許 暉

(浙江省溫州中學(xué) 325014)

1 教材分析

“蛋白質(zhì)”是浙科版高中生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》第1章第3節(jié)內(nèi)容，以蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)重要的生物大分子這一重要概念為認(rèn)知目標(biāo)，包括細(xì)胞功能主要由蛋白質(zhì)完成、氨基酸是蛋白質(zhì)的基本單位、蛋白質(zhì)功能取決于其三維結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。正確理解氨基酸序列與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，形成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點(diǎn)，將為以后學(xué)習(xí)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型、跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、酶的催化機(jī)理、突觸的信號(hào)傳遞、人體免疫、基因表達(dá)和中性突變等內(nèi)容打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)生通過(guò)初中階段學(xué)習(xí)已經(jīng)知道氨基酸是蛋白質(zhì)的消化終產(chǎn)物，但對(duì)于尚不具備有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的高一學(xué)生來(lái)說(shuō)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的知識(shí)非常抽象，難以理解。鑒于以上分析，確定本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)為：細(xì)胞功能主要由蛋白質(zhì)完成、氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程；教學(xué)難點(diǎn)為：蛋白質(zhì)功能取決于其三維結(jié)構(gòu)。以事實(shí)材料和實(shí)踐活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行概念學(xué)習(xí)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo) 舉例說(shuō)明細(xì)胞功能主要由蛋白質(zhì)完成，概述許多氨基酸通過(guò)脫水縮合反應(yīng)形成多肽的過(guò)程，概述氨基酸的親水性、親脂性對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。

2.2 能力目標(biāo) 在多肽模型的基礎(chǔ)上制作蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)解釋蛋白質(zhì)功能與其三維結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

2.3 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 能夠針對(duì)生活實(shí)踐中某些蛋白質(zhì)變性現(xiàn)象提出預(yù)防措施。

3 教學(xué)過(guò)程

將全班40個(gè)學(xué)生分為A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E210個(gè)小組。在小組活動(dòng)時(shí)，字母相同的兩個(gè)小組的活動(dòng)任務(wù)相同。

3.1 蛋白質(zhì)的功能多樣性 蛋白質(zhì)多種多樣的重要功能具體表現(xiàn)在哪些地方呢？讓學(xué)生閱讀教材和仔細(xì)觀察圖1內(nèi)容，回答問(wèn)題：①蛋白質(zhì)分子與你熟悉的其他物質(zhì)比較，有何不同？②蛋白質(zhì)分子的特定形狀在其行使生物學(xué)功能時(shí)，有何作用？然后學(xué)生自由發(fā)言，并將蛋白質(zhì)與水、氯化鈉、葡萄糖和淀粉等物質(zhì)進(jìn)行比較，從而認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)是生物大分子，蛋白質(zhì)功能與其特定形狀密切相關(guān)。

圖1 蛋白質(zhì)具有多種多樣的重要功能

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)圖片形式提供豐富的事實(shí)材料來(lái)明確教學(xué)指向，即多種多樣的蛋白質(zhì)功能與其特定形狀有關(guān)，為學(xué)生形成概念提供支撐?！盎卮饐?wèn)題”作為過(guò)程性練習(xí)起到學(xué)習(xí)支架的作用。

3.2 氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 氨基酸是蛋白質(zhì)的基本單位，它的分子結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？讓學(xué)生閱讀資料：①羧酸是指含有羧基(―COOH)的有機(jī)物分子，―COOH在一定酸堿環(huán)境中可以電離出質(zhì)子(―COO-+ H+)；乙酸就是一種羧酸。②氨基的寫法是―NH2。③氨基酸是指含有氨基的羧酸。試寫出下面幾種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)式：甲烷：________乙酸：________ 氨基酸：________。

進(jìn)一步讓學(xué)生閱讀教材和圖2，回答問(wèn)題：①組成蛋白質(zhì)的氨基酸共有多少種？②怎樣書寫它們的結(jié)構(gòu)通式？

閱讀教材和圖3，回答問(wèn)題：①組成蛋白質(zhì)的是哪一類氨基酸？②有些氨基酸是親水的，有些氨基酸是親脂的，試給出合理解釋。教師請(qǐng)一位學(xué)生板演從甲烷到氨基酸的分子變化過(guò)程。之后在多媒體展示臺(tái)上呈現(xiàn)幾位學(xué)生書寫的不一樣的氨基酸結(jié)構(gòu)通式，它們反映了相同的分子結(jié)構(gòu)。最后學(xué)生討論氨基酸的親水性和親脂性。

圖2 幾種組成蛋白質(zhì)的氨基酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖3 幾種不同類型的氨基酸的結(jié)構(gòu)通式

設(shè)計(jì)意圖：把“核心元素碳→甲烷→乙酸→氨基酸→二肽→多肽→蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)的功能”作為推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程的主線，符合認(rèn)知規(guī)律，有利于形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)。對(duì)不同氨基酸分子結(jié)構(gòu)的分析討論，有助于掌握組成蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和理解氨基酸的親水性、親脂性。

3.3 二肽、多肽(肽鏈)的形成 為各個(gè)小組提供氨基酸總數(shù)相同，標(biāo)記有氨基末端、羧基末端的肽鏈模型(由鉛絲串聯(lián)兩種顏色顆粒而形成)。紅色顆粒表示親水性氨基酸，黑色顆粒表示親脂性氨基酸。A組模型(6肽、106肽)，B組模型(5肽、6肽、101肽)，C組模型(112肽)，D組模型(112肽)，E組模型(112肽)。

讓學(xué)生閱讀教材，小組合作，完成活動(dòng)任務(wù)：一張紙片上寫有丙氨酸，另一張紙片上寫有甘氨酸。紙片是可以折疊的，還有一個(gè)用于粘貼的固體膠棒。請(qǐng)模擬1個(gè)丙氨酸和1個(gè)甘氨酸形成二肽。

小組合作，回答問(wèn)題：①你們模擬的二肽與其他小組的二肽一樣嗎？怎樣書寫肽鍵？②你們小組的所有肽鏈(可能只有一條肽鏈)在形成過(guò)程中共脫去幾個(gè)水分子？與其他小組的答案一樣嗎？為什么？③一條肽鏈有幾個(gè)氨基、羧基？④你們小組的肽鏈與其他小組的肽鏈具體有哪些不同呢？

圖4 甘氨酰丙氨酸(左)和丙氨酰甘氨酸(右)

最后各小組進(jìn)行討論分享交流。各個(gè)小組完成模擬實(shí)驗(yàn)以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)存在兩種二肽分子(圖4)，問(wèn)題①也迅速在小組內(nèi)得到解決。在關(guān)于脫去幾個(gè)水分子和肽鏈有何不同的討論中，小組間必須充分交換各自所需信息，才能通過(guò)歸納概括得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展小組內(nèi)合作和小組間合作。模擬活動(dòng)以及后續(xù)討論的教學(xué)設(shè)計(jì)指向成就標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生在由內(nèi)而外的知識(shí)輸出過(guò)程中深化對(duì)知識(shí)的理解。

3.4 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性 蛋白質(zhì)為什么會(huì)有多種多樣的三維結(jié)構(gòu)？肽鏈?zhǔn)窃鯓訕?gòu)成蛋白質(zhì)的？

3.4.1 閱讀教材，小組合作，完成活動(dòng)任務(wù) A組、B組、C組：嘗試把你們最長(zhǎng)的肽鏈盤曲折疊成親水的蛋白質(zhì)；D組：嘗試把你們的肽鏈盤曲折疊成一半親水、一半親脂的蛋白質(zhì)；E組：嘗試把你們的肽鏈盤曲折疊成兩頭親水、中間親脂的蛋白質(zhì)。

3.4.2 小組合作，回答問(wèn)題 問(wèn)題設(shè)置：①A組是否完成了活動(dòng)任務(wù)？(如果A組對(duì)任務(wù)表示疑義，請(qǐng)說(shuō)明理由；如果A組表示完成任務(wù)，請(qǐng)對(duì)建構(gòu)的親水蛋白質(zhì)模型進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)際上，A組肽鏈模型中的親水性、親脂性氨基酸隨機(jī)排列，不能形成親水蛋白質(zhì)。)②比較各組的蛋白質(zhì)模型，大組間不同，大組內(nèi)相似，你可以得出什么結(jié)論？③如果強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或高溫破壞了蛋白質(zhì)分子內(nèi)氨基酸之間相互作用力，對(duì)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)有何影響？④怎樣防止疫苗、血液等生物制品發(fā)生蛋白質(zhì)變性？

3.4.3 分享交流 首先是A組派出代表手拿肽鏈模型介紹活動(dòng)任務(wù)的完成情況，“親水性、親脂性氨基酸隨機(jī)排列”有可能引發(fā)哄堂大笑。學(xué)生們針對(duì)各組蛋白質(zhì)模型為何不同的討論，聚焦氨基酸分子間相互作用，自然也就解釋了蛋白質(zhì)變性的現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：模擬活動(dòng)的結(jié)果具有不確定性，同時(shí)它又作為課堂生成的事實(shí)材料，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與其氨基酸序列有關(guān)，甚至領(lǐng)悟氨基酸序列中不同氨基酸在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)形成中所起的作用大小是不一樣的。

4 教學(xué)反思

這節(jié)課以環(huán)環(huán)相扣的活動(dòng)任務(wù)來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)程，凸顯自主合作探究的學(xué)習(xí)方式，在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都精心設(shè)計(jì)問(wèn)題情境作為活動(dòng)載體和學(xué)習(xí)支架。豐富的事實(shí)材料既有教師提供的，也有課堂生成的二肽、蛋白質(zhì)模型，為學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)提供了強(qiáng)有力的支撐。模擬活動(dòng)不僅是學(xué)習(xí)內(nèi)化的過(guò)程，還是知識(shí)輸出的過(guò)程，有助于深入理解和遷移運(yùn)用。建構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型活動(dòng)結(jié)果的不確定性，又讓學(xué)生經(jīng)歷了不一樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)也能較好地推動(dòng)生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。