淺析“通道蛋白”在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

王敏

摘 要：《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，生物學(xué)科應(yīng)當(dāng)基于學(xué)生的興趣進行趣味化、創(chuàng)新化的教學(xué)。從課堂反饋來看，“通道蛋白”的教學(xué)具有抽象難懂、不易理解的特點。本文以“通道蛋白”為例，通過“情境引入——引學(xué)新知——深化學(xué)習(xí)——實驗設(shè)計——前沿引入”的課堂模式，以真題始終貫穿始終，強化學(xué)生將理論知識巧妙地應(yīng)用于解題上，做到學(xué)以致用。培養(yǎng)學(xué)生生物邏輯思維與自主探究能力，使得學(xué)生對這一知識點有著更加全面系統(tǒng)的認(rèn)知理解，學(xué)會通過圖表、資料獲取關(guān)鍵信息，建構(gòu)起完整的知識框架。

關(guān)鍵詞：通道蛋白;水通道蛋白;離子通道蛋白;高中生物教學(xué)

通道蛋白又稱離子通道，是親水性的跨膜通道，允許大小適當(dāng)?shù)碾x子順濃度梯度通過。在“物質(zhì)跨膜運輸方式”一課中，“通道蛋白”相關(guān)內(nèi)容涉及得不多，但卻是學(xué)生學(xué)習(xí)中的一個難點。通過“跨膜蛋白”的學(xué)習(xí)，能夠更好地理解物質(zhì)跨膜運輸?shù)臋C制，全面系統(tǒng)地建構(gòu)起基本的運輸模型。由于這方面的內(nèi)容具有抽象性，學(xué)生在概念上會有所混淆，存在認(rèn)知偏頗，譬如分不清某種物質(zhì)的運輸是否需要借助能量？是否需要載體？載體蛋白與通道蛋白之間的異同點是什么？因而，為了更好地解決學(xué)生的疑惑，使他們建立起完整的知識框架，培養(yǎng)實驗設(shè)計的基本技能，就需要采用靈動、有趣、好玩的教學(xué)策略，化繁為簡，為課堂注入新的活力，為學(xué)生提供更加明確的學(xué)習(xí)思路。

一、情境引入：導(dǎo)入新課內(nèi)容

“情境”“協(xié)作”“會話”與“意義建構(gòu)”是課堂環(huán)境創(chuàng)設(shè)的四大要素，其中情境教學(xué)注重于學(xué)生的內(nèi)心情感體驗，讓學(xué)生充分地體會到了生物學(xué)科的美感，強化學(xué)生對文本內(nèi)容的理解，引起學(xué)習(xí)的興趣。情境教學(xué)主要借助多媒體手段，利用音樂、視頻與畫面，產(chǎn)生聽覺與視覺效應(yīng)，有直觀性與鮮明性。在“通道蛋白”的教學(xué)中，以一段物質(zhì)跨膜運輸方式的動畫引入，該動畫中可以直觀地比較細(xì)胞內(nèi)外的離子濃度高低，物質(zhì)運輸是否需要能量，以及是否借助載體。讓學(xué)生在多種運輸方式中學(xué)會辨別自由擴散、協(xié)助擴散與主動運輸，其中，協(xié)助擴散又包括了載體蛋白協(xié)助與通道蛋白協(xié)助的擴散。于是，向?qū)W生發(fā)問：“通道蛋白究竟是什么？研究通道蛋白有什么樣的生物學(xué)意義？通道蛋白與載體蛋白之間的區(qū)別是什么？”通過情境式的教學(xué)方式，有效地引入了新課內(nèi)容，并帶領(lǐng)學(xué)生對上一節(jié)的內(nèi)容進行了回顧。在情境教學(xué)中，避免了干巴巴的文字說教，通過創(chuàng)意和趣味的動畫展示，提高了課堂效率，增加了課堂的活躍性。

二、引學(xué)新知：通道蛋白概念講解

由情景導(dǎo)入新課，于是開啟了新的篇章。細(xì)胞是一個由城墻圍起來的微小城鎮(zhèn)，其中，不斷有有用的物質(zhì)被運進來，也不斷有有害的物質(zhì)被運出去。在這座小城鎮(zhèn)的城墻中存在著諸多的“城門”，這些“城門”只允許特定的分子或離子出入。細(xì)胞膜通道的發(fā)現(xiàn)主要歸功于彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，前者的主要貢獻在于發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜水通道，而后者主要是解構(gòu)了細(xì)胞膜離子通道的結(jié)構(gòu)與機理。后者的研究正是課堂上要重點涉及的內(nèi)容，那么通道蛋白究竟是什么呢？在課堂上，通過幻燈片、視頻的方式輔助講解，闡明了通道蛋白的基本概念。

在通道蛋白概念的闡釋中要秉承著趣味性的原則，避免陷入說教的怪圈，可以通過形象生動的比喻、擬人等語言藝術(shù)以及白板畫圖等形式將理論性的內(nèi)容深入淺出地展現(xiàn)出來。首先通道蛋白主要有兩種類型，包括水通道蛋白與離子通道蛋白，可以在白板上畫出兩種蛋白位于細(xì)胞膜的哪個位置，或者返回到情境引入的動畫中，為學(xué)生指出動畫影像中兩種蛋白分別所處的位置。其中，水通道蛋白又名水孔蛋白，是一種內(nèi)在膜蛋白，它所組成的“孔道”結(jié)構(gòu)就好像“細(xì)胞的水泵”一般，“水泵”具有控制水進出的功能，通過水的進進出出能夠?qū)崿F(xiàn)很多生命活動。而離子通道是由蛋白質(zhì)復(fù)合物所構(gòu)成的，它通常在特定的刺激下瞬時開放，只允許一種離子通過，離子通道不僅具有選擇性，還是門控的，就像是一道“閥門”，在離子通道中又分為三種類型，分別是配體門通道、電壓力通道和壓力激活通道。經(jīng)過對概念的闡釋，通過一道真題來進一步檢測學(xué)生對概念的掌握情況。

（山東、湖北省等重點高中2018屆高三生物第二次12月聯(lián)考）下列關(guān)于通道蛋白的說法，不正確的是（ ）

A.一種離子通道只允許一種離子通過

B.離子通道與細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的調(diào)節(jié)有關(guān)

C.水通道蛋白是覆蓋在細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)

D.離子通道只在對特定刺激發(fā)生反應(yīng)時才瞬時開放

通過真題的講解，進一步深化了學(xué)生對概念的認(rèn)知，把握通道蛋白的基本考點，讓學(xué)生學(xué)會分析、總結(jié)與對比，挖掘水通道與離子通道蛋白兩個類型的通道蛋白之間的異同點，并且把握它們的主要特點。

三、深化學(xué)習(xí)：加深知識深度

基于對通道蛋白概念的理解，就需要進一步了解兩種類型的通道蛋白的主要結(jié)構(gòu)與機制。通過圖像以及一段相關(guān)的動畫能夠更好地反應(yīng)通道蛋白的特點，通道蛋白具有所謂的“閘門”結(jié)構(gòu)，可開可關(guān)。當(dāng)“閘門”開時，形成了一條能允許水、小的水溶性分子和特定的離子被動地通過的通道;當(dāng)“閘門”關(guān)時，就不允許這些分子通過。水通道是連續(xù)開放的通道，由4個具有6個跨膜α螺旋的亞基構(gòu)成了四聚體，4個亞基各自形成了中央孔，允許水分子通過。而離子通道主要由細(xì)胞膜上的大分子組成的一條孔道，在外界刺激下被激活，使得富含電荷的離子能夠?qū)崿F(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運，可以產(chǎn)生與傳導(dǎo)電信號，其主要包括了配體門通道、電壓力通道和壓力激活通道，配體門通道的開關(guān)取決于細(xì)胞內(nèi)外特定的物質(zhì)（配體）與相應(yīng)的通道蛋白（受體）結(jié)合，從而影響離子進出細(xì)胞;電壓門通道由膜電位控制門的開關(guān);壓力激活通道的開關(guān)取決于機械力的作用，如含羞草的閉葉反應(yīng)，草履蟲的快速轉(zhuǎn)向運動，內(nèi)耳聽覺的感應(yīng)等生命活動依賴于離子通道。知識的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)是一個循序漸進的過程，不斷地在原先的基礎(chǔ)上加深知識的深度，能夠讓學(xué)生對通道蛋白的內(nèi)容有更加深入的理解，并且在一定程度上拓展了學(xué)生的認(rèn)知范圍，提高了學(xué)生的認(rèn)知能力。

四、實驗設(shè)計：培養(yǎng)思考能力

在水通道蛋白中最為關(guān)鍵的實驗非洲爪蟾卵母細(xì)胞實驗，彼得·阿格雷制造了一種含有水通道蛋白，而另一種不含有水通道蛋白的兩種人造泡狀細(xì)胞膜，前者吸水膨脹，而后者不存在變化，進一步論證了該蛋白就是水通道蛋白。在往年的高考題中，也有涉及這個實驗的考點。在正式進入高考題的“實戰(zhàn)演練”前，播放了一段動畫，點明了為什么要向卵母細(xì)胞注入蛋白A的mRNA，其主要目的是為了讓卵母細(xì)胞的細(xì)胞膜上插上mRNA翻譯的蛋白A，通過實驗的數(shù)據(jù)顯示，注入蛋白A的mRNA的卵母細(xì)胞在低滲溶液中水通透率大大增加。基于這個題目的講解，讓學(xué)生掌握命題方向，深化對非洲爪蟾卵母細(xì)胞實驗的理解，加深對水通道蛋白的印象，“放電影”似的回顧一遍知識點，為學(xué)生展示了科學(xué)研究過程中的巧妙設(shè)計與多元思路。與此同時，還告訴學(xué)生科學(xué)研究并非一蹴而就，需要不斷地堅持與完善，培養(yǎng)學(xué)生正確的實驗觀、認(rèn)知觀與價值觀。

（2012年北京高考試題）科學(xué)家為了研究蛋白A的功能，選用細(xì)胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母細(xì)胞進行實驗，處理及結(jié)果見下表。

借助高考題的信息，可以引導(dǎo)學(xué)生通過模擬阿格雷的實驗，來以小組為單位設(shè)計一個探究型的實驗，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力，學(xué)會將所得知識進行融會貫通，實現(xiàn)“理論”與“實踐”的水乳交融，真正提高學(xué)生的科學(xué)探究能力與科學(xué)素養(yǎng)，同時獲得科學(xué)精神與科學(xué)思想的熏陶。在實驗設(shè)計前，讓學(xué)生帶著問題去思考，實驗?zāi)康摹⒆宰兞颗c因變量分別是什么？在清楚了實驗?zāi)康氖翘骄緾HIP28蛋白是否與水運輸有關(guān)？自變量是細(xì)胞中是否注入CHIP28蛋白的mRNA;因變量是觀察細(xì)胞的吸水情況。基于此，實驗所選擇的細(xì)胞所需要具備的特點有哪些？教師在整個過程中充當(dāng)?shù)慕巧恰耙龑?dǎo)者”“施問者”，通過問題啟發(fā)學(xué)生進行獨立的思考與分析，而不是強行地進入學(xué)生的思考空間。在生物教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)避免以經(jīng)驗為主的“望、聞、問、切”的方式，切莫陷入“越俎代庖”的教學(xué)誤區(qū)，而應(yīng)該更多地去挖掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生合作意識以及獨立思考的能力，確立以學(xué)生為主人翁的課堂氛圍。

五、前沿引入：站在科學(xué)前列

由于科學(xué)發(fā)展的道路是曲折的、前進的，呈螺旋上升的，因而科學(xué)研究永遠(yuǎn)不止于發(fā)展的現(xiàn)狀，而是在原來理論的基礎(chǔ)上不斷地突破、推翻與重塑。學(xué)生單純掌握課本的知識，對于應(yīng)試教育具有好處，但是對我們的科學(xué)研究卻存在不利影響。因而在課堂中，教師應(yīng)當(dāng)基于課本知識不斷地拓展學(xué)生對某一個知識領(lǐng)域的理解，可以通過搜索一些前沿的視頻、文獻與新聞來增加學(xué)生對“通道蛋白”乃至更多生物知識的綜合理解，切實提高生物學(xué)科的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)濃厚的生物學(xué)習(xí)興趣，為我國提供更多的生物技術(shù)人才。

結(jié)束語

綜上所述，“通道蛋白”是物質(zhì)跨膜運輸方式中的一個重難點，其主要包括了水通道蛋白與離子通道蛋白。在高中生物的課堂中，應(yīng)當(dāng)避免文縐縐的說教，而需要采取靈動、有趣、好玩的形式來實現(xiàn)課堂的多元化，通過“情境引入——引學(xué)新知——深化學(xué)習(xí)——實驗設(shè)計——前沿引入”的課堂模式培養(yǎng)學(xué)生生物邏輯思維與自主探索能力，闡明“通道蛋白”的要點，為學(xué)生搭建良好的學(xué)習(xí)框架。

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