（山東省北鎮(zhèn)中學(xué) 山東濱州 256600）

1 教材分析

本節(jié)選自人教社2019年版高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》第四章第二節(jié)，前面章節(jié)已經(jīng)介紹了蛋白質(zhì)的功能、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能、分泌蛋白的合成和分泌過(guò)程以及被動(dòng)運(yùn)輸，是本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。本節(jié)緊跟在被動(dòng)運(yùn)輸內(nèi)容之后，運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)由小分子到大分子，教材編排由易到難，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞、胞吐都需要消耗能量，都需要蛋白質(zhì)參與才能完成物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容能夠幫助學(xué)生領(lǐng)悟物質(zhì)與能量觀，這又為學(xué)習(xí)第五章“能量供應(yīng)和利用”打下基礎(chǔ)。

2 學(xué)情分析

學(xué)生通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)、細(xì)胞膜、細(xì)胞器等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，初步了解了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)；通過(guò)對(duì)本章第一節(jié)的學(xué)習(xí)，已理解被動(dòng)運(yùn)輸?shù)膶?shí)質(zhì)，能區(qū)分自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)主動(dòng)運(yùn)輸打下了基礎(chǔ)；通過(guò)分泌蛋白的合成和分泌過(guò)程的學(xué)習(xí)，為理解胞吞、胞吐的過(guò)程和意義做了鋪墊。學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般思路和基本原則，具備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本能力，有一定的資料分析和曲線(xiàn)分析能力，但是，還有待提高。

3 教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)對(duì)主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞、胞吐的學(xué)習(xí)，理解物質(zhì)跨膜運(yùn)輸與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)能量的關(guān)系，認(rèn)同細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性基于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，認(rèn)同物質(zhì)跨膜運(yùn)輸與能量相關(guān)，深入理解結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。

②通過(guò)資料分析，培養(yǎng)獲取信息和邏輯推理能力；通過(guò)閱讀教材胞吞、胞吐內(nèi)容，提升歸納與概括的能力。

③根據(jù)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖是否需要蛋白質(zhì)和能量，提高運(yùn)用科學(xué)探究認(rèn)識(shí)自然世界的能力。

④關(guān)注科學(xué)前沿問(wèn)題，了解我國(guó)科學(xué)家的突出貢獻(xiàn)，增強(qiáng)文化自信，增加與社會(huì)的聯(lián)系，滲透人類(lèi)研究跨膜運(yùn)輸方式的社會(huì)意義，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

4 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：主動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍?；胞吞、胞吐的特點(diǎn)。

教學(xué)難點(diǎn)：主動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍?；相關(guān)資料和曲線(xiàn)的分析。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 引入科學(xué)前沿，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

中國(guó)結(jié)構(gòu)生物學(xué)家顏寧與其研究小組在世界上首次解析人源葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白晶體結(jié)構(gòu)。教師播放顏寧在《開(kāi)講啦》192期中的精彩演講視頻，引出葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT蛋白）。

設(shè)計(jì)意圖：教師展示我國(guó)科學(xué)家在世界上的突出成果，增強(qiáng)學(xué)生文化自信，讓學(xué)生通過(guò)了解科學(xué)前沿，認(rèn)識(shí)到高中生物知識(shí)與前沿科學(xué)密切相關(guān)，同時(shí)滲透人類(lèi)研究跨膜運(yùn)輸方式的社會(huì)意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的興趣。

5.2 資料分析，問(wèn)題引導(dǎo)，啟迪思維

接著，教師展示與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸有關(guān)的資料：葡萄糖分子高度親水，無(wú)法自由通過(guò)疏水的生物膜，其進(jìn)出細(xì)胞需要膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白完成。顏寧研究的GLUT蛋白負(fù)責(zé)順濃度梯度將葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，在小腸上皮細(xì)胞存在著運(yùn)輸葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——SGLT1和GLUT2，科學(xué)家通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，將不同葡萄糖濃度下的運(yùn)輸速率繪制了如圖1所示的曲線(xiàn)。

圖1 不同葡萄糖濃度下的運(yùn)輸速率曲線(xiàn)

教師引導(dǎo)學(xué)生分析資料，討論下列問(wèn)題：

①推測(cè)SGLT1轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖是哪種運(yùn)輸方式？是自由擴(kuò)散嗎？如果不是，請(qǐng)說(shuō)明理由。②當(dāng)葡萄糖濃度很低，低于小腸上皮細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度時(shí)，GLUT2轉(zhuǎn)運(yùn)速率為0，SGLT1轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖。這種逆濃度梯度發(fā)生的運(yùn)輸符合協(xié)助擴(kuò)散的特點(diǎn)嗎？③逆濃度梯度的運(yùn)輸能發(fā)生，SGLT1轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖是否需要細(xì)胞提供能量？

設(shè)計(jì)意圖：教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、分析數(shù)據(jù)的能力和邏輯推理能力；并設(shè)置問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)的被動(dòng)運(yùn)輸知識(shí)解答問(wèn)題，明確葡萄糖在逆濃度條件下發(fā)生跨膜運(yùn)輸?shù)臈l件是需要載體蛋白和能量。學(xué)生初步感知同種物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的復(fù)雜性：腸腔葡萄糖濃度極低時(shí)，小腸上皮細(xì)胞通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸吸收葡萄糖；腸腔葡萄糖濃度升高后，主要通過(guò)協(xié)助擴(kuò)散吸收葡萄糖。這樣有助于學(xué)生理解主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊饬x，認(rèn)同生命的自主性。

5.3 學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)史實(shí)驗(yàn)證假設(shè)

教師提出問(wèn)題：葡萄糖逆濃度梯度運(yùn)輸時(shí)，需要載體蛋白和能量。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證你的推論？學(xué)生分小組討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。接著，教師展示科學(xué)史實(shí)：科學(xué)家將離體的小腸上皮細(xì)胞培養(yǎng)液均分成三組，第一組不做處理，第二組加入呼吸酶抑制劑（抑制能量供應(yīng)），第三組加入載體蛋白抑制劑。第二、三組與第一組比較，小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的速率均下降。這證明葡萄糖逆濃度梯度運(yùn)輸時(shí)，需要載體蛋白和能量。

5.4 回歸教材，強(qiáng)化重要概念

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P69-70中的問(wèn)題探討及主動(dòng)運(yùn)輸內(nèi)容，使學(xué)生明確主動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍睿攸c(diǎn)、實(shí)例和意義。教師總結(jié)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍?、特點(diǎn)及意義。

5.5 自主學(xué)習(xí)，提升關(guān)鍵能力

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白雖然能夠幫助許多離子和小分子通過(guò)細(xì)胞膜，但是對(duì)于蛋白質(zhì)和多糖這樣的生物大分子的運(yùn)輸卻無(wú)能為力。細(xì)胞如何運(yùn)輸大分子物質(zhì)？學(xué)生自主學(xué)習(xí)，閱讀教材P70-71中有關(guān)胞吞、胞吐內(nèi)容，總結(jié)胞吞、胞吐的對(duì)象以及特點(diǎn)。

5.6 聯(lián)系社會(huì)，關(guān)注疫情，落實(shí)責(zé)任

教師展示資料，提出問(wèn)題：新冠病毒侵染人體細(xì)胞時(shí)，病毒冠上的刺突蛋白S蛋白首先與人體細(xì)胞表面的ACE2（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2，是人體內(nèi)一種參與血壓調(diào)節(jié)的蛋白，在肺、心臟、腎臟和腸道廣泛存在）相互識(shí)別并被“拽住”。細(xì)胞膜內(nèi)陷形成小囊泡，在能量的作用下，最終小囊泡被“剪切”下來(lái)離開(kāi)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，即新冠病毒進(jìn)入人體細(xì)胞中。新冠病毒侵染的關(guān)鍵在于S蛋白與ACE2結(jié)合。2020年2月，西湖大學(xué)周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室解析出了ACE2的結(jié)構(gòu)，從而可以設(shè)計(jì)針對(duì)S蛋白或ACE2的藥物或抗體，又或者設(shè)計(jì)小分子破壞它們之間的相互作用。這些都為藥物設(shè)計(jì)和檢測(cè)手段的開(kāi)發(fā)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。①新冠病毒通過(guò)哪種運(yùn)輸方式進(jìn)入人體細(xì)胞？請(qǐng)說(shuō)出判斷依據(jù)。②該實(shí)例體現(xiàn)了細(xì)胞膜的什么功能？③新冠病毒主要侵染人體什么細(xì)胞？如何預(yù)防？

設(shè)計(jì)意圖：教師聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到大分子或病毒顆粒通過(guò)胞吞進(jìn)入細(xì)胞需要蛋白質(zhì)和能量，幫助學(xué)生認(rèn)清胞吞、胞吐的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出的功能是相對(duì)的。另外，教師通過(guò)聯(lián)系社會(huì)，使學(xué)生關(guān)注疫情，增強(qiáng)防疫意識(shí)；滲透人類(lèi)研究跨膜運(yùn)輸方式的社會(huì)意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物的熱情，培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題的社會(huì)責(zé)任感。

5.7 繪制概念圖，構(gòu)建知識(shí)體系，深化生命觀念

學(xué)生繪制有關(guān)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞方式的概念圖，構(gòu)建本章知識(shí)體系。教師總結(jié)：①協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程必須依賴(lài)于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。②轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的專(zhuān)一性、空間結(jié)構(gòu)的變化，使細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性。③細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)參與胞吞和胞吐過(guò)程，細(xì)胞膜的流動(dòng)性是胞吞、胞吐過(guò)程的基礎(chǔ)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)決定了細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性，決定了細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出的功能。另外，教師還鼓勵(lì)學(xué)生：清華大學(xué)顏寧小組和西湖大學(xué)周強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室都致力于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。結(jié)構(gòu)決定功能，尤其是對(duì)生命活動(dòng)承擔(dān)者－蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)疾病的預(yù)防和攻克有重大意義。希望在不久的將來(lái)，在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域看到你們的身影。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)自主完成概念圖，建構(gòu)知識(shí)體系；通過(guò)回憶比較不同物質(zhì)運(yùn)輸方式的特點(diǎn)，認(rèn)同細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)決定了細(xì)胞膜有選擇的控制物質(zhì)進(jìn)出。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)職業(yè)，使學(xué)生認(rèn)同研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)的重要性，落實(shí)社會(huì)責(zé)任。