基于主线式问题情境的生物学教学设计——以“主动运输与胞吞、胞吐”为例

薛天涛 索姗姗

（山东省东营市第二中学 山东东营 257000）

“主动运输与胞吞、胞吐”一节涉及的生物学概念分散，课堂教学中需要以一条逻辑完整的主线引导进行知识体系的建构与学科思维的深入。下文选择“肾小管的重吸收作用”这一主线，通过问题情境驱动学生的学习兴趣，采用探究实验厚植学生的理性思维，从而达到深度学习的目的。

1 教材分析

“主动运输与胞吞、胞吐”选自人教版高中生物学教材必修一第四章“细胞的物质输入和输出”第二节。在此之前，学生已经学习并掌握细胞膜的结构和功能、分泌蛋白的合成、加工和运输，为学习“主动运输与胞吞、胞吐”的过程奠定了基础。此内容是“被动运输”的延续，是能源物质ATP首次出现在高中教材，具有承前启后的作用。

本节课的重难点是主动运输的过程和特点，胞吞、胞吐的过程。本节教学中，教师通过资料分析和模拟实验的方式突破重难点，锻炼学生处理信息、学科融合的能力，化抽象为形象，帮助学生更好地理解“主动运输和胞吞、胞吐”的过程。

2 教学目标

①基于特定的生物学事实，通过对比几种物质跨膜运输方式，逐步得出主动运输、胞吞、胞吐的概念，锻炼处理信息和归纳概括的能力。

②通过学习主动运输、胞吞、胞吐的过程、特点和意义，建立结构与功能观、物质与能量观。

③通过模拟胞吞的过程，培养运用学科融合知识进行实验设计、方案实施的能力。

④通过分析不同物质进出肾小管上皮细胞的方式、人工肾的工作原理，领悟科学探究对健康生活的意义，培养社会责任感。

3 教学过程

3.1 温故求新，承上启下

教师播放“尿毒症患者利用人工肾进行透析”的短视频，呈现人工肾教具，带领学生回忆初中所学“肾单位”的相关知识。进而呈现事实材料：正常人每日原尿量为180 L，而终尿每日只有1.5 L。引导学生思考原尿中大量的水分子是如何被肾小管上皮细胞重吸收的。

设计意图：教师通过对水分子进出肾小管上皮细胞的分析，让学生巩固上节课所学被动运输的种类和特点，提出问题“原尿中的无机盐离子、葡萄糖分子以及大分子物质是如何进出肾小管上皮细胞的呢”，激发学生的求知欲望，进入本节课“主动运输与胞吞胞吐”的学习。

3.2 分析资料，深度思考

教师呈现事实材料：正常人每天肾小球Na+的滤过量约500 g，而每天的尿液中仅含Na+3～5 g。辅助性资料：肾小管上皮细胞内Na+浓度仅为10 mmol/L，远低于细胞外；ATP为一种能源物质（图1）。并进行问题引导：①原尿中的Na+由肾小管管腔进入肾小管上皮细胞，有什么特点？为何种运输方式？②Na+运出肾小管上皮细胞有什么特点？为何种运输方式？

图1 Na+进出肾小管上皮细胞

设计意图：教师以事实为依托，图文结合，借助问题串引导学生分析肾小管上皮细胞中Na+的进出方式。“进”为被动运输中的协助扩散，判断依据有两个，即顺浓度梯度和借助通道蛋白；“出”为逆浓度梯度。借助载体蛋白和能量，教师引入“主动运输”这一新概念的学习。针对运输Na+出肾小管上皮细胞的载体蛋白——钠钾泵，学生不难发现其在运输Na+的同时运入K+。教师进而激发学生深度思考：钠钾泵既能与K+结合也能和Na+结合，是否说明钠钾泵不具有特异性？并借助图2帮助学生归纳载体蛋白的特点。

图2 钠钾泵

接着，教师呈现事实材料：正常人的原尿中葡萄糖含量为0.1 g/100 mL，而尿液中无葡萄糖。辅助性资料：肾小管上皮细胞膜表面存在两种形式的葡萄糖载体，存在于管腔侧细胞膜上的Na+依赖的葡萄糖转运载体（SGLT2）和存在于基底侧细胞膜上的葡萄糖转运体（GLUT2）（图3）。并提问：①钠钾泵对葡萄糖的运输有无影响？②葡萄糖进出肾小管上皮细胞分别是哪种方式？

图3 葡萄糖进出肾小管上皮细胞

设计意图：教师以“肾小管的重吸收作用”为主线，以Na+进出肾小管上皮细胞的方式为基础，引导学生探究葡萄糖进出肾小管上皮细胞的方式。结合材料分析，学生总结主动运输的意义。

3.3 设计实验，模拟探究

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，对于蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。

教师呈现事实材料：正常人的原尿中蛋白质为0.03 g/100 mL，但尿液中无蛋白质。辅助性资料：一些大分子物质会与细胞膜上特定的蛋白质相互识别并被“拽住”，之后细胞膜内陷形成囊泡，在能量的作用下被“剪切”下来进入细胞（图4）。并提问：①胞吞、胞吐过程的实现与细胞膜什么特性有关？②物质通过胞吞、胞吐进出细胞的方式有何特点？

图4 胞吞

设计意图：与旧版教材相比，新人教版教材把“主动运输与胞吞、胞吐”作为一节内容，因此选取合适的资料将两部分运输方式较好地串联起来进行主线式教学设计。教师利用正常人原尿中存在少量蛋白质而尿液中无蛋白质这一生命现象，引导学生学习胞吞的过程，而胞吐类似于胞吞的相反过程。重点在于结合图文资料引导学生分析胞吞、胞吐的特点，即需要能量和蛋白质的参与，依赖细胞膜的流动性。

教师组织小组活动，要求学生设计方案，进行实验模拟胞吞的过程。教师提供清水、植物油、蛋黄液、透明杯、一次性滴管等实验材料，并提示学生：①结合物理学知识，比较清水、植物油、蛋黄液的密度关系。②上述实验材料可分别模拟细胞的什么结构或成分？依据是什么？③小组成员交流讨论，设计出模拟胞吞的实验方案。

设计意图：胞吞、胞吐过程比较抽象，为了将其突破，教师没有采取以往播放视频动画的措施，而是借助跨学科融合的策略，给学生提供实验材料，学生讨论设计实验方案并实施。利用物理学密度的相关原理，学生亲自设计实验并动手实践，在做中学，化抽象为形象，加深了对胞吞过程的动态理解，深刻理解了胞吞、胞吐依赖于细胞膜的流动性这一结构特性，形成结构与功能相适应的生命观念。

3.4 解决问题，落实责任

教师展示人工肾教具，引导学生思考：人工肾相当于什么结构？具有什么特性？尿毒症患者血液中哪些物质通过人工肾过滤出去？哪些物质保留下来重新输送回患者血液？进一步帮助学生巩固本节课所学知识，深入理解生物膜与半透膜、选择透过性与半透性的区别。培养学生尝试解决社会问题、崇尚健康生活方式的社会责任感。

4 教学反思

本节课最大的亮点在于以“肾小管的重吸收作用”为主线，借助问题引导层层递进，采取化抽象为形象的模拟实验，帮助学生逐一突破主动运输与胞吞、胞吐的概念和过程，很好地贯彻了学科核心素养的要求。学生深刻理解生命的本质，体验科学探究的过程，提高设计实验和动手操作的能力。本节课存在不足之处，模拟实验仅能够帮助学生理解胞吞的动态过程，但不能体现出胞吞需要膜上蛋白质、能量的参与，关于此类问题还有待商榷和共同探讨。