《細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出》教學(xué)設(shè)計

基于PBL教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計——以《細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出》為例PBL教學(xué)模式具有很強的動態(tài)性，至在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過小組協(xié)作主動探索學(xué)習(xí)中的問題，從而解決問題、克服挑戰(zhàn)，提高自主學(xué)習(xí)能力和批判性思維的一種教學(xué)模式。目前，PBL教學(xué)模式在高中生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)用不成熟，尚未得到推廣使用，若能將PBL教學(xué)模式有效地應(yīng)用到高中生物學(xué)課堂教學(xué)中，一方面能夠?qū)⑦@種模式與課堂教學(xué)進行整合，促進教學(xué)方式的變革；另一方面能夠提高學(xué)生的參與度，符合新課標(biāo)對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。1.教材分析及設(shè)計思路人教版高中生物必修學(xué)一中第四章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出”共包括兩個小節(jié)，主要介紹了被動運輸、主動運輸、胞吞胞吐的特點等內(nèi)容。以往的教學(xué)模式大多是通過回顧第三章“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能”中細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型；以及第二章“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”中蛋白質(zhì)的識別功能和載體功能來開展，這種按部就班的教學(xué)模式忽視了新課改中“讓學(xué)生成為課堂的主人”的要求，違背了新課標(biāo)中強調(diào)的“教學(xué)過程重實踐”的基本理念。因此，本教學(xué)設(shè)計采用“PBL教學(xué)模式”，在下文展開敘述。教學(xué)目標(biāo)依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，制定以下教學(xué)目標(biāo):從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點出發(fā)，基于細(xì)胞膜的選擇透性，理解本節(jié)課的核心概念（簡單擴散、協(xié)助擴散和主動運輸?shù)奶攸c），認(rèn)同生命的自主性，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，從而更加深刻地理解生命的本質(zhì)。1、掌握根據(jù)資料中的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、推理分析等能力。采用表格、動畫等形式，培養(yǎng)學(xué)生的提取和總結(jié)信息的能力，2、基于設(shè)計小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖這一實驗，體驗科學(xué)探究的一般過程，能夠根據(jù)相關(guān)知識驗證生活中的相關(guān)現(xiàn)象。3、結(jié)合物質(zhì)進出細(xì)胞的方式，解釋常見的生物學(xué)現(xiàn)象，分析和解決諸如蔬菜失水、機體水腫等問題，宣揚健康生活的理念。教學(xué)重難點物質(zhì)跨膜運輸?shù)念愋图疤攸c；主動運輸和被動運輸?shù)膮^(qū)別。教學(xué)過程4.1創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課表SEQ表\*ARABIC1某護膚品成分表水甘油水楊酸水解膠原蛋白二苯酮-3谷胱甘肽蝦青素透明質(zhì)酸教師出示某護膚品的成分表（表1），提出問題：這些護膚成分作用于細(xì)胞的方式相同嗎？它們是如何進入細(xì)胞而起作用的？學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識分析該成分表，教師順勢引出“細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出”這一專題。設(shè)計意圖：將課本內(nèi)容和學(xué)生常用的護膚品相聯(lián)系，巧妙引出課題，提高了學(xué)生的求知興趣和主動性，培養(yǎng)他們由現(xiàn)象深入事物本質(zhì)的探究精神和理論聯(lián)系實際的能力。4.2聯(lián)系生活，引出自由擴散的概念教師列舉生活中的常見情景，并向?qū)W生發(fā)問：①教學(xué)樓前的月季花因干旱變得萎焉，澆水后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生回答：花瓣會重新變得堅挺，因為澆水后能花瓣細(xì)胞吸收水分。②用糖拌番茄，一段時間后，盤子里多出的水份從哪里來？學(xué)生回答：水是從番茄的細(xì)胞中滲出來的。這時教師要求學(xué)生模仿舉出相似的例子，學(xué)生舉手踴躍回答：大量施肥，莊稼會出現(xiàn)“燒苗”現(xiàn)象。設(shè)計意圖：教師將學(xué)生熟悉的生活實例引入課堂，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂積極性。教師繼續(xù)展示O2、CO2進出肺泡及小腸上皮細(xì)胞吸收甘油的動畫，讓學(xué)生按照學(xué)習(xí)小組討論以下問題：水分子進出細(xì)胞的量取決于什么？與甘油進出小腸上皮細(xì)胞的方式類似嗎？他們進出細(xì)胞的方向如何？甘油、水分子、O2及CO2進出細(xì)胞有哪些共同特點？學(xué)生結(jié)合課本在小組內(nèi)互相交流想法，總結(jié)出自由擴散的概念及主要特點，教師利用“希沃授課助手”軟件的拍照功能，把學(xué)生的討論成果展示在多媒體上，然后由小組代表上臺說明，其他小組補充完善。設(shè)計意圖：將課本內(nèi)容和學(xué)生常見的現(xiàn)象相聯(lián)系，教師巧妙設(shè)疑，引而不發(fā)，讓學(xué)生在真實的問題情景中進行探究，激發(fā)了學(xué)生探究的積極性，通過信息技術(shù)展示小組成果，能直觀地讓教師和學(xué)生了解各小組的作答情況。4.3問題驅(qū)動，總結(jié)協(xié)助擴散的概念教師通過模擬動畫向?qū)W生展示人工無蛋白質(zhì)的脂雙層膜和人體紅細(xì)胞膜對葡萄糖分子的通透性，并提出問題：人工脂雙層膜和紅細(xì)胞膜在組成結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？葡萄糖分子能被紅細(xì)胞吸收，但卻不能通過無蛋白的脂雙層膜，這種現(xiàn)象該如何解釋？葡萄糖進入紅細(xì)胞的運輸方式是什么？學(xué)生分小組進行討論，同時教師深入其中與學(xué)生充分交流，在學(xué)生一籌莫展時，引導(dǎo)他們回憶細(xì)胞膜的組成成分和蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運功能等知識點，最后由各個小組的學(xué)生共同總結(jié)出協(xié)助擴散的概念及特點。此時教師繼續(xù)展示協(xié)助擴散和自由擴散的模式圖，讓其中一組學(xué)生說出自由擴散和協(xié)助擴散的區(qū)別，并繪制出物質(zhì)濃度及蛋白質(zhì)載體的種類和數(shù)量對這兩種方式運輸速率影響的曲線圖，針對這一小組的回答及繪制出的曲線圖，由其他小組和教師共同點評，最終形成對于協(xié)助擴散概念的系統(tǒng)性認(rèn)識。設(shè)計意圖：師生互動能夠營造民主和諧的課堂教學(xué)氣氛，充分調(diào)動學(xué)生的思維；師生評價，有助于知識點的深化及查漏補缺；通過比較兩種運輸方式的異同點及繪制相關(guān)的曲線圖，培養(yǎng)了學(xué)生能夠以特定的生物學(xué)事實為基礎(chǔ)形成簡單的生物學(xué)概念，并用文字或圖示的方式正確表達，進而用其解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象的科學(xué)思維能力[1]。4.4學(xué)生設(shè)計實驗，自主探究主動運輸概念多媒體展示小腸上皮細(xì)胞吸收氨基酸和葡萄糖的示意圖，并提出問題；小腸上皮細(xì)胞為什么能夠逆濃度梯度攝取氨基酸和葡萄糖？該如何設(shè)計實驗來驗證你的推論？學(xué)生分小組討論實驗的設(shè)計思路及流程。接著，教師展示相關(guān)科學(xué)史：科學(xué)家將小腸絨毛上皮細(xì)胞的培養(yǎng)液均分為三組，第一組加入ATP酶抑制劑，第二組加入載體蛋白抑制劑，第三組加入等量的水，經(jīng)觀察，第一、二組與第三組相比，小腸絨毛上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的速率明顯下降。這說明小腸絨毛上皮細(xì)胞吸收葡萄糖需要能量和載體蛋白的協(xié)助。教師繼續(xù)提問：物質(zhì)逆濃度梯度進出細(xì)胞是特例還是普遍現(xiàn)象？繼而展示以下資料：①人的紅細(xì)胞中鈉離子濃度是血漿中的六分之一，而鉀離子濃度卻比血漿中高出30倍。②教材“問題探究”欄目中甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞中I-濃度高出海水20～25倍。學(xué)生結(jié)合以上資料進行小組討論，第一小組發(fā)現(xiàn)為了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，即使細(xì)胞內(nèi)某些離子的濃度比外界大，細(xì)胞仍然要吸收這些離子以進行正常的生命活動。第二小組的成員提出：離子由低濃度向高濃度運輸，與上一節(jié)被動運輸?shù)闹R點相沖突，那這種運輸方式是如何實現(xiàn)的呢？教師根據(jù)初中物理所學(xué)的勢能知識點，提示學(xué)生噴泉中的水由低處噴向高出需要一定的動力。接著要求各個小組之間交流想法，最終學(xué)生由能量守恒定律總結(jié)出：物質(zhì)逆濃度梯度運輸與協(xié)助擴散相比需要能量來提供動力，這時教師讓學(xué)生觀看主動運輸方式的動畫，學(xué)生小組討論后概括出主動運輸?shù)母拍詈吞攸c以及主動運輸與被動運輸?shù)膮^(qū)別，完成以下表格，并由代表在黑板上展示。表SEQ表\*ARABIC2主動運輸與被動運輸?shù)膮^(qū)別小分子與離子被動運輸主動運輸簡單擴散協(xié)助擴散運輸方向是否需要載體是否耗能設(shè)計意圖：主動運輸在本節(jié)中既是重點也是難點，在突破該知識點時需要學(xué)生自主思考、合作討論，教師共同總結(jié)來完成，以強化學(xué)生對于知識的理解和掌握。教師展示大量資料，有助于培養(yǎng)學(xué)生的資料分析能力。小組成員到黑板上展示學(xué)習(xí)成果，有助于提高學(xué)生的自信心。4.5聯(lián)系社會，關(guān)注疫情，總結(jié)胞吞胞吐概念根據(jù)被動運輸和主動運輸方式的特點，教師提問：對于多糖和蛋白質(zhì)這樣的大分子物質(zhì)能夠以上述方式進出細(xì)胞嗎？學(xué)生回答：被動運輸和主動運輸是針對離子和小分子物質(zhì)的跨膜運輸方式。繼續(xù)設(shè)疑:對于大分子物質(zhì)，細(xì)胞將通過什么方式來控制物質(zhì)進出細(xì)胞？教師展示資料：新冠病毒入侵人體細(xì)胞時，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）相互識別[2]，引起細(xì)胞膜內(nèi)陷，形成小囊并包裹著S蛋白，之后在ATP的作用下與細(xì)胞分離，形成囊泡，進入細(xì)胞內(nèi)引起感染。提出問題：①新冠病毒通過何種運輸方式進入人體細(xì)胞？②該實例與分泌蛋白進出細(xì)胞的方式相同嗎？③如何預(yù)防新冠病毒？學(xué)生分小組思考討論五分鐘后，教師繼續(xù)播放分泌蛋白合成和運輸及顯微鏡下變形蟲攝食和排泄的視頻，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出這種運輸方式叫胞吞、胞吐，并且兩者都需要消耗能量，在生物體中普遍存在。設(shè)計意圖：教師展示資料，使學(xué)生認(rèn)識到大分子物質(zhì)通過胞吞、胞吐進入細(xì)胞，并消耗能量；聯(lián)系時代背景，既將社會熱點搬進了課堂，又能增強學(xué)生的防疫意識。4.6繪制概念圖，構(gòu)建知識體系教師引導(dǎo)學(xué)生回憶本節(jié)課所學(xué)習(xí)的物質(zhì)運輸方式，并請學(xué)生畫出本節(jié)課的概念圖。另外，要求學(xué)生對表1中某護膚品成分表中各種物質(zhì)進入細(xì)胞的方式進行歸類（表2），針對學(xué)生的疑問教師在旁邊加以引導(dǎo)。最后教師總結(jié)：①協(xié)助擴散和主動運輸必需要有載體蛋白的協(xié)助。②載體蛋白的飽和性和專一性，使細(xì)胞膜具有選擇透過性。③細(xì)胞膜的流動性和膜上的蛋白是胞吞、胞吐過程進行的基礎(chǔ)。設(shè)計意圖:通過繪制概念圖的形式，有利于學(xué)生歸納整理本節(jié)課內(nèi)容；再次展現(xiàn)課前所提到的護膚品成分表，前后對應(yīng)，增加課的完整性，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主解決生活中所遇到的問題的能力，同時也增加了學(xué)生對于生物學(xué)科的興趣。圖SEQ圖\*ARABIC1物質(zhì)的運輸方式概念圖表SEQ表\*ARABIC3護膚品成分跨膜運輸方式跨膜運輸方式護膚品成分自由擴散水、甘油、水楊酸、蝦青素、二苯酮-3協(xié)助擴散谷胱甘肽主動運輸透明質(zhì)酸胞吞、胞吐水解膠原蛋白5.教學(xué)反思PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)最