯度進行跨膜運輸，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種運輸物質的方式叫主動運輸。

接著，教師以導入視頻里看到的小腸上皮細胞物質跨膜運輸為例，出示圖1，腸腔側細胞膜上的載體為鈉依賴的葡萄糖轉運體（SGLT），基底側細胞膜上的載體分別為葡萄糖轉運體（GLUT-2）和Na+-K+泵。并提出問題：

圖1 小腸上皮細胞物質跨膜運輸示意圖

①一種載體蛋白是否都只能轉運一種物質？

②小腸絨毛上皮細胞通過何種方式吸收葡萄糖？在其基底面通過何種方式將葡萄糖轉運出去？

③如果Na+-K+泵停止工作，對葡萄糖的運輸有什么影響？

④主動運輸對于細胞的生活有什么意義？

學生通過這個案例分析，知道每種載體蛋白都只能轉運特定的一種或一類物質，學會判斷物質跨膜運輸的方式，并能夠說明理由。

小腸上皮細胞吸收葡萄糖、氨基酸，腎小管上皮細胞重吸收葡萄糖、氨基酸，以及根細胞吸收無機鹽離子，都屬于主動運輸的方式。就此，學生總結出主動運輸對于細胞的生活具有重要的意義。

最后，學生探究生物大分子進出細胞的方式。教師補充：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，對于像蛋白質和多糖這樣的生物大分子的運輸卻無能為力。并提出問題：

①消化酶、抗體等蛋白質在細胞內合成后，都需要到細胞外起作用，它們是如何排出細胞的呢？

②單細胞生物變形蟲如何攝取食物？

③胞吞、胞吐過程的實現與生物膜結構的特性有什么關系？

④胞吞、胞吐過程是否需要消耗能量？

師生共同探討，得出結論：在物質的跨膜運輸過程中，胞吞、胞吐是生物大分子進出細胞的方式，也是普遍存在的生命現象，它們也需要消耗細胞呼吸所釋放的能量。

1.2.2 教師乙的教學過程

導入課題后，教師播放主動運輸動畫，并補充資料：ATP水解轉化為ADP和Pi時放能。

任務一：學生觀看動畫，嘗試描述主動運輸的發生機制，結合課本歸納主動運輸的特點和條件。

接著，教師出示各種小分子物質或離子跨膜運輸的示意圖，如圖2所示。

圖2 各種小分子物質或離子跨膜運輸的示意圖

任務二：判斷圖中物質進出細胞的方式，填寫表格并歸納比較三種運輸方式，見表1。

表1 自由擴散、協助擴散和主動運輸的比較

教師提問：同一分子進出細胞的方式一定相同嗎？接著，出示葡萄糖進出小腸上皮細胞物質運輸模式圖，追問：為什么小腸上皮細胞內的葡萄糖不會以協助擴散的方式進入腸腔一側呢？為什么會出現這樣的差異？

學生回答：細胞膜上轉運蛋白的種類和數量或轉運蛋白空間結構的變化，對許多物質的跨膜運輸起著決定性的作用。細胞膜的結構基礎決定了細胞膜的功能具有選擇透過性。

最后，教師提問：一日三餐吃進來的食物經消化成小分子，需要消化酶的幫助，根據所學知識，思考唾液腺細胞如何合成、運輸和分泌唾液淀粉酶。為什么正常情況下，白細胞不會吞噬血漿蛋白，卻能吞噬分子量更大的細菌呢？該過程需要消耗能量嗎？

通過師生共同探討，得出胞吞、胞吐的概念和條件：細胞的胞吞和胞吐也是有選擇的，這種選擇性與生物膜上的蛋白質的識別功能有關。胞吞和胞吐過程也需要消耗能量。

評析：主動運輸與胞吞、胞吐運輸方式的判斷是本節課的重點和難點，兩位教師都沒有直接告訴學生判斷方法，而是想方設法讓學生通過體驗和感悟來一一呈現。教師甲把整節課的教學內容巧妙地設計成4個學習環節，邏輯性強，更是放手讓學生自己去建構模型，學生在不斷地試誤過程中，會發現科學家的不易。并通過設置成由淺入深、環環相扣的問題串，引發學生的思維碰撞，使學生在沖突中不斷探究，在探究中不斷完善，形成概念并最終掌握規律，最終突破難點，符合學生的認知特點。這種設計充分體現了建構主義理論指導下的“知識問題化、問題情境化”的教學理念。教師乙由于沒有問題串逐層深入的鋪路搭橋，學生在獨立和合作的探索過程中，概念的建構沒有那么順暢，但是通過同伴互助、教師引導最終也圓滿地完成了教學目標。

在《普通高中生物課程標準（2017年版）》明確提出：領悟建立模型等科學方法及其在科學研究中的應用，培養學生的建模思想和建模能力。建模能力被認為是將來學生從事科學研究的必備能力。在中學生物學的教學中，教師應努力將建模方法應用于課堂教學中，以提高學生的科學素養和科學探究能力。

1.3 課堂總結

教師甲簡單進行了課堂小結，引導學生構建物質跨膜運輸方式的概念圖，并請學生代表作展示和分享。

教師乙在課堂結束時，通過設計實驗“探究MnO42-進入植物細胞的方式”，最終得出學習“細胞的物質輸入與輸出”的意義。

評析：巧妙、創新的課堂總結不僅能幫助學生鞏固所學知識，而且可以維持學生的學習興趣、活躍思維、開拓思路，達到“課結束，趣猶存”的良好效果。教師甲對本節課的自制概念圖，教師乙通過設計實驗，又給學生以耳目一新的感覺，鼓勵學生大膽創新、勇于實踐，再次激起學生思維的火花。學生對實際問題的思索，既及時鞏固了本節課所學內容，又提高了應用知識的能力，培養了學生的創新精神。

2 聽評課感悟

2.1 以問題為基點建構概念

杜威說：“思維起源于疑難。”思維基于知識，產生于問題。在課堂教學中，教師不宜直接將概念灌輸給學生，而是應結合新知識內容精心設計，創設一個良好的學習情境，引導學生通過比較和分析、概括和歸納等思維方法，把事物最一般的本質屬性抽象出來，再科學給予定義，建構概念。兩節課中，關于“主動運輸”這一概念的形成，教師通過設計情境和提出問題，對主動運輸需要的條件進行了分析，引導學生展開思索、交流和爭論，最終建構了“主動運輸”的概念模型，讓學生在自主求索中抽絲剝繭、化蛹成蝶，提升思維的品質，讓思維之蝶旋出優美而靈動的舞姿。

2.2 以活動為主線豐富體驗

蘇娜丹戴克說：“告訴我，我會忘記，做給我看，我會記住，讓我參加，我就會完全理解。”生物學課堂應從知識型向實踐型轉變。生物學教學不能深陷于學科知識的龐雜，而應孜孜以求于發展學生的生物學學科核心素養，創設豐富多彩的課堂活動。在兩節課中，教師都精心設計了學生的活動：活動形式有小組的合作學習，也有獨立完成的“任務單”；活動材料可以是教師精心準備的學具，也可以是實驗材料。在活動的體驗中，問題被一個個解決，發現一個個涌現，學生必將帶著自信和智慧走上社會、享受人生。

2.3 以同題異構為方式收獲成長

一本教材雖然無聲，但卻有靈魂、有思想。教師要尋找可作為的地方和主張自我的立足點。“同題異構”的教研方式讓開課教師傾注智慧開墾好教材的“自留地”，同時也開闊了聽課者的教學視野，加深了同行間的交流與學習。學科不僅是知識流淌的溪水，更是思維涌動的波濤。同題異構在共享教學資源的同時，也關注人與人之間思想的融合，“求同存異”通過與同伴進行知識交流與互補，將促進學生有效學習、提升學生核心素養放在首位，改善教材的表達方式、優化教材的教學結構、彌補個人知識的缺陷，在活動中共同成長。