基于生物學核心素養導向的“展探練”教學實踐

張棟彬

“展探練”是對高中生物課堂教學活動的高度凝練，凸顯三個關鍵環節：闖關“展”示、互動“探”究、訓“練”提升。

“展”是在一節課的起始，立足教學實際，通過讓學生“闖關展示”的形式復習鞏固上一節課所探討的知識點的過程。主要以“探究問題、解答習題”的形式，并通過“學生展示問題、質疑評價、教師總結指導”的方式，厘清上一節課所學知識結構與本節課堂知識的內在聯系，從而建構重要概念和知識結構、提升生物學知識應用能力的過程。

“探”是教師引導學生通過小組合作，使學生通過自主探究的方式“發現問題、質疑問題”。教師以靈活多變的方式幫助學生建構重要概念、厘清學習思路。引導幫助學生自探、自學、自我歸納總結，深化提高。最后再通過“師生共探”“生生互探”來解決問題，深化遷移，從而實現共同提高。

“練”是在完成本節課主要學習目標的基礎上，讓學生有針對性地對本節課的重難點理解強化訓練，達到新舊知識結構有效銜接、鞏固、同化和順應的目的，形成知識的拓展延伸，使能力得以提升。教師主要通過訓練精編的母題以及教師編制的原創題，使學生達到學以致用的目的，實現由知識向能力的轉化。

“展探練”教學模式注重“問題教學”和“探究教學”，有利于促進學生主動參與學習、改善學習過程體驗、提升學習品質，凸顯高中生物學的育人價值。

一、教學分析

（一）教材分析

在普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）中，本節課的學習目標著重強調學生理解“蛋白質是細胞的一種重要結構組分，其功能多種多樣，它幾乎參與執行細胞的各項生命活動，而其功能取決于氨基酸的排列順序及其形成的空間結構”。本節的重點講解是從理解蛋白質的功能開始的，指導學生通過資料分析并結合人體組成切實感受蛋白質功能的多樣性，再帶著疑問進一步探究蛋白質結構。教材中安排了一組思考，列舉了幾種構成生物體氨基酸的結構式，通過客觀事實的觀察、分析、歸納，引導學生對“氨基酸的結構”進行理解建構并自然而然地總結出其特點。在此基礎上，結合脫水縮合過程的探究學習，進一步幫助學生理解建構“蛋白質的結構及其功能的多樣性”。教材內容層層遞進，按照“功能→結構→功能”的順序，即從生理現象到微觀分子的重要組成，再到生物體生命活動中出現的生理現象，促進學生建構重要概念和知識結構，理解并形成相應的生命觀念（結構與功能相適應）。掌握本節內容對整個高中生物的學習很重要，為后續許多知識做好了鋪墊，如載體蛋白、酶、抗體等。同時也為深刻理解本節所屬的大概念“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”奠基物質基礎，進而深刻理解結構與功能相統一的生命觀念。

（二）學情分析

學生在初中階段的生物學習中已經對蛋白質和氨基酸有了一定的了解。比如，在學習食物中蛋白質的消化吸收時，學生已經知道蛋白質可以水解為氨基酸。但此時學生的有機化學基礎知識尚不具備，加之本節知識內容多且又較為抽象，這些因素都增加了學習難度。學生在本節內容的學習中，有機化學的知識儲備不足，導致學生不確定氨基、羧基放在不同的方向時氨基酸是否有差異，一些基團的書寫規則不明白，只能硬記。由于不知道氨基酸的不對稱性，導致在氨基酸排序時的先后不太能理解等等，需要教師邏輯清晰的引導學生步步深入，達成課標要求。

（三）教學目標

第一，基于對材料信息的提取、分析、整合與歸納，概述蛋白質功能（科學思維、科學探究）。

第二，基于探究活動對幾種氨基酸進行比較分析，總結構建氨基酸結構模型特點，理解建構蛋白質的形成過程與復雜結構（科學探究、科學思維）。

第三，理解蛋白質的生命性及其在細胞生命活動中的重要性——生命活動的主要承擔者，形成結構與功能相適應的觀點（科學思維、生命觀念）。

第四，聯系生活實際，體會理解蛋白質在生命活動中的重要作用，嘗試用所學知識來解決實際問題，并指導人類合理飲食、健康生活（科學思維、社會責任）。

二、教學過程

本節課教學設計圍繞概念的生成過程展開，在蛋白質相關資料分析中，體會蛋白質功能的多樣性，認同蛋白質是生命活動的主要承擔者。對于難點，通過類比觀察、歸納等構建氨基酸的結構通式，進而引導學生突破難點，了解蛋白質的形成過程，通過小組合作、生生互探、師生共探等方式突破難點。將科學思維貫穿整個教學過程，從而達成本節課教學的目標。

（一）闖關“展”示

配套“‘展探練特色課堂·生物必修2”P33“闖關展示”（5分鐘）。

（二）互動“探”究（25分鐘）

創設情境：在對艾滋病的研究過程中，科學家們發現有1%～2%的HIV 感染者雖然體內含有HIV 病毒，但不會發病。華裔科學家張林琦博士及其同事研究發現，在HIV感染者體內存在3種特殊的小分子蛋白質（α-防御素），它就是令HIV感染者健康存活的關鍵物質。

提出問題： HIV感染者體內的α-防御素有什么作用？蛋白質除此功能外還有什么作用？

【設計意圖】讓學生在情境資料中提取主要信息，并結合內容進行分析，培養科學思維。

互動探究一：分析與思考相關生物學事實，概述蛋白質功能并初步理解蛋白質的生命性及其在生命活動中的重要性。

生物學事實1：蛋白質作為機體的重要組分，在人體中，約占總質量的1/5。人體的肌肉、毛發、骨骼、血液等都是由蛋白質組成。在中國，80 %的老年人都可能缺乏蛋白質，一旦缺乏蛋白質，就會出現掉頭發、指甲斷裂、肌肉減少、免疫力低下、水腫甚至臟器功能受損等情況。

生物學事實2：人體的消化系統中各類消化腺可以分泌各種消化酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等蛋白質，他們可以催化相應的物質水解成單體。如淀粉被淀粉酶水解成葡萄糖，脂肪被脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，蛋白酶水解蛋白質生成氨基酸。凝血酶被激活后，參與凝血的催化作用。如果體內缺少這種酶類，會造成身體出血時血液無法凝固而流血不止。

生物學事實3：脊椎動物的紅細胞主要由血紅蛋白組成，血液的紅色是由血紅蛋白中血紅素鐵離子的光譜特性引起的。血紅蛋白是一種含有血紅素基團的復合金屬蛋白，它負責體內超過98 %的氧氣輸送（剩余的氧氣被溶解在血漿當中）。除此之外，還有些蛋白質也具有運輸的功能。例如細胞膜上的載體蛋白、通道蛋白可以運輸相應的小分子物質進出細胞。

生物學事實4：胰島素作為一種蛋白質，能夠降低餐后血糖濃度、維持血糖平衡。包括胰島素在內的蛋白質類激素存在于機體內，參與生命活動的調節過程。

生物學事實5：細胞膜上有許多糖蛋白，他們可以識別自己和非己成分，在細胞的通信和信息傳遞中起重要作用，如卵子受精時精子需識別卵子細胞膜上相應的糖蛋白。

活動：基于以上材料事實，嘗試概述蛋白質的主要功能有哪些？能否列舉其他例子簡單闡釋蛋白質的相關功能？

【設計意圖】引導學生觀察、分析，培養其歸納和遷移能力，初步理解蛋白質的生命性及其在生命活動中的重要性。

互動探究二：探究蛋白質結構的基本組成單位——氨基酸的特點。

活動1：某同學今天中午吃了一份宮保雞丁，那么其中的蛋白質是否直接變成了他自己身體內的蛋白質呢？如果不是，那這些蛋白質最終以什么形式被他吸收呢？

共同分析討論后得出：蛋白質要在胃蛋白酶、胰蛋白酶、腸肽酶等酶的作用下水解成氨基酸，才被人體小腸吸收，進而被細胞利用合成相應的人體蛋白質。故氨基酸是組成蛋白質的基本單位。

【設計意圖】通過創設貼近生活實際的教學情境，降低學習難度，為下一步教學打下基礎。

活動2：嘗試分析建構：氨基酸的結構及其特點。

基于教材P29“思考·討論”中的四種氨基酸結構（如圖1所示），討論并回答以下問題：

第一，圖1中氨基酸分子由哪些元素組成？其結構有何共性？它們的區別在哪里？

第二，如果分別用人體的軀干、頭部、下肢表示氨基酸的中心碳原子、氫原子、R基，兩手表示氨基和羧基，你可否展示氨基酸的結構？頭部、下肢、兩手所表示的氨基酸組分可以變化嗎？若可以，變化后，氨基酸結構改變嗎？

第三，若各種氨基酸的差異部分用R代表，能否在“展臺”上寫出氨基酸結構通式，并簡要概括其特點？

學生觀察、分析，相互討論并展示成果（模型），最終理解建構：氨基酸的結構及其特點。

【設計意圖】基于具體的探究分析活動，使學生在親身建構“氨基酸結構通式”模型實踐中，培養其科學探究與科學思維素養。

互動探究三：氨基酸→蛋白質。

活動：結合教材，請在“展臺”上獨立畫出“2個氨基酸→二肽”的過程，并簡要概括表述（學生相互演示，相互糾正，并闡述）。

【設計意圖】基于學生自主建?；顒?，引導幫助其理解建構相關概念：①氨基酸→多肽→蛋白質；②脫水縮合反應、肽鏈、二肽、多肽等。

互動探究四：呈現“血紅蛋白形成的示意圖”（如圖2所示），深入觀察分析氨基酸→血紅蛋白的過程，闡釋蛋白質結構的多樣性。

活動：①請6位同學上臺手拉手（彼此間腳不相接），通過調換位置，模擬氨基酸的排序。

②替換或增減同學，重新模擬氨基酸的排序。

③（同學們手拉手）人數和位置固定后，任意兩位同學之間腳與腳相接（表示形成氫鍵），感受體驗蛋白質的空間構象變化。

【設計意圖】基于簡單的游戲體驗，實現學生自主建模，理解與掌握蛋白質結構的多樣性，于潛移默化中培養學生的科學思維。

互動探究五：蛋白質空間結構對其維持功能的重要性。

提問：當蛋白質結構發生變化時，其功能會改變嗎？

【展示資料】當正常血紅蛋白（HbA）的β鏈第6位氨基酸谷氨酸轉變為纈氨酸，于是就形成了非同尋常的血紅蛋白S（HbS）。當氧分壓下降時，血紅蛋白S分子之間相互作用，聚合成為螺旋形多聚體，紅細胞嚴重扭曲成鐮刀狀細胞（即又長又扁），導致紅細胞運輸氧的能力大為降低。

活動：你如何理解這種自然現象？

【與社會的聯系】蛋白質的變性：指的是蛋白質受物理或化學因素的影響，其分子內部結構和性質的改變。一般認為蛋白質的二級結構和三級結構的改變都是變性的結果。

變性的應用：雞蛋、肉類等經高溫后會使蛋白質變性，更易消化。細菌、病毒經過加熱、酸、重金屬處理后因蛋白質變性而滅活。

【設計意圖】基于生活實例分析，使學生理解認同“蛋白質的功能取決于其結構”，最終形成蛋白質的結構與功能觀，深化生命觀念。

（三）訓“練”提升

配套“‘展探練特色課堂·生物必修2”P36～P37“課時作業”（10分鐘）。

三、概念圖構建

在以上教學的基礎上，教師可先引導學生自主構建蛋白質的概念圖，對知識結構進行重新組織和表征，幫助學生思考理解概念的內涵以及概念之間的關聯，進而指導學生對蛋白質概念圖進行修正完善，師生共同構建次序恰當、架構合理的蛋白質概念圖（如圖3所示），從而實現學生知識體系的建構完善和認知結構的優化，以及學科核心素養的有效提升。

四、結語

本文緊緊圍繞著“結構與功能相適應”的基本觀點展開教學。以“蛋白質的功能→蛋白質的基本單位→蛋白質的結構多樣性”為邏輯主線，采用自主探究的教學模式，引導學生層層深入地了解問題的本質。本文關于蛋白質多樣性的原因采用了學生模擬活動，通過學生自主參與構建、比較得出結論。氨基酸結構通式采用歸納概括的方法，由學生在教師設問的引導下，著重培養學生的觀察、分析、概括的科學思維素養。設計一系列的學生探究活動，課堂教學以學生為探究主體，激發他們學習研究生物學的熱情與積極性，學生在活動、閱讀教材、分析推理、語言表達等方面都得到了鍛煉，很好地實現了教學目標，課堂中積極滲透生物學核心素養，教學效果良好，課堂氛圍活躍，面向全體學生，學生參與度很高。

注：本文系河南省教育科學規劃課題“基于生物學核心素養的‘展探練教學模式研究”（項目編號：2022YB1040）的研究成果。