例談感知、理解、鞏固、運用四步教學法
——以“蛋白質是生命活動的主要承擔者”一節為例

北京 李建芝 顧詠梅

“感知、理解、鞏固、運用”四步教學法符合學生的認知心理，有利于學生在學習知識的同時發展能力。具體過程是教師首先根據教學需要引入或創設具有一定情緒色彩的、生動的、具體的場景，讓學生有初步感知，然后引導學生理解，接著再進行復習鞏固，最后提供案例，幫助學生運用。本文以“蛋白質是生命活動的主要承擔者”一節為例，闡述四步教學法的應用。

1.教材分析

“蛋白質是生命活動的主要承擔者”是2019版人教版教材必修1《分子與細胞》第2章“組成細胞的分子”第4節的內容。教材首先介紹蛋白質的功能，再介紹蛋白質的結構，從宏觀到微觀，從形象到抽象，學生易于接受、理解，也易于形成“結構與功能相適應”的生命觀念。

本節內容需要2課時完成，第1課時講解蛋白質的功能，氨基酸的結構特點，氨基酸脫水縮合過程；第 2課時講解肽鏈盤曲、折疊形成蛋白質的空間結構，蛋白質多樣性的原因，蛋白質變性。本文就第1課時展開論述。

2.學情分析

學生已經掌握的內容有：食物中蛋白質的消化吸收，蛋白質的重要性，蛋白質的檢測。學生還沒有掌握以下內容：氨基酸的分子結構，氨基酸形成蛋白質的過程；從結構與功能觀角度認識蛋白質的多樣性。

本節教學在高一學生接觸生物學的第一個月開展，學生缺乏有機化學的基礎，學習有難度；尤其蛋白質還是生物大分子，學生需要有層次地認識其結構，這對于學生來說更具有挑戰性。所以教師需要借助模型構建等活動，幫助學生理解相關內容。

3.教學目標

3.1 舉例說出蛋白質的功能，認同蛋白質在細胞生命活動中承擔重要作用。(生命觀念)

3.2 通過比較不同氨基酸的結構，歸納得出氨基酸的結構通式。(科學思維)

3.3 通過構建氨基酸結構模型，形成對氨基酸結構的空間認識。(科學思維，科學探究)

3.4 通過觀看示意圖及動畫，闡述氨基酸形成多肽鏈的過程。(科學思維)

3.5 通過了解必需氨基酸的作用，形成健康生活的理念。(社會責任)

4.教學重點

4.1 蛋白質的功能。

4.2 氨基酸的結構特點及蛋白質的形成過程。

5.教學過程

5.1 創設情境，共情感知

教師出示術后拆線者描述疼痛的一段話(略)及膠原蛋白線實物，提出問題：作為一種新型的手術縫合線，膠原蛋白線應具有怎樣的特性？

設計意圖：患者的痛苦經歷可引發學生情感共鳴；通過觀察、觸摸膠原蛋白線實物，學生對這種新型縫合線的強韌及纖細程度形成直觀感知。此環節激發學生的學習興趣，以此推動學生認知活動的進行。

5.2 任務1：舉例說明蛋白質的功能

學生舉例說明蛋白質的功能。教師講解：一些信號分子是蛋白質(如生長因子)，與受體結合后引發細胞內一系列反應(圖略)；一些蛋白質能夠調控基因的表達(圖略)。

設計意圖：“蛋白質的功能”教學難度相對較低，學生有一定的生活經驗和知識基礎，因此可由學生舉例說明，教師歸納、補充。教材彩圖沒有涉及蛋白質在微觀水平上的調節作用，教師可舉兩例予以簡要說明。

5.3 任務2：歸納概括氨基酸的結構特點

5.3.1 感知——生活中的氨基酸

問題：為什么蛋白質可以執行這么多復雜的功能呢？

教師指導學生觀看教材第15頁第2章的彩圖(蛋白質結構模型)及壓圖文字(闡明生命現象的規律，必須建立在闡明生物大分子結構的基礎上)，回憶蛋白質的消化過程，然后進行講解：構成蛋白質“大廈”的“磚石”是氨基酸。蛋白質種類非常多，但是其基本組成單位是一致的，這就像生物體外觀形態結構千姿百態，但是在基本組成單位——細胞層面上是一致的。根據蛋白質的消化過程推測氨基酸如何形成蛋白質，期間教師出示味精實物及燉肉圖片。教師講解根據人體是否能合成氨基酸，將氨基酸分為必需氨基酸和非必需氨基酸，并出示富含必需氨基酸的食物圖(圖略)。

設計意圖：通過“為什么蛋白質可以執行這么多復雜的功能呢”這一問題使學生由對蛋白質功能的學習轉到對蛋白質結構的學習。教材彩圖極具視覺沖擊力，該圖可使學生對于蛋白質結構的復雜性形成直觀印象，壓圖文字很好地點明了結構決定功能的觀念。學生回憶初中所學的蛋白質消化過程有兩個目的：一是得出氨基酸是蛋白質的基本組成單位，二是推測出由氨基酸形成蛋白質是消化的“逆”過程，這樣學生對氨基酸形成蛋白質的全貌有了總體認識(氨基酸→多肽→蛋白質)。將氨基酸與細胞類比，不僅能加深學生對細胞學說的理解，還有助于學生從本質上看待事物。相較于蛋白質，學生對氨基酸相對陌生，展示味精實物并配合講解燉肉香味與氨基酸的關系，目的是讓學生直觀感知氨基酸，拉進學生和學習內容間的距離。

5.3.2 理解——分子水平的氨基酸

問題：多糖也是生物大分子。構成常見的多糖(淀粉、纖維素、糖原)的基本組成單位都是葡萄糖。蛋白質種類極其多樣，推測構成蛋白質的基本組成單位氨基酸是一種還是多種。

教師引導學生觀察教材“思考·討論”欄目4種氨基酸結構圖，要求圈出各氨基酸的相同部分、不同部分，并嘗試寫出氨基酸結構通式(不同部分用R表示)。然后進行講解：氨氣是NH3，氨基是—NH2，羧基使得化合物呈現出酸性，所以這是“氨基酸”名稱的由來。化學意義上的氨基酸約有300多種，只要有一個氨基、一個羧基即是氨基酸，這兩個化學基團可連接在不同的碳原子上；而生物學意義上的氨基酸都是構成蛋白質的氨基酸，必須是一個氨基、一個羧基連接在同一個碳原子上，這個碳原子還連接一個氫原子和一個R基，不同的氨基酸R基不同，R基共有21種。

設計意圖：科學、合理的猜想活動不是憑空而來的，它應當建立在學生對將要解決的問題有初步了解和一定思考的基礎之上。將蛋白質和多糖對比，是為學生搭建猜想的平臺。教材中這4種氨基酸的排布是很規整的(同種化學基團排布在同一側)，有利于學生觀察、對比。在觀察了4種氨基酸的基礎上寫出氨基酸通式，是遵循由具體到抽象的認知規律，同時也鍛煉了學生的歸納概括能力。教師的講解幫助學生厘清認識誤區，對氨基酸結構通式形成正確認識。

5.3.3 鞏固——構建模型深化理解

問題：(1)教材氨基酸結構通式中的氨基、羧基位置能否互換？(2)結構通式中的羧基能否寫成—COOH?(3)如何由甲烷(CH4)“演變”為氨基酸？

利用球棍模型構建甘氨酸。說明：球代表原子，棍代表化學鍵(共價鍵)，1個化學鍵可連接2個原子。黑色球代表碳原子，有4個孔，可形成4個化學鍵，以此類推，氮形成3個化學鍵，氧形成2個化學鍵，氫形成1個化學鍵。要求：先拼出氨基、羧基，再連接在中心碳原子上(拆卸時，也先拆下與中心碳原子相連的化學基團，然后再將化學基團逐一拆解)。

設計意圖：問題(1)(2)引發學生深入理解氨基酸結構特點。由于缺乏有機化學基礎，學生對于氨基酸結構通式的認識尚有誤區，如多數學生認為其只能寫成教材所示樣式。問題(3)從學生初中學習過的甲烷入手，提示采用基團替換的方式，由甲烷“演變”為氨基酸，目的是使學生建立中心碳原子的概念。

在高中生物教學中恰當運用模型構建，不僅可以為學生學習提供直觀印象，也可以讓學生在自主探究、合作交流的環境中學習，有助于提升學科核心素養。之所以選擇甘氨酸，是因為它是最簡單的氨基酸，構建省時。要求學生先拼出氨基、羧基，再連接在中心碳原子上，是突出中心碳原子的地位，以更好地理解氨基酸結構式中局部(化學基團)和整體的關系。

5.3.4 運用——甄別真假氨基酸

問題：以下哪些是構成蛋白質的氨基酸？

設計意圖：課堂練習是學生運用知識解決實際問題的具體體現。教師設計題目時要注意典型性和有效性。上述幾種化學式是經過精心選擇的：①(半胱氨酸)R基中有硫，目的是讓學生明確氨基酸的元素組成；③(谷氨酸)、⑥(賴氨酸)R基中分別有羧基和氨基，目的是讓學生明白氨基酸“至少”有一個氨基、一個羧基的含義；⑤(色氨酸)R基是學生完全陌生的苯環結構，且羧基不是常規的寫在分子結構式右側“—COOH”的樣式；②④不是氨基酸，原因各有不同(②的氨基、羧基未連接在同一個碳原子上，④沒有羧基)。

5.4 任務3：構建氨基酸脫水縮合形成肽鏈過程

5.4.1 感知——由實物聯想遷移

教師出示一串手鏈實物，提出問題：穿珠子需要線，將氨基酸連接起來也需要“線”，“線”是什么呢？

5.4.2 理解——閱讀教材，闡述肽鍵的形成

問題1：蛋白質是生物大分子，需要將氨基酸結合在一起。若要將21種氨基酸連成長鏈，需要借助氨基酸的共性部分，還是它的個性部分？觀察教材氨基酸脫水縮合示意圖(圖略)及動畫。

問題2：(1)連接兩個氨基酸殘基間的化學鍵是什么鍵？它是如何形成的？(2)在氨基酸的脫水縮合過程中，產生的水中的氫原子、氧原子分別來自于哪里？

5.4.3 鞏固——模仿學習，加深記憶

寫出任意一個由下面指定的3種氨基酸合成三肽的過程：甘氨酸(R:—H)，賴氨酸[R:—(CH2)4—NH2]；天冬氨酸(R:—CH2—COOH)。

問題3：上述三肽能否寫成以下形式？

5.4.4 運用——抽象概括，形成規律

問題4：(1)1條肽鏈中，氨基酸數目和肽鍵數目有怎樣的關系？(2)n個氨基酸脫水縮合形成m條肽鏈，則這m條肽鏈共含有多少個肽鍵？至少含有多少個氨基、多少個羧基？

設計意圖：氨基酸脫水縮合過程是教學的重點和難點。一般這部分內容的處理方式有三種：教師講解；學生手拉手模擬；用球棍模型模擬。筆者認為，這三種模式均具有一定的弊端。高中學生具備一定的自學能力，能看懂教材示意圖，沒有必要采取教師灌輸的方式；“學生手拉手模擬”對于發展學生的邏輯推理能力沒有太大幫助，實非必須；“用球棍模型模擬”較耗時，若已經用球棍模型構建氨基酸，則沒有必要再用此方式。

本部分教學筆者采取的是“問題導學式”模式，即以問題為主線，師生共同參與完成學習任務。本部分的問題設計層層遞進，具有一定的思維含量。問題1為學生搭建思維臺階，通過講“理”使學生更容易理解脫水縮合的過程；問題2旨在幫助學生檢驗自學效果；問題3通過指錯、糾錯，深化學生對正確寫法的認識；問題4通過對脫水縮合的認識，提高蛋白質相關計算的能力；問題5從進化的角度看待脫水縮合的合理性。這些問題很好地鍛煉了學生的邏輯推理能力，充滿了科學課的味道。

5.5 課后作業

問題：(1)多糖和蛋白質都是生物大分子。人們曾經認為蛋白質是遺傳物質，但從未把多糖列為遺傳物質。為什么？(2)很多商家推出了“膠原蛋白口服液”“膠原蛋白”面膜。宣稱具有“美白”“去皺”等功能。請評價產品是否有效。

設計意圖：課后作業是課堂教學的延伸，是教學流程的一個重要環節。問題(1)設問角度新穎，問題暗含氨基酸種類多樣，從而排序多樣的原理，為下節課學習蛋白質的多樣性埋下伏筆；問題(2)聯系社會生活，體現了對知識的學以致用。

6.課后反思

本節課的突出特色有三個方面：一是教師提供了豐富的“感知”素材。有患者的自述、膠原蛋白、味精實物、燉肉圖片等，極大地激發了學生的情緒和興趣。二是采取模型構建活動。模型的運用能化抽象為具體，以達到降低學生認知負荷的效果。三是采用問題驅動式教學模式。本節課問題涉及多層次、多角度，這些問題激發了學生的求知欲，提高了學習的主動性，發展了學生的科學思維能力。

7.總結

學生掌握知識的過程與人類一般認識過程具有共同性，它包括對知識的感知、理解、鞏固和運用等階段。學生心理、感官上的體驗，是課堂教學的有效助推劑。在此基礎上，教師引導學生，使學生從對課程內容最初的直觀感知到抽象的、理性的頓悟，這是教學的中心環節。為達成目標，教師要精心設計問題和活動。學習活動不是一次完成的，它是一個由淺入深、循序漸進的過程。為鞏固學習效果，練習是十分必要的。掌握知識的最終目的在于運用，要讓學生從理解概念、掌握理論到運用知識于實際。