基于主線式問題情境的生物學(xué)教學(xué)設(shè)計
——以“主動運輸與胞吞、胞吐”為例

薛天濤 索姍姍

（山東省東營市第二中學(xué) 山東東營 257000）

“主動運輸與胞吞、胞吐”一節(jié)涉及的生物學(xué)概念分散，課堂教學(xué)中需要以一條邏輯完整的主線引導(dǎo)進(jìn)行知識體系的建構(gòu)與學(xué)科思維的深入。下文選擇“腎小管的重吸收作用”這一主線，通過問題情境驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采用探究實驗厚植學(xué)生的理性思維，從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

1 教材分析

“主動運輸與胞吞、胞吐”選自人教版高中生物學(xué)教材必修一第四章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”第二節(jié)。在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)并掌握細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能、分泌蛋白的合成、加工和運輸，為學(xué)習(xí)“主動運輸與胞吞、胞吐”的過程奠定了基礎(chǔ)。此內(nèi)容是“被動運輸”的延續(xù)，是能源物質(zhì)ATP首次出現(xiàn)在高中教材，具有承前啟后的作用。

本節(jié)課的重難點是主動運輸?shù)倪^程和特點，胞吞、胞吐的過程。本節(jié)教學(xué)中，教師通過資料分析和模擬實驗的方式突破重難點，鍛煉學(xué)生處理信息、學(xué)科融合的能力，化抽象為形象，幫助學(xué)生更好地理解“主動運輸和胞吞、胞吐”的過程。

2 教學(xué)目標(biāo)

①基于特定的生物學(xué)事實，通過對比幾種物質(zhì)跨膜運輸方式，逐步得出主動運輸、胞吞、胞吐的概念，鍛煉處理信息和歸納概括的能力。

②通過學(xué)習(xí)主動運輸、胞吞、胞吐的過程、特點和意義，建立結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。

③通過模擬胞吞的過程，培養(yǎng)運用學(xué)科融合知識進(jìn)行實驗設(shè)計、方案實施的能力。

④通過分析不同物質(zhì)進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞的方式、人工腎的工作原理，領(lǐng)悟科學(xué)探究對健康生活的意義，培養(yǎng)社會責(zé)任感。

3 教學(xué)過程

3.1 溫故求新，承上啟下

教師播放“尿毒癥患者利用人工腎進(jìn)行透析”的短視頻，呈現(xiàn)人工腎教具，帶領(lǐng)學(xué)生回憶初中所學(xué)“腎單位”的相關(guān)知識。進(jìn)而呈現(xiàn)事實材料：正常人每日原尿量為180 L，而終尿每日只有1.5 L。引導(dǎo)學(xué)生思考原尿中大量的水分子是如何被腎小管上皮細(xì)胞重吸收的。

設(shè)計意圖：教師通過對水分子進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞的分析，讓學(xué)生鞏固上節(jié)課所學(xué)被動運輸?shù)姆N類和特點，提出問題“原尿中的無機(jī)鹽離子、葡萄糖分子以及大分子物質(zhì)是如何進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞的呢”，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，進(jìn)入本節(jié)課“主動運輸與胞吞胞吐”的學(xué)習(xí)。

3.2 分析資料，深度思考

教師呈現(xiàn)事實材料：正常人每天腎小球Na+的濾過量約500 g，而每天的尿液中僅含Na+3～5 g。輔助性資料：腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)Na+濃度僅為10 mmol/L，遠(yuǎn)低于細(xì)胞外；ATP為一種能源物質(zhì)（圖1）。并進(jìn)行問題引導(dǎo)：①原尿中的Na+由腎小管管腔進(jìn)入腎小管上皮細(xì)胞，有什么特點？為何種運輸方式？②Na+運出腎小管上皮細(xì)胞有什么特點？為何種運輸方式？

圖1 Na+進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞

設(shè)計意圖：教師以事實為依托，圖文結(jié)合，借助問題串引導(dǎo)學(xué)生分析腎小管上皮細(xì)胞中Na+的進(jìn)出方式。“進(jìn)”為被動運輸中的協(xié)助擴(kuò)散，判斷依據(jù)有兩個，即順濃度梯度和借助通道蛋白；“出”為逆濃度梯度。借助載體蛋白和能量，教師引入“主動運輸”這一新概念的學(xué)習(xí)。針對運輸Na+出腎小管上皮細(xì)胞的載體蛋白——鈉鉀泵，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)其在運輸Na+的同時運入K+。教師進(jìn)而激發(fā)學(xué)生深度思考：鈉鉀泵既能與K+結(jié)合也能和Na+結(jié)合，是否說明鈉鉀泵不具有特異性？并借助圖2幫助學(xué)生歸納載體蛋白的特點。

圖2 鈉鉀泵

接著，教師呈現(xiàn)事實材料：正常人的原尿中葡萄糖含量為0.1 g/100 mL，而尿液中無葡萄糖。輔助性資料：腎小管上皮細(xì)胞膜表面存在兩種形式的葡萄糖載體，存在于管腔側(cè)細(xì)胞膜上的Na+依賴的葡萄糖轉(zhuǎn)運載體（SGLT2）和存在于基底側(cè)細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運體（GLUT2）（圖3）。并提問：①鈉鉀泵對葡萄糖的運輸有無影響？②葡萄糖進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞分別是哪種方式？

圖3 葡萄糖進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞

設(shè)計意圖：教師以“腎小管的重吸收作用”為主線，以Na+進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞的方式為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生探究葡萄糖進(jìn)出腎小管上皮細(xì)胞的方式。結(jié)合材料分析，學(xué)生總結(jié)主動運輸?shù)囊饬x。

3.3 設(shè)計實驗，模擬探究

轉(zhuǎn)運蛋白雖然能夠幫助許多離子和小分子通過細(xì)胞膜，但是，對于蛋白質(zhì)和多糖這樣的生物大分子的運輸卻無能為力。

教師呈現(xiàn)事實材料：正常人的原尿中蛋白質(zhì)為0.03 g/100 mL，但尿液中無蛋白質(zhì)。輔助性資料：一些大分子物質(zhì)會與細(xì)胞膜上特定的蛋白質(zhì)相互識別并被“拽住”，之后細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡，在能量的作用下被“剪切”下來進(jìn)入細(xì)胞（圖4）。并提問：①胞吞、胞吐過程的實現(xiàn)與細(xì)胞膜什么特性有關(guān)？②物質(zhì)通過胞吞、胞吐進(jìn)出細(xì)胞的方式有何特點？

圖4 胞吞

設(shè)計意圖：與舊版教材相比，新人教版教材把“主動運輸與胞吞、胞吐”作為一節(jié)內(nèi)容，因此選取合適的資料將兩部分運輸方式較好地串聯(lián)起來進(jìn)行主線式教學(xué)設(shè)計。教師利用正常人原尿中存在少量蛋白質(zhì)而尿液中無蛋白質(zhì)這一生命現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)胞吞的過程，而胞吐類似于胞吞的相反過程。重點在于結(jié)合圖文資料引導(dǎo)學(xué)生分析胞吞、胞吐的特點，即需要能量和蛋白質(zhì)的參與，依賴細(xì)胞膜的流動性。

教師組織小組活動，要求學(xué)生設(shè)計方案，進(jìn)行實驗?zāi)M胞吞的過程。教師提供清水、植物油、蛋黃液、透明杯、一次性滴管等實驗材料，并提示學(xué)生：①結(jié)合物理學(xué)知識，比較清水、植物油、蛋黃液的密度關(guān)系。②上述實驗材料可分別模擬細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)或成分？依據(jù)是什么？③小組成員交流討論，設(shè)計出模擬胞吞的實驗方案。

設(shè)計意圖：胞吞、胞吐過程比較抽象，為了將其突破，教師沒有采取以往播放視頻動畫的措施，而是借助跨學(xué)科融合的策略，給學(xué)生提供實驗材料，學(xué)生討論設(shè)計實驗方案并實施。利用物理學(xué)密度的相關(guān)原理，學(xué)生親自設(shè)計實驗并動手實踐，在做中學(xué)，化抽象為形象，加深了對胞吞過程的動態(tài)理解，深刻理解了胞吞、胞吐依賴于細(xì)胞膜的流動性這一結(jié)構(gòu)特性，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

3.4 解決問題，落實責(zé)任

教師展示人工腎教具，引導(dǎo)學(xué)生思考：人工腎相當(dāng)于什么結(jié)構(gòu)？具有什么特性？尿毒癥患者血液中哪些物質(zhì)通過人工腎過濾出去？哪些物質(zhì)保留下來重新輸送回患者血液？進(jìn)一步幫助學(xué)生鞏固本節(jié)課所學(xué)知識，深入理解生物膜與半透膜、選擇透過性與半透性的區(qū)別。培養(yǎng)學(xué)生嘗試解決社會問題、崇尚健康生活方式的社會責(zé)任感。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課最大的亮點在于以“腎小管的重吸收作用”為主線，借助問題引導(dǎo)層層遞進(jìn)，采取化抽象為形象的模擬實驗，幫助學(xué)生逐一突破主動運輸與胞吞、胞吐的概念和過程，很好地貫徹了學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。學(xué)生深刻理解生命的本質(zhì)，體驗科學(xué)探究的過程，提高設(shè)計實驗和動手操作的能力。本節(jié)課存在不足之處，模擬實驗僅能夠幫助學(xué)生理解胞吞的動態(tài)過程，但不能體現(xiàn)出胞吞需要膜上蛋白質(zhì)、能量的參與，關(guān)于此類問題還有待商榷和共同探討。