蔣贇婷 徐丹丹 韓 菲*

（1.安徽師范大學(xué)生物教育研究中心 安徽蕪湖 241000）

（2.安徽師范大學(xué)附屬中學(xué) 安徽蕪湖 241000）

1 教材分析

“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”是人教版新教科書《必修1·分子與細(xì)胞》中的第二章“組成細(xì)胞的分子”第四節(jié)。此內(nèi)容涉及《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中的“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動(dòng)的基本單位”大概念。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中要求學(xué)生能夠闡明蛋白質(zhì)通常由21種氨基酸分子組成，它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成。本節(jié)課從知識(shí)的體系看，起著承上啟下的作用，承接本章第一節(jié)中“細(xì)胞內(nèi)含量最多的有機(jī)化合物是蛋白質(zhì)”，啟示后續(xù)學(xué)習(xí)酶、抗體、激素和中心法則等知識(shí)。從內(nèi)容設(shè)置上看，本節(jié)課由蛋白質(zhì)的功能、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性這三部分組成。另外，教科書通過(guò)問(wèn)題探討、本節(jié)聚焦、思考討論、與社會(huì)的聯(lián)系以及生物科學(xué)史話等欄目結(jié)合圖文串聯(lián)教科書內(nèi)容，符合學(xué)生認(rèn)知和思維的發(fā)展規(guī)律。在教學(xué)中，教師要結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)、引擎搜索、演示實(shí)驗(yàn)以及思維導(dǎo)圖的梳理，使學(xué)生深入理解結(jié)構(gòu)與功能觀，從而感知生命觀念，體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，培養(yǎng)科學(xué)思維及社會(huì)責(zé)任。

2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)了解甲烷、乙酸、氨氣等物質(zhì)，理解蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的有機(jī)化合物、有關(guān)食物中蛋白質(zhì)消化吸收的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)前面“細(xì)胞中的元素和化合物”“細(xì)胞中的無(wú)機(jī)物”“細(xì)胞中的糖類和脂質(zhì)”這幾節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生的思維方式開(kāi)始由形象思維能力為主向抽象思維能力為主轉(zhuǎn)化。通過(guò)“細(xì)胞中的元素和化合物”中檢測(cè)生物組織中的蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)掌握用化學(xué)顯色劑來(lái)檢驗(yàn)特定物質(zhì)。通過(guò)第一章“走進(jìn)細(xì)胞”的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)形成一定的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，如保護(hù)生態(tài)、保護(hù)環(huán)境。

但是，學(xué)生還沒(méi)有掌握以下知識(shí)：氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位；氨基酸的分子結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)種類多樣的原因；蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。學(xué)生還不能用結(jié)構(gòu)與功能觀認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的多樣性，形成科學(xué)的自然觀和世界觀，并以此指導(dǎo)探究生命活動(dòng)規(guī)律，解決實(shí)際問(wèn)題；也不能運(yùn)用模型與建模的思維方式闡釋蛋白質(zhì)多樣性的原因。學(xué)生需要認(rèn)同蛋白質(zhì)與人體營(yíng)養(yǎng)、健康等密切相關(guān)，認(rèn)同健康的生活方式。

3 教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)討論蛋白質(zhì)類型，思考糖尿病的治療措施，認(rèn)同蛋白質(zhì)對(duì)生命的重要性，能夠崇尚健康文明的生活方式，成為健康中國(guó)的促進(jìn)者和實(shí)踐者。

②利用“拼裝氨基酸結(jié)構(gòu)分子模型”和“回形針”模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)模型與建構(gòu)的思維方式，建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

③利用網(wǎng)絡(luò)引擎搜索“protein structure”，獲取蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息，篩選、總結(jié)歸納有關(guān)蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的信息，基于事實(shí)和證據(jù)闡釋蛋白質(zhì)多樣性的原因。

④通過(guò)設(shè)計(jì)“檢測(cè)蛋白和蛋清中的肽鍵”實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用科學(xué)探究的基本思路和方法，深入學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)。

⑤通過(guò)融入“世界第一個(gè)人工合成蛋白質(zhì)的誕生”科學(xué)史，認(rèn)同探究是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，同時(shí)認(rèn)識(shí)到科學(xué)家勇于探索、堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神。

4 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：蛋白質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)；氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其形成蛋白質(zhì)的過(guò)程。

教學(xué)難點(diǎn)：氨基酸形成蛋白質(zhì)的過(guò)程；蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能多樣性的原因。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 真實(shí)情境，激趣導(dǎo)入

教師播放關(guān)于“糖尿病”的視頻，提出問(wèn)題：糖尿病的類型有哪些？胰島素的作用機(jī)制是什么？結(jié)合生活實(shí)際想一想，蛋白質(zhì)與人類的生命活動(dòng)還有哪些聯(lián)系？這樣引出本節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用“糖尿病”社會(huì)的熱點(diǎn)問(wèn)題導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。糖尿病是生活中較為常見(jiàn)的疾病，學(xué)生對(duì)其有一些基本的認(rèn)知，知道胰島素是能夠治療糖尿病的藥物。這樣的導(dǎo)入能夠讓學(xué)生關(guān)注“如何治療糖尿病”這個(gè)社會(huì)議題，促進(jìn)學(xué)生參與討論并作出理性解釋，從而認(rèn)同健康文明的生活方式，成為健康中國(guó)的促進(jìn)者和實(shí)踐者。并且，目前國(guó)內(nèi)外的考試評(píng)價(jià)都趨向于考查學(xué)生在真實(shí)情境下的應(yīng)用能力，教師借此機(jī)會(huì)可以幫助學(xué)生深度理解胰島素的作用機(jī)制以及糖尿病的類型，拓寬學(xué)生的視野。

5.2 蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸

教師出示“手術(shù)過(guò)程中使用的縫合線”圖片，展示資料，引導(dǎo)學(xué)生思考：手術(shù)縫合線是從某些動(dòng)物組織中提取的膠原蛋白制作而成的。為什么這種縫合線可以被人體組織吸收？它能被人體組織直接吸收嗎？若不能，那這種縫合線是發(fā)生什么化學(xué)變化才能被吸收？

作為手術(shù)縫合線的膠原蛋白之所以能被人體組織吸收，是因?yàn)槟z原蛋白能被分解為可以被人體吸收的氨基酸。由此，教師引出“氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位”。

接著，教師結(jié)合“思考討論”欄目，引導(dǎo)學(xué)生觀察4種氨基酸的結(jié)構(gòu)，總結(jié)這些結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)，尋找“氨基酸”這一名詞與其分子結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

然后，教師介紹氨基酸分子模型指出代表氨基、羧基、R基和H的部分。學(xué)生結(jié)合剛剛的觀察和討論，兩人一組，試著裝出甘氨酸和丙氨酸的分子模型。學(xué)生組裝后的作品如圖1和圖2所示。組裝完成后，學(xué)生嘗試畫出氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式。

圖1 學(xué)生作品甘氨酸分子模型

圖2 學(xué)生作品丙氨酸分子模型

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)比4種氨基酸的結(jié)構(gòu)，找出異同點(diǎn)；并通過(guò)組裝甘氨酸和丙氨酸的分子模型，深刻理解氨基酸的分子結(jié)構(gòu)；并以此模型構(gòu)建氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式，畫出結(jié)構(gòu)通式，發(fā)展科學(xué)思維。

5.3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性

教師出示資料，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突：在人體中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸只有21種；而人體中的蛋白質(zhì)多達(dá)10萬(wàn)種以上。為什么氨基酸的種類如此有限，卻構(gòu)成了種類繁多、功能多樣的蛋白質(zhì)呢？

接著，教師組織學(xué)生開(kāi)展“回形針”模擬實(shí)驗(yàn)。教師結(jié)合動(dòng)畫，講解氨基酸脫水縮合的過(guò)程。學(xué)生用不同顏色的回形針模擬氨基酸脫水縮合形成肽鏈，體會(huì)由于氨基酸的種類和排列順序的不同可以脫水縮合成種類繁多的肽鏈。

教師介紹“雅虎”搜索引擎，并現(xiàn)場(chǎng)輸入“protein structure”得到英文圖片資料（圖3），引導(dǎo)學(xué)生翻譯英文資料，得到有關(guān)蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。

圖3 網(wǎng)絡(luò)搜索“蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)”截圖

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合動(dòng)畫講解脫水縮合的過(guò)程更直觀，學(xué)生更易理解。另外，學(xué)生用不同顏色的回形針模擬脫水縮合形成肽鏈，構(gòu)建肽鏈形成的模型，培養(yǎng)了模型與建構(gòu)的科學(xué)思維。教師介紹搜索引擎的使用，教會(huì)學(xué)生查找、篩選、總結(jié)歸納信息，提升學(xué)生收集信息、解決問(wèn)題的能力。學(xué)生翻譯英文資料，一方面滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，增加學(xué)習(xí)的趣味性；另一方面引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生物學(xué)前沿，能夠基于搜索到的“蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)圖”，運(yùn)用模型來(lái)闡述蛋白質(zhì)種類以及功能多樣的原因，從而發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維。

教師介紹蛋白質(zhì)變性的含義和原因，結(jié)合“蛋白質(zhì)鑒定實(shí)驗(yàn)”，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)是蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變而肽鍵沒(méi)有斷裂。

設(shè)計(jì)意圖：在前面“蛋白質(zhì)鑒定”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生已經(jīng)清楚實(shí)驗(yàn)原理是Cu2+與肽鍵在堿性條件下形成紫色絡(luò)合物。學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)蛋白質(zhì)變性本質(zhì)是蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變而不是肽鍵斷裂的實(shí)驗(yàn)，能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，并且能夠進(jìn)行提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流與討論。另外，學(xué)生在探究的過(guò)程中，能夠增強(qiáng)對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進(jìn)而提升科學(xué)探究的能力。

5.4 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)

教師展示蛋白質(zhì)功能舉例的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考：正是由于不同種類氨基酸的排列順序千變?nèi)f化，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，才造就了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的多樣性。那么，蛋白質(zhì)在人的生命活動(dòng)中都有哪些功能呢？

教師出示人正常血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)和鐮狀紅細(xì)胞的圖片，提出問(wèn)題：每一種蛋白質(zhì)分子都有與它所承擔(dān)功能相適應(yīng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。如果氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變，會(huì)不會(huì)影響功能呢？

設(shè)計(jì)意圖：教師深入挖掘教材，促進(jìn)學(xué)生樹(shù)立蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的生命觀念，使其認(rèn)識(shí)到每一種蛋白質(zhì)分子都有與它所承擔(dān)功能相適應(yīng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，如果氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變，會(huì)影響它的功能。

5.5 世界上第一個(gè)人工合成蛋白質(zhì)

教師展示我國(guó)結(jié)晶牛胰島素合成的資料，結(jié)合科學(xué)史講解世界第一個(gè)人工合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，使學(xué)生了解我國(guó)在蛋白質(zhì)合成方面的巨大成就，學(xué)習(xí)科學(xué)家勇于探索、堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神。

5.6 利用思維導(dǎo)圖，深化科學(xué)思維

教師在教學(xué)過(guò)程中，用思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)板書內(nèi)容（圖4）。在講授完新課后，讓學(xué)生以思維導(dǎo)圖的形式總結(jié)“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”這一節(jié)的科學(xué)概念。

圖4 思維導(dǎo)圖及板書設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)思維導(dǎo)圖的梳理，學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能有了更深刻的認(rèn)識(shí)，并且充分發(fā)展了歸納與概括的能力，從而培養(yǎng)了科學(xué)思維。

6 教學(xué)反思

本教學(xué)設(shè)計(jì)將核心素養(yǎng)中的生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任融入到“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”這一節(jié)課程內(nèi)容中（圖5）。教師結(jié)合學(xué)生生活實(shí)際，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)引擎搜索、演示實(shí)驗(yàn)以及思維導(dǎo)圖的梳理，讓學(xué)生深入理解結(jié)構(gòu)與功能觀，從而讓學(xué)生感知生命觀念，并且在這個(gè)過(guò)程中體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維及社會(huì)責(zé)任。

圖5 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與課堂教學(xué)融入核心素養(yǎng)的路徑圖（改編自荊林海圖）

教師列舉貼合學(xué)生實(shí)際的科學(xué)例子，更容易激起學(xué)生的共鳴，提高學(xué)生的課堂參與度。實(shí)施適當(dāng)?shù)膭?dòng)手操作有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓抽象的知識(shí)變得直觀和具體，使科學(xué)概念的學(xué)習(xí)落實(shí)更到位。另外，“授之以魚不如授之以漁”，教師要注意教會(huì)學(xué)生檢索信息的方法，提升學(xué)生收集信息的能力。在教授新課的過(guò)程中，教師以思維導(dǎo)圖的形式展示板書，為學(xué)生搭建了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)學(xué)生更好地吸收所學(xué)知識(shí)。學(xué)生在課后梳理了思維導(dǎo)圖，發(fā)展了歸納概括能力。思維導(dǎo)圖有助于促進(jìn)思維發(fā)展的多向性、綜合性和跳躍性，它賦予思維以最大的開(kāi)放性和靈活性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想思維、類比思維、形象思維、靈感思維、辨證思維及創(chuàng)造思維，有利于提高思維的連續(xù)性、深刻性、批判性等思維品質(zhì)。試想若今后在進(jìn)行板書設(shè)計(jì)時(shí)，把對(duì)應(yīng)的科學(xué)知識(shí)經(jīng)過(guò)加工處理設(shè)計(jì)成思維導(dǎo)圖的形式展示給學(xué)生，讓學(xué)生借助教師的點(diǎn)撥進(jìn)行梳理和領(lǐng)悟，更能有效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。