例谈感知、理解、巩固、运用四步教学法——以“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节为例

北京 李建芝 顾咏梅

“感知、理解、巩固、运用”四步教学法符合学生的认知心理，有利于学生在学习知识的同时发展能力。具体过程是教师首先根据教学需要引入或创设具有一定情绪色彩的、生动的、具体的场景，让学生有初步感知，然后引导学生理解，接着再进行复习巩固，最后提供案例，帮助学生运用。本文以“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节为例，阐述四步教学法的应用。

1.教材分析

“蛋白质是生命活动的主要承担者”是2019版人教版教材必修1《分子与细胞》第2章“组成细胞的分子”第4节的内容。教材首先介绍蛋白质的功能，再介绍蛋白质的结构，从宏观到微观，从形象到抽象，学生易于接受、理解，也易于形成“结构与功能相适应”的生命观念。

本节内容需要2课时完成，第1课时讲解蛋白质的功能，氨基酸的结构特点，氨基酸脱水缩合过程；第 2课时讲解肽链盘曲、折叠形成蛋白质的空间结构，蛋白质多样性的原因，蛋白质变性。本文就第1课时展开论述。

2.学情分析

学生已经掌握的内容有：食物中蛋白质的消化吸收，蛋白质的重要性，蛋白质的检测。学生还没有掌握以下内容：氨基酸的分子结构，氨基酸形成蛋白质的过程；从结构与功能观角度认识蛋白质的多样性。

本节教学在高一学生接触生物学的第一个月开展，学生缺乏有机化学的基础，学习有难度；尤其蛋白质还是生物大分子，学生需要有层次地认识其结构，这对于学生来说更具有挑战性。所以教师需要借助模型构建等活动，帮助学生理解相关内容。

3.教学目标

3.1 举例说出蛋白质的功能，认同蛋白质在细胞生命活动中承担重要作用。(生命观念)

3.2 通过比较不同氨基酸的结构，归纳得出氨基酸的结构通式。(科学思维)

3.3 通过构建氨基酸结构模型，形成对氨基酸结构的空间认识。(科学思维，科学探究)

3.4 通过观看示意图及动画，阐述氨基酸形成多肽链的过程。(科学思维)

3.5 通过了解必需氨基酸的作用，形成健康生活的理念。(社会责任)

4.教学重点

4.1 蛋白质的功能。

4.2 氨基酸的结构特点及蛋白质的形成过程。

5.教学过程

5.1 创设情境，共情感知

教师出示术后拆线者描述疼痛的一段话(略)及胶原蛋白线实物，提出问题：作为一种新型的手术缝合线，胶原蛋白线应具有怎样的特性？

设计意图：患者的痛苦经历可引发学生情感共鸣；通过观察、触摸胶原蛋白线实物，学生对这种新型缝合线的强韧及纤细程度形成直观感知。此环节激发学生的学习兴趣，以此推动学生认知活动的进行。

5.2 任务1：举例说明蛋白质的功能

学生举例说明蛋白质的功能。教师讲解：一些信号分子是蛋白质(如生长因子)，与受体结合后引发细胞内一系列反应(图略)；一些蛋白质能够调控基因的表达(图略)。

设计意图：“蛋白质的功能”教学难度相对较低，学生有一定的生活经验和知识基础，因此可由学生举例说明，教师归纳、补充。教材彩图没有涉及蛋白质在微观水平上的调节作用，教师可举两例予以简要说明。

5.3 任务2：归纳概括氨基酸的结构特点

5.3.1 感知——生活中的氨基酸

问题：为什么蛋白质可以执行这么多复杂的功能呢？

教师指导学生观看教材第15页第2章的彩图(蛋白质结构模型)及压图文字(阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上)，回忆蛋白质的消化过程，然后进行讲解：构成蛋白质“大厦”的“砖石”是氨基酸。蛋白质种类非常多，但是其基本组成单位是一致的，这就像生物体外观形态结构千姿百态，但是在基本组成单位——细胞层面上是一致的。根据蛋白质的消化过程推测氨基酸如何形成蛋白质，期间教师出示味精实物及炖肉图片。教师讲解根据人体是否能合成氨基酸，将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸，并出示富含必需氨基酸的食物图(图略)。

设计意图：通过“为什么蛋白质可以执行这么多复杂的功能呢”这一问题使学生由对蛋白质功能的学习转到对蛋白质结构的学习。教材彩图极具视觉冲击力，该图可使学生对于蛋白质结构的复杂性形成直观印象，压图文字很好地点明了结构决定功能的观念。学生回忆初中所学的蛋白质消化过程有两个目的：一是得出氨基酸是蛋白质的基本组成单位，二是推测出由氨基酸形成蛋白质是消化的“逆”过程，这样学生对氨基酸形成蛋白质的全貌有了总体认识(氨基酸→多肽→蛋白质)。将氨基酸与细胞类比，不仅能加深学生对细胞学说的理解，还有助于学生从本质上看待事物。相较于蛋白质，学生对氨基酸相对陌生，展示味精实物并配合讲解炖肉香味与氨基酸的关系，目的是让学生直观感知氨基酸，拉进学生和学习内容间的距离。

5.3.2 理解——分子水平的氨基酸

问题：多糖也是生物大分子。构成常见的多糖(淀粉、纤维素、糖原)的基本组成单位都是葡萄糖。蛋白质种类极其多样，推测构成蛋白质的基本组成单位氨基酸是一种还是多种。

教师引导学生观察教材“思考·讨论”栏目4种氨基酸结构图，要求圈出各氨基酸的相同部分、不同部分，并尝试写出氨基酸结构通式(不同部分用R表示)。然后进行讲解：氨气是NH3，氨基是—NH2，羧基使得化合物呈现出酸性，所以这是“氨基酸”名称的由来。化学意义上的氨基酸约有300多种，只要有一个氨基、一个羧基即是氨基酸，这两个化学基团可连接在不同的碳原子上；而生物学意义上的氨基酸都是构成蛋白质的氨基酸，必须是一个氨基、一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个R基，不同的氨基酸R基不同，R基共有21种。

设计意图：科学、合理的猜想活动不是凭空而来的，它应当建立在学生对将要解决的问题有初步了解和一定思考的基础之上。将蛋白质和多糖对比，是为学生搭建猜想的平台。教材中这4种氨基酸的排布是很规整的(同种化学基团排布在同一侧)，有利于学生观察、对比。在观察了4种氨基酸的基础上写出氨基酸通式，是遵循由具体到抽象的认知规律，同时也锻炼了学生的归纳概括能力。教师的讲解帮助学生厘清认识误区，对氨基酸结构通式形成正确认识。

5.3.3 巩固——构建模型深化理解

问题：(1)教材氨基酸结构通式中的氨基、羧基位置能否互换？(2)结构通式中的羧基能否写成—COOH?(3)如何由甲烷(CH4)“演变”为氨基酸？

利用球棍模型构建甘氨酸。说明：球代表原子，棍代表化学键(共价键)，1个化学键可连接2个原子。黑色球代表碳原子，有4个孔，可形成4个化学键，以此类推，氮形成3个化学键，氧形成2个化学键，氢形成1个化学键。要求：先拼出氨基、羧基，再连接在中心碳原子上(拆卸时，也先拆下与中心碳原子相连的化学基团，然后再将化学基团逐一拆解)。

设计意图：问题(1)(2)引发学生深入理解氨基酸结构特点。由于缺乏有机化学基础，学生对于氨基酸结构通式的认识尚有误区，如多数学生认为其只能写成教材所示样式。问题(3)从学生初中学习过的甲烷入手，提示采用基团替换的方式，由甲烷“演变”为氨基酸，目的是使学生建立中心碳原子的概念。

在高中生物教学中恰当运用模型构建，不仅可以为学生学习提供直观印象，也可以让学生在自主探究、合作交流的环境中学习，有助于提升学科核心素养。之所以选择甘氨酸，是因为它是最简单的氨基酸，构建省时。要求学生先拼出氨基、羧基，再连接在中心碳原子上，是突出中心碳原子的地位，以更好地理解氨基酸结构式中局部(化学基团)和整体的关系。

5.3.4 运用——甄别真假氨基酸

问题：以下哪些是构成蛋白质的氨基酸？

设计意图：课堂练习是学生运用知识解决实际问题的具体体现。教师设计题目时要注意典型性和有效性。上述几种化学式是经过精心选择的：①(半胱氨酸)R基中有硫，目的是让学生明确氨基酸的元素组成；③(谷氨酸)、⑥(赖氨酸)R基中分别有羧基和氨基，目的是让学生明白氨基酸“至少”有一个氨基、一个羧基的含义；⑤(色氨酸)R基是学生完全陌生的苯环结构，且羧基不是常规的写在分子结构式右侧“—COOH”的样式；②④不是氨基酸，原因各有不同(②的氨基、羧基未连接在同一个碳原子上，④没有羧基)。

5.4 任务3：构建氨基酸脱水缩合形成肽链过程

5.4.1 感知——由实物联想迁移

教师出示一串手链实物，提出问题：穿珠子需要线，将氨基酸连接起来也需要“线”，“线”是什么呢？

5.4.2 理解——阅读教材，阐述肽键的形成

问题1：蛋白质是生物大分子，需要将氨基酸结合在一起。若要将21种氨基酸连成长链，需要借助氨基酸的共性部分，还是它的个性部分？观察教材氨基酸脱水缩合示意图(图略)及动画。

问题2：(1)连接两个氨基酸残基间的化学键是什么键？它是如何形成的？(2)在氨基酸的脱水缩合过程中，产生的水中的氢原子、氧原子分别来自于哪里？

5.4.3 巩固——模仿学习，加深记忆

写出任意一个由下面指定的3种氨基酸合成三肽的过程：甘氨酸(R:—H)，赖氨酸[R:—(CH2)4—NH2]；天冬氨酸(R:—CH2—COOH)。

问题3：上述三肽能否写成以下形式？

5.4.4 运用——抽象概括，形成规律

问题4：(1)1条肽链中，氨基酸数目和肽键数目有怎样的关系？(2)n个氨基酸脱水缩合形成m条肽链，则这m条肽链共含有多少个肽键？至少含有多少个氨基、多少个羧基？

设计意图：氨基酸脱水缩合过程是教学的重点和难点。一般这部分内容的处理方式有三种：教师讲解；学生手拉手模拟；用球棍模型模拟。笔者认为，这三种模式均具有一定的弊端。高中学生具备一定的自学能力，能看懂教材示意图，没有必要采取教师灌输的方式；“学生手拉手模拟”对于发展学生的逻辑推理能力没有太大帮助，实非必须；“用球棍模型模拟”较耗时，若已经用球棍模型构建氨基酸，则没有必要再用此方式。

本部分教学笔者采取的是“问题导学式”模式，即以问题为主线，师生共同参与完成学习任务。本部分的问题设计层层递进，具有一定的思维含量。问题1为学生搭建思维台阶，通过讲“理”使学生更容易理解脱水缩合的过程；问题2旨在帮助学生检验自学效果；问题3通过指错、纠错，深化学生对正确写法的认识；问题4通过对脱水缩合的认识，提高蛋白质相关计算的能力；问题5从进化的角度看待脱水缩合的合理性。这些问题很好地锻炼了学生的逻辑推理能力，充满了科学课的味道。

5.5 课后作业

问题：(1)多糖和蛋白质都是生物大分子。人们曾经认为蛋白质是遗传物质，但从未把多糖列为遗传物质。为什么？(2)很多商家推出了“胶原蛋白口服液”“胶原蛋白”面膜。宣称具有“美白”“去皱”等功能。请评价产品是否有效。

设计意图：课后作业是课堂教学的延伸，是教学流程的一个重要环节。问题(1)设问角度新颖，问题暗含氨基酸种类多样，从而排序多样的原理，为下节课学习蛋白质的多样性埋下伏笔；问题(2)联系社会生活，体现了对知识的学以致用。

6.课后反思

本节课的突出特色有三个方面：一是教师提供了丰富的“感知”素材。有患者的自述、胶原蛋白、味精实物、炖肉图片等，极大地激发了学生的情绪和兴趣。二是采取模型构建活动。模型的运用能化抽象为具体，以达到降低学生认知负荷的效果。三是采用问题驱动式教学模式。本节课问题涉及多层次、多角度，这些问题激发了学生的求知欲，提高了学习的主动性，发展了学生的科学思维能力。

7.总结

学生掌握知识的过程与人类一般认识过程具有共同性，它包括对知识的感知、理解、巩固和运用等阶段。学生心理、感官上的体验，是课堂教学的有效助推剂。在此基础上，教师引导学生，使学生从对课程内容最初的直观感知到抽象的、理性的顿悟，这是教学的中心环节。为达成目标，教师要精心设计问题和活动。学习活动不是一次完成的，它是一个由浅入深、循序渐进的过程。为巩固学习效果，练习是十分必要的。掌握知识的最终目的在于运用，要让学生从理解概念、掌握理论到运用知识于实际。