資源簡介

《主動運輸》教學(xué)設(shè)計
1.教材分析
本節(jié)選自人教社 2019 年版高中生物學(xué)《必修 1· 分子與細(xì)胞》第四章第二節(jié)，前面章節(jié)已經(jīng)介紹了蛋白質(zhì)的功能、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能、分泌蛋白的合成 和分泌過程以及被動運輸，是本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。本節(jié) 緊跟在被動運輸內(nèi)容之后，運輸?shù)奈镔|(zhì)由小分子到大 分子，教材編排由易到難，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。主動運輸與胞吞、胞吐都需要消耗能量，都需要蛋白質(zhì) 參與才能完成物質(zhì)轉(zhuǎn)運，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容能夠幫助學(xué)生 領(lǐng)悟物質(zhì)與能量觀，這又為學(xué)習(xí)第五章“能量供應(yīng)和 利用”打下基礎(chǔ)。
2.學(xué)情分析
學(xué)生通過對蛋白質(zhì)、細(xì)胞膜、細(xì)胞器等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，初步了解了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點；通過對本章第一節(jié)的學(xué)習(xí)，已理解被動運輸?shù)膶嵸|(zhì)，能區(qū)分自 由擴散和協(xié)助擴散，為進一步學(xué)習(xí)主動運輸打下了基 礎(chǔ)；通過分泌蛋白的合成和分泌過程的學(xué)習(xí)，為理解 胞吞、胞吐的過程和意義做了鋪墊。學(xué)生知道實驗設(shè) 計的一般思路和基本原則，具備設(shè)計實驗的基本能 力，有一定的資料分析和曲線分析能力，但是，還有待提高。
3.教學(xué)目標(biāo)
① 通過對主動運輸與胞吞、胞吐的學(xué)習(xí)，理解物 質(zhì)跨膜運輸與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)能量的關(guān)系，認(rèn)同 細(xì)胞膜的選擇透過性基于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，認(rèn)同物質(zhì)跨 膜運輸與能量相關(guān)，深入理解結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀。
② 通過資料分析，培養(yǎng)獲取信息和邏輯推理能力；通過閱讀教材胞吞、胞吐內(nèi)容，提升歸納與概括的能力。
③ 根據(jù)物質(zhì)跨膜運輸方式的特點，通過設(shè)計實驗探究小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖是否需要蛋白質(zhì)和能量，提高運用科學(xué)探究認(rèn)識自然世界的能力。
④ 關(guān)注科學(xué)前沿問題，了解我國科學(xué)家的突出貢獻，增強文化自信，增加與社會的聯(lián)系，滲透人類研究跨膜運輸方式的社會意義，增強社會責(zé)任感。
4.教學(xué)重難點
教學(xué)重點：主動運輸?shù)母拍睿话獭碌奶攸c。
教學(xué)難點：主動運輸?shù)母拍睿幌嚓P(guān)資料和曲線的 分析。
5.教學(xué)過程
5.1 引入科學(xué)前沿，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
中國結(jié)構(gòu)生物學(xué)家顏寧與其研究小組在世界上 首次解析人源葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白晶體結(jié)構(gòu)。教師播放 顏寧在《開講啦》192 期中的精彩演講視頻，引出葡萄 糖轉(zhuǎn)運蛋白（GLUT 蛋白）。
設(shè)計意圖：教師展示我國科學(xué)家在世界上的突出 成果，增強學(xué)生文化自信，讓學(xué)生通過了解科學(xué)前沿， 認(rèn)識到高中生物知識與前沿科學(xué)密切相關(guān)，同時滲透 人類研究跨膜運輸方式的社會意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的興趣。
5.2 資料分析，問題引導(dǎo)，啟迪思維
接著，教師展示與葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白運輸有關(guān)的資料：葡萄糖分子高度親水，無法自由通過疏水的生物膜，其進出細(xì)胞需要膜上的轉(zhuǎn)運蛋白完成。顏寧研究 的 GLUT 蛋白負(fù)責(zé)順濃度梯度將葡萄糖轉(zhuǎn)運至細(xì)胞 內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，在小腸上皮細(xì)胞存在著運輸葡萄糖的 轉(zhuǎn)運蛋白——SGLT1 和 GLUT2，科學(xué)家通過體外實 驗，將不同葡萄糖濃度下的運輸速率繪制了如圖 1所 示的曲線。
速率/[ μmol ·（min·g干重）-1 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 O 20 40 60 80 100 . 表示總葡萄糖轉(zhuǎn)運速率 ▲ 表示SGLT1轉(zhuǎn)運速率 · 表示GLUT2轉(zhuǎn)運速率 葡萄糖/mM
圖 1 不同葡萄糖濃度下的運輸速率曲線
教師引導(dǎo)學(xué)生分析資料，討論下列問題：
① 推測 SGLT1 轉(zhuǎn)運葡萄糖是哪種運輸方式？是 自由擴散嗎？如果不是，請說明理由。② 當(dāng)葡萄糖濃 度很低，低于小腸上皮細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度時， GLUT2 轉(zhuǎn)運速率為0，SGLT1 轉(zhuǎn)運葡萄糖。這種逆濃度梯度發(fā)生的運輸符合協(xié)助擴散的特點嗎？③ 逆濃度梯度的運輸能發(fā)生，SGLT1轉(zhuǎn)運葡萄糖是否需要細(xì)胞提供能量？
設(shè)計意圖：教師創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、分析數(shù)據(jù)的能力和邏輯推理能力；并設(shè)置問題串， 引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)的被動運輸知識解答問題，明確葡 萄糖在逆濃度條件下發(fā)生跨膜運輸?shù)臈l件是需要載 體蛋白和能量。學(xué)生初步感知同種物質(zhì)進出細(xì)胞的 復(fù)雜性：腸腔葡萄糖濃度極低時，小腸上皮細(xì)胞通過 主動運輸吸收葡萄糖；腸腔葡萄糖濃度升高后，主要 通過協(xié)助擴散吸收葡萄糖。這樣有助于學(xué)生理解主 動運輸?shù)囊饬x，認(rèn)同生命的自主性。
5.3 學(xué)生設(shè)計實驗，科學(xué)史實驗證假設(shè)
教師提出問題：葡萄糖逆濃度梯度運輸時，需要 載體蛋白和能量 。如何設(shè)計實驗以驗證你的推論？ 學(xué)生分小組討論實驗設(shè)計思路。接著，教師展示科學(xué) 史實：科學(xué)家將離體的小腸上皮細(xì)胞培養(yǎng)液均分成三組，第一組不做處理，第二組加入呼吸酶抑制劑（抑制 能量供應(yīng)），第三組加入載體蛋白抑制劑。第二、三組與第一組比較，小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的速率均下 降。這證明葡萄糖逆濃度梯度運輸時，需要載體蛋白和能量。
5.4 回歸教材，強化重要概念
教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材 P69-70 中的問題探討 及主動運輸內(nèi)容，使學(xué)生明確主動運輸?shù)母拍睿?點、實例和意義。教師總結(jié)主動運輸?shù)母拍睢⑻攸c及意義。
5.5 繪制概念圖，構(gòu)建知識體系，深化生命觀念
學(xué)生繪制有關(guān)物質(zhì)進出細(xì)胞方式的概念圖，構(gòu)建 本章知識體系。教師總結(jié)：① 協(xié)助擴散和主動運輸 過程必須依賴于轉(zhuǎn)運蛋白。② 轉(zhuǎn)運蛋白的專一性、 空間結(jié)構(gòu)的變化，使細(xì)胞膜具有選擇透過性。 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)決定了細(xì)胞膜的選擇透過性，決定了細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進出的功能。另外，教師還鼓勵學(xué)生：清華大學(xué)顏小組致力于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究 。結(jié)構(gòu)決定功能，尤其是對生命活動承擔(dān)者- 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，對疾病的預(yù)防和攻克有重大意義 。希望在不久的將來，在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域看到你們的身影。

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