让学生像科学家那样探索——“主动运输与胞吞、胞吐”同题异构教学设计及评析

王 菁

（江苏省天一中学 江苏无锡 214101）

随着新课程标准和新教材的推行，其开放性、综合性和灵动性与教师过去的教学习惯和教学经验产生了强烈的冲突。“同题异构”作为校本教研模式越来越受到广大教师的关注和参与。下面就教研活动观摩的两节同题异构课人教版《必修1·分子与细胞》第四章第二节“主动运输与胞吞、胞吐”，从课题导入、教学过程、课堂总结3个方面进行对比评析。

1 “主动运输与胞吞、胞吐”的教学设计和评析

1.1 课堂导入

教师甲播放小肠绒毛上皮细胞吸收各种营养物质的视频，提问：上述实例中葡萄糖、氨基酸和K+等物质是如何逆浓度梯度进入细胞的？请联想自己骑车上、下坡的经验，推测物质逆浓度梯度运输是否需要细胞提供能量。在学生充满兴趣的争论中，教师未作正面解答，而是留下悬念，顺势导入本节的课题。

教师乙：人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料，甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液中高20～30倍。甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？教师创设情境，同时呈现人教版教材第69页中的“问题探讨”，要求学生思考讨论，从而导入本节的课题。

评析：一个新颖、生动的课堂导入可以尽快集中学生注意力充分激发学生的兴趣和探究的欲望，进而展开积极思考。2位教师都精心设置了导入环节，通过创设情境来提出问题。教师甲引入视频，首先给学生以强烈的感官刺激，吸引了学生的眼球，虽然提出的是跟乙相似的问题，学生明显更感兴趣，对问题的答案还产生了争议，而教师的笑而未答促使了学生去思考和探究科学的理论依据。教师乙提出的问题也引起了学生的思考，但由于学生对甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘比较陌生，相对于甲的课堂导入，学生并没有表现出明显的学习兴趣。

1.2 教学过程

1.2.1 教师甲的教学过程

在导入课题后，先通过资料卡形式简单介绍了“载体蛋白与通道蛋白”：

载体蛋白几乎存在所有类型的生物膜上。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列的构像改变介导溶质分子的跨膜运输。每种载体蛋白对底物具有高度选择性，因此通常只转运一种类型的分子。目前所发现的大多数通道蛋白都是离子通道。离子通道蛋白对离子的选择性取决于通道的直径、形状以及通道内带电荷氨基酸的分布，所以离子通道介导被动运输时不需要与溶质分子结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过。相比载体蛋白，离子通道具有极高的转运速率，驱动离子跨膜转运的动力来自溶质的浓度梯度和跨膜电位差两种的合力，即跨膜的电化学梯度，运输的方向顺电化学梯度进行。

教师提出问题：

①感悟载体蛋白具有什么特点。

②结合自身生活经验及拓展资料尝试初步构建主动运输模型。

③主动运输与被动运输有哪些区别？

根据以上模拟探究活动和讨论，学生合作构建主动运输模型。物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种运输物质的方式叫主动运输。

接着，教师以导入视频里看到的小肠上皮细胞物质跨膜运输为例，出示图1，肠腔侧细胞膜上的载体为钠依赖的葡萄糖转运体（SGLT），基底侧细胞膜上的载体分别为葡萄糖转运体（GLUT-2）和Na+-K+泵。并提出问题：

图1 小肠上皮细胞物质跨膜运输示意图

①一种载体蛋白是否都只能转运一种物质？

②小肠绒毛上皮细胞通过何种方式吸收葡萄糖？在其基底面通过何种方式将葡萄糖转运出去？

③如果Na+-K+泵停止工作，对葡萄糖的运输有什么影响？

④主动运输对于细胞的生活有什么意义？

学生通过这个案例分析，知道每种载体蛋白都只能转运特定的一种或一类物质，学会判断物质跨膜运输的方式，并能够说明理由。

小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸，肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖、氨基酸，以及根细胞吸收无机盐离子，都属于主动运输的方式。就此，学生总结出主动运输对于细胞的生活具有重要的意义。

最后，学生探究生物大分子进出细胞的方式。教师补充：转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小分子通过细胞膜，但是，对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。并提出问题：

①消化酶、抗体等蛋白质在细胞内合成后，都需要到细胞外起作用，它们是如何排出细胞的呢？

②单细胞生物变形虫如何摄取食物？

③胞吞、胞吐过程的实现与生物膜结构的特性有什么关系？

④胞吞、胞吐过程是否需要消耗能量？

师生共同探讨，得出结论：在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是生物大分子进出细胞的方式，也是普遍存在的生命现象，它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。

1.2.2 教师乙的教学过程

导入课题后，教师播放主动运输动画，并补充资料：ATP水解转化为ADP和Pi时放能。

任务一：学生观看动画，尝试描述主动运输的发生机制，结合课本归纳主动运输的特点和条件。

接着，教师出示各种小分子物质或离子跨膜运输的示意图，如图2所示。

图2 各种小分子物质或离子跨膜运输的示意图

任务二：判断图中物质进出细胞的方式，填写表格并归纳比较三种运输方式，见表1。

表1 自由扩散、协助扩散和主动运输的比较

教师提问：同一分子进出细胞的方式一定相同吗？接着，出示葡萄糖进出小肠上皮细胞物质运输模式图，追问：为什么小肠上皮细胞内的葡萄糖不会以协助扩散的方式进入肠腔一侧呢？为什么会出现这样的差异？

学生回答：细胞膜上转运蛋白的种类和数量或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用。细胞膜的结构基础决定了细胞膜的功能具有选择透过性。

最后，教师提问：一日三餐吃进来的食物经消化成小分子，需要消化酶的帮助，根据所学知识，思考唾液腺细胞如何合成、运输和分泌唾液淀粉酶。为什么正常情况下，白细胞不会吞噬血浆蛋白，却能吞噬分子量更大的细菌呢？该过程需要消耗能量吗？

通过师生共同探讨，得出胞吞、胞吐的概念和条件：细胞的胞吞和胞吐也是有选择的，这种选择性与生物膜上的蛋白质的识别功能有关。胞吞和胞吐过程也需要消耗能量。

评析：主动运输与胞吞、胞吐运输方式的判断是本节课的重点和难点，两位教师都没有直接告诉学生判断方法，而是想方设法让学生通过体验和感悟来一一呈现。教师甲把整节课的教学内容巧妙地设计成4个学习环节，逻辑性强，更是放手让学生自己去建构模型，学生在不断地试误过程中，会发现科学家的不易。并通过设置成由浅入深、环环相扣的问题串，引发学生的思维碰撞，使学生在冲突中不断探究，在探究中不断完善，形成概念并最终掌握规律，最终突破难点，符合学生的认知特点。这种设计充分体现了建构主义理论指导下的“知识问题化、问题情境化”的教学理念。教师乙由于没有问题串逐层深入的铺路搭桥，学生在独立和合作的探索过程中，概念的建构没有那么顺畅，但是通过同伴互助、教师引导最终也圆满地完成了教学目标。

在《普通高中生物课程标准（2017年版）》明确提出：领悟建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用，培养学生的建模思想和建模能力。建模能力被认为是将来学生从事科学研究的必备能力。在中学生物学的教学中，教师应努力将建模方法应用于课堂教学中，以提高学生的科学素养和科学探究能力。

1.3 课堂总结

教师甲简单进行了课堂小结，引导学生构建物质跨膜运输方式的概念图，并请学生代表作展示和分享。

教师乙在课堂结束时，通过设计实验“探究MnO42-进入植物细胞的方式”，最终得出学习“细胞的物质输入与输出”的意义。

评析：巧妙、创新的课堂总结不仅能帮助学生巩固所学知识，而且可以维持学生的学习兴趣、活跃思维、开拓思路，达到“课结束，趣犹存”的良好效果。教师甲对本节课的自制概念图，教师乙通过设计实验，又给学生以耳目一新的感觉，鼓励学生大胆创新、勇于实践，再次激起学生思维的火花。学生对实际问题的思索，既及时巩固了本节课所学内容，又提高了应用知识的能力，培养了学生的创新精神。

2 听评课感悟

2.1 以问题为基点建构概念

杜威说：“思维起源于疑难。”思维基于知识，产生于问题。在课堂教学中，教师不宜直接将概念灌输给学生，而是应结合新知识内容精心设计，创设一个良好的学习情境，引导学生通过比较和分析、概括和归纳等思维方法，把事物最一般的本质属性抽象出来，再科学给予定义，建构概念。两节课中，关于“主动运输”这一概念的形成，教师通过设计情境和提出问题，对主动运输需要的条件进行了分析，引导学生展开思索、交流和争论，最终建构了“主动运输”的概念模型，让学生在自主求索中抽丝剥茧、化蛹成蝶，提升思维的品质，让思维之蝶旋出优美而灵动的舞姿。

2.2 以活动为主线丰富体验

苏娜丹戴克说：“告诉我，我会忘记，做给我看，我会记住，让我参加，我就会完全理解。”生物学课堂应从知识型向实践型转变。生物学教学不能深陷于学科知识的庞杂，而应孜孜以求于发展学生的生物学学科核心素养，创设丰富多彩的课堂活动。在两节课中，教师都精心设计了学生的活动：活动形式有小组的合作学习，也有独立完成的“任务单”；活动材料可以是教师精心准备的学具，也可以是实验材料。在活动的体验中，问题被一个个解决，发现一个个涌现，学生必将带着自信和智慧走上社会、享受人生。

2.3 以同题异构为方式收获成长

一本教材虽然无声，但却有灵魂、有思想。教师要寻找可作为的地方和主张自我的立足点。“同题异构”的教研方式让开课教师倾注智慧开垦好教材的“自留地”，同时也开阔了听课者的教学视野，加深了同行间的交流与学习。学科不仅是知识流淌的溪水，更是思维涌动的波涛。同题异构在共享教学资源的同时，也关注人与人之间思想的融合，“求同存异”通过与同伴进行知识交流与互补，将促进学生有效学习、提升学生核心素养放在首位，改善教材的表达方式、优化教材的教学结构、弥补个人知识的缺陷，在活动中共同成长。