浅析“通道蛋白”在高中生物教学中的应用

王敏

摘 要：《普通高中生物学课程标准》明确指出，生物学科应当基于学生的兴趣进行趣味化、创新化的教学。从课堂反馈来看，“通道蛋白”的教学具有抽象难懂、不易理解的特点。本文以“通道蛋白”为例，通过“情境引入——引学新知——深化学习——实验设计——前沿引入”的课堂模式，以真题始终贯穿始终，强化学生将理论知识巧妙地应用于解题上，做到学以致用。培养学生生物逻辑思维与自主探究能力，使得学生对这一知识点有着更加全面系统的认知理解，学会通过图表、资料获取关键信息，建构起完整的知识框架。

关键词：通道蛋白;水通道蛋白;离子通道蛋白;高中生物教学

通道蛋白又称离子通道，是亲水性的跨膜通道，允许大小适当的离子顺浓度梯度通过。在“物质跨膜运输方式”一课中，“通道蛋白”相关内容涉及得不多，但却是学生学习中的一个难点。通过“跨膜蛋白”的学习，能够更好地理解物质跨膜运输的机制，全面系统地建构起基本的运输模型。由于这方面的内容具有抽象性，学生在概念上会有所混淆，存在认知偏颇，譬如分不清某种物质的运输是否需要借助能量？是否需要载体？载体蛋白与通道蛋白之间的异同点是什么？因而，为了更好地解决学生的疑惑，使他们建立起完整的知识框架，培养实验设计的基本技能，就需要采用灵动、有趣、好玩的教学策略，化繁为简，为课堂注入新的活力，为学生提供更加明确的学习思路。

一、情境引入：导入新课内容

“情境”“协作”“会话”与“意义建构”是课堂环境创设的四大要素，其中情境教学注重于学生的内心情感体验，让学生充分地体会到了生物学科的美感，强化学生对文本内容的理解，引起学习的兴趣。情境教学主要借助多媒体手段，利用音乐、视频与画面，产生听觉与视觉效应，有直观性与鲜明性。在“通道蛋白”的教学中，以一段物质跨膜运输方式的动画引入，该动画中可以直观地比较细胞内外的离子浓度高低，物质运输是否需要能量，以及是否借助载体。让学生在多种运输方式中学会辨别自由扩散、协助扩散与主动运输，其中，协助扩散又包括了载体蛋白协助与通道蛋白协助的扩散。于是，向学生发问：“通道蛋白究竟是什么？研究通道蛋白有什么样的生物学意义？通道蛋白与载体蛋白之间的区别是什么？”通过情境式的教学方式，有效地引入了新课内容，并带领学生对上一节的内容进行了回顾。在情境教学中，避免了干巴巴的文字说教，通过创意和趣味的动画展示，提高了课堂效率，增加了课堂的活跃性。

二、引学新知：通道蛋白概念讲解

由情景导入新课，于是开启了新的篇章。细胞是一个由城墙围起来的微小城镇，其中，不断有有用的物质被运进来，也不断有有害的物质被运出去。在这座小城镇的城墙中存在着诸多的“城门”，这些“城门”只允许特定的分子或离子出入。细胞膜通道的发现主要归功于彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，前者的主要贡献在于发现了细胞膜水通道，而后者主要是解构了细胞膜离子通道的结构与机理。后者的研究正是课堂上要重点涉及的内容，那么通道蛋白究竟是什么呢？在课堂上，通过幻灯片、视频的方式辅助讲解，阐明了通道蛋白的基本概念。

在通道蛋白概念的阐释中要秉承着趣味性的原则，避免陷入说教的怪圈，可以通过形象生动的比喻、拟人等语言艺术以及白板画图等形式将理论性的内容深入浅出地展现出来。首先通道蛋白主要有两种类型，包括水通道蛋白与离子通道蛋白，可以在白板上画出两种蛋白位于细胞膜的哪个位置，或者返回到情境引入的动画中，为学生指出动画影像中两种蛋白分别所处的位置。其中，水通道蛋白又名水孔蛋白，是一种内在膜蛋白，它所组成的“孔道”结构就好像“细胞的水泵”一般，“水泵”具有控制水进出的功能，通过水的进进出出能够实现很多生命活动。而离子通道是由蛋白质复合物所构成的，它通常在特定的刺激下瞬时开放，只允许一种离子通过，离子通道不仅具有选择性，还是门控的，就像是一道“阀门”，在离子通道中又分为三种类型，分别是配体门通道、电压力通道和压力激活通道。经过对概念的阐释，通过一道真题来进一步检测学生对概念的掌握情况。

（山东、湖北省等重点高中2018届高三生物第二次12月联考）下列关于通道蛋白的说法，不正确的是（ ）

A.一种离子通道只允许一种离子通过

B.离子通道与细胞内外渗透压的调节有关

C.水通道蛋白是覆盖在细胞膜表面的蛋白质

D.离子通道只在对特定刺激发生反应时才瞬时开放

通过真题的讲解，进一步深化了学生对概念的认知，把握通道蛋白的基本考点，让学生学会分析、总结与对比，挖掘水通道与离子通道蛋白两个类型的通道蛋白之间的异同点，并且把握它们的主要特点。

三、深化学习：加深知识深度

基于对通道蛋白概念的理解，就需要进一步了解两种类型的通道蛋白的主要结构与机制。通过图像以及一段相关的动画能够更好地反应通道蛋白的特点，通道蛋白具有所谓的“闸门”结构，可开可关。当“闸门”开时，形成了一条能允许水、小的水溶性分子和特定的离子被动地通过的通道;当“闸门”关时，就不允许这些分子通过。水通道是连续开放的通道，由4个具有6个跨膜α螺旋的亚基构成了四聚体，4个亚基各自形成了中央孔，允许水分子通过。而离子通道主要由细胞膜上的大分子组成的一条孔道，在外界刺激下被激活，使得富含电荷的离子能夠实现跨膜转运，可以产生与传导电信号，其主要包括了配体门通道、电压力通道和压力激活通道，配体门通道的开关取决于细胞内外特定的物质（配体）与相应的通道蛋白（受体）结合，从而影响离子进出细胞;电压门通道由膜电位控制门的开关;压力激活通道的开关取决于机械力的作用，如含羞草的闭叶反应，草履虫的快速转向运动，内耳听觉的感应等生命活动依赖于离子通道。知识的学习应当是一个循序渐进的过程，不断地在原先的基础上加深知识的深度，能够让学生对通道蛋白的内容有更加深入的理解，并且在一定程度上拓展了学生的认知范围，提高了学生的认知能力。

四、实验设计：培养思考能力

在水通道蛋白中最为关键的实验非洲爪蟾卵母细胞实验，彼得·阿格雷制造了一种含有水通道蛋白，而另一种不含有水通道蛋白的两种人造泡状细胞膜，前者吸水膨胀，而后者不存在变化，进一步论证了该蛋白就是水通道蛋白。在往年的高考题中，也有涉及这个实验的考点。在正式进入高考题的“实战演练”前，播放了一段动画，点明了为什么要向卵母细胞注入蛋白A的mRNA，其主要目的是为了让卵母细胞的细胞膜上插上mRNA翻译的蛋白A，通过实验的数据显示，注入蛋白A的mRNA的卵母细胞在低渗溶液中水通透率大大增加。基于这个题目的讲解，让学生掌握命题方向，深化对非洲爪蟾卵母细胞实验的理解，加深对水通道蛋白的印象，“放电影”似的回顾一遍知识点，为学生展示了科学研究过程中的巧妙设计与多元思路。与此同时，还告诉学生科学研究并非一蹴而就，需要不断地坚持与完善，培养学生正确的实验观、认知观与价值观。

（2012年北京高考试题）科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。

借助高考题的信息，可以引导学生通过模拟阿格雷的实验，来以小组为单位设计一个探究型的实验，培养学生独立思考能力，学会将所得知识进行融会贯通，实现“理论”与“实践”的水乳交融，真正提高学生的科学探究能力与科学素养，同时获得科学精神与科学思想的熏陶。在实验设计前，让学生带着问题去思考，实验目的、自变量与因变量分别是什么？在清楚了实验目的是探究CHIP28蛋白是否与水运输有关？自变量是细胞中是否注入CHIP28蛋白的mRNA;因变量是观察细胞的吸水情况。基于此，实验所选择的细胞所需要具备的特点有哪些？教师在整个过程中充当的角色是“引导者”“施问者”，通过问题启发学生进行独立的思考与分析，而不是强行地进入学生的思考空间。在生物教学中，应当避免以经验为主的“望、闻、问、切”的方式，切莫陷入“越俎代庖”的教学误区，而应该更多地去挖掘学生的潜能，培养学生合作意识以及独立思考的能力，确立以学生为主人翁的课堂氛围。

五、前沿引入：站在科学前列

由于科学发展的道路是曲折的、前进的，呈螺旋上升的，因而科学研究永远不止于发展的现状，而是在原来理论的基础上不断地突破、推翻与重塑。学生单纯掌握课本的知识，对于应试教育具有好处，但是对我们的科学研究却存在不利影响。因而在课堂中，教师应当基于课本知识不断地拓展学生对某一个知识领域的理解，可以通过搜索一些前沿的视频、文献与新闻来增加学生对“通道蛋白”乃至更多生物知识的综合理解，切实提高生物学科的学习能力，培养浓厚的生物学习兴趣，为我国提供更多的生物技术人才。

结束语

综上所述，“通道蛋白”是物质跨膜运输方式中的一个重难点，其主要包括了水通道蛋白與离子通道蛋白。在高中生物的课堂中，应当避免文绉绉的说教，而需要采取灵动、有趣、好玩的形式来实现课堂的多元化，通过“情境引入——引学新知——深化学习——实验设计——前沿引入”的课堂模式培养学生生物逻辑思维与自主探索能力，阐明“通道蛋白”的要点，为学生搭建良好的学习框架。

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