資源簡介

人教版（2019年） 高中生物 必修一《分子與細胞》
第二章 第4節 《蛋白質是生命活動的主要承擔者》
教學設計
一、教材分析
《蛋白質是生命活動的主要承擔者》屬于新人教版生物學必修一《分子與細胞》第二章第四節，該部分的內容學習以本章第一節《細胞中的元素和化合物》中蛋白質是細胞中含量最多的有機物為基礎，該部分知識的學習是理解幾乎所有生命活動的基礎，更為《細胞膜的結構》、《細胞的物質輸入和輸出》等知識點的學習奠定了基礎，在本書中有承上啟下的作用，和前后文的聯系緊密，為高中生物的學習奠定基礎。
二、學情分析
新高一學生沒有系統的有機化學基礎，對于“化學鍵”、“氨基”、“羧基”和“羥基”這部分化學知識非常陌生，需要找到學生的最近發展區。脫水縮合的過程在上一節糖類和脂質的這一節中已經有所接觸，本節則可以通過類比推理的方式可以很好的理解氨基酸脫水縮合的過程。蛋白質的結構多樣性很抽象，通過模型構建讓蛋白質的組裝變得可視化，促進學生的深度學習。
三、課標要求
闡明蛋白質通常由21種氨基酸分子組成，它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結構，細胞的功能主要由蛋白質完成。
四、教學目標
1. 觀察不同種類的氨基酸分子結構，通過比較不同氨基酸在分子結構上的共性和差異性，歸納概括氨基酸的結構通式和特點。
2. 通過模擬氨基酸脫水縮合的過程，概述氨基酸構成多肽的過程，并通過閱讀資料歸納多肽形成蛋白質的過程。
3. 通過模型構建，體悟蛋白質分子結構多樣性的原因，并能舉例說明蛋白質的結構與功能相適應。
五、教學重難點
（一）教學重點
1. 氨基酸的結構特點。
2. 氨基酸脫水縮合的過程。
（二）教學難點
1. 氨基酸形成蛋白質的過程。
2. 蛋白質結構多樣性的原因。
六、教學方法
（1）情境設置、問題驅動法
通過設置多個情境，設置有驅動性的問題串，由淺入深，環環相扣，不斷引導，激發學生的探究欲望，從而積極主動的獲取知識。
（2）小組合作探究法
由于本節課側重了實驗的探究，憑學生個人能力可能很難解決問題，適當通過小組合作探究的方式進行討論及展示，幫助學生解決學習問題。
七、課時安排
2課時，本設計為第1課時
八、教學過程
創設情境，導入課題
播放《荒野求生》節目中，貝爾格里爾斯為了活命而生吃三文魚補充蛋白質的視頻（視頻中明確指出三文魚富含蛋白質），提問：貝爺為何要吃三文魚？三文魚中的蛋白質可以直接被人體吸收，成為人體的蛋白嗎？
師生回顧初中知識，食物中的大分子蛋白需要被消化水解為各種氨基酸，才能被人體吸收、利用，并板書（圖1）：
圖1. 情境導入，引出教學主線的板書
設計意圖：從生吃三文魚的真實情境引出主題，激發學習興趣、活躍課堂氛圍，并設計疑問，引出本節教學的主線：蛋白質（三文魚）→氨基酸→蛋白質（人體內）。同時，也讓學生感受到蛋白質對人體生命活動的重要性，激發學生的求知欲望。
圍繞主線，學習新課
尋找最近發展區，構建概念：氨基酸的結構
教師提問：三文魚中的蛋白質，需要水解為氨基酸才能被人體吸收，那氨基酸具有怎樣的結構特點呢？
教師準備甲烷的“球棍模型”，結合模型，介紹甲烷的結構特點、化學鍵的概念及其平面結構式。基于科學事實，在一定的條件下甲烷可以轉變為氨基酸，教師介紹甲烷的任意2個H被氨基（-NH2）和羧基（-COOH）取代后，即可轉變為最簡單的氨基酸——甘氨酸。基于對氨基酸的初步認識，組織學生在教材P29“思考·討論”中比較幾種氨基酸與甘氨酸在結構上的共性和差異性，并總結氨基酸的結構特點。
請學生認真觀察、比較以下3氨基酸的結構式（圖2），回答問題，表達交流。
圖2. 其它3種氨基酸的結構式
教師提問：（1）氨基酸的元素組成是什么？（2）每種氨基酸都是只有一個氨基（-NH2）和羧基（-COOH）？請完善總結的氨基酸結構特點。
設計意圖：高一學生對相關有機化學知識——結構式并不了解，通過甲烷分子式和球棍模型的過渡，為新知的學習進行了“橋接”，使學生對抽象、陌生的氨基酸分子結構進行初步的認識。比較不同氨基酸結構式的異同，歸納、總結氨基酸結構通式和其特點，培養學生的觀察能力和歸納的科學思維。
模型建構1：氨基酸脫水縮合的過程
教師提供氨基酸模型（圖3），學生自主閱讀教材30頁有關氨基酸連接的內容，2人為一組，合作將桌上的2個氨基酸模型連接起來。構建模型完成后，請一組學生演示并語言表述氨基酸脫水縮合形成二肽的連接過程。
圖3.氨基酸的分子模型
設計意圖：氨基酸脫水縮合形成二肽的過程，通過模型將微觀、抽象的知識可視化，加深對知識的理解。模型建構后的表述過程，有利于培養學生的語言表達能力和概括能力。
資料分析：蛋白質的形成過程
學生自主閱讀教材30頁有關蛋白質的形成過程，獲取有效信息，梳理蛋白質形成的過程。教師提問：（1）多肽經歷了什么過程轉變為蛋白質？（2）蛋白質空間結構的穩定性，與什么作用力或化學鍵有關？利用課前已經準備好的多肽模型（圖4）模擬多肽盤曲折疊形成具有一定空間結構的蛋白質的過程。
圖4.多肽的模型
設計意圖：通過閱讀資料，學生獲取有效信息，總結蛋白質的形成過程，有利于培養學生提取信息、整合信息的能力。通過模型直觀演示，可以加深對知識的理解。
模型建構2：蛋白質具有結構多樣性的原因
提問：構成蛋白質的氨基酸有21種，而自然界發現的蛋白質至少有10億種，較少的氨基酸是如何形成如此豐富多樣的蛋白質的呢？
教師提供材料：幾根鐵絲、4種顏色的超輕黏土小球（每種顏色8粒），學生4人一組，用小球和鐵絲合作構建1種蛋白質。該蛋白質含幾條鏈、每條鏈多長、小球怎么排列由小組自行決定。
模型建構之后，邀請學生展示自己的作品，并表達交流，教師提問：（1）如果給大家足夠長的時間，21種數量不限的小球，可以串出幾種作品？（2）假設每種顏色的小球代表一種氨基酸，則每條鏈代表什么？（3）導致每個小組構建的蛋白質不同的原因是什么？經過此次活動，你認為蛋白質的結構多樣性與什么有關？
設計意圖：通過模型建構，激發學生的學習興趣，充分發揮學生的主體地位，學生在觀察、模擬的過程中，體會蛋白質的結構多樣性，并歸納其結構多樣性的原因，培養了學生合作能力、類比和推理的科學思維。
關注健康，形成結構和功能觀，體悟社會責任與擔當
分析實例——鐮刀型細胞貧血癥。血紅蛋白中某一處的谷氨酸被纈氨酸取代，就可能形成異常的血紅蛋白。這樣的血紅蛋白可聚合成纖維狀，由它參與組成的紅細胞會扭曲成鐮刀狀，運輸氧氣的能力大為削弱，體會蛋白質的結構與功能相適應。事實上，人類的許多疾病都與細胞內肽鏈的錯誤折疊密切相關，包括囊性纖維病、阿爾茨海默病和帕金森病等。
播放視頻，展示蛋白質研究的最新進展，人工智能Alpha fold在蛋白質結構預測上取得了突破性進展，為人類的疾病研究、生命的深入理解奠定了基礎，在向科學家們致敬的同時，鼓勵學生尊重科學，為將來投身科研工作，向世界帶來驚喜埋下種子。
設計意圖：通過真實的案例，逐漸形成結構和功能相適應的觀念，觀看最新的前言進展，激發學生的學習熱情，體會雖然科學研究是一個不斷試錯、完善的過程，但又能給人類帶來驚喜和福祉。
構建思維導圖，形成知識網絡
利用氨基酸、多肽和蛋白質等核心概念，自主完成具有聯系的思維導圖（圖5），構建知識的網絡。
圖5.蛋白質是生命活動的主要承擔者的知識網絡
設計意圖：生物學具有復雜的知識體系，及時的利用概念圖對學習知識進行歸納整理，有利于培養學生對知識的整合能力和發散性思維。
九、板書設計
2.4 蛋白質是生命活動的主要承擔者
十、教學反思及總結
該教學設計按照新課程標準要求進行設計，以學生為主體，按照“蛋白質（三文魚）→氨基酸→蛋白質（人體內）”的主線進行課堂教學活動，類比甲烷分子對氨基酸的結構進行認知，通過模型建構理解氨基酸脫水縮合的過程和對蛋白質的結構多樣性進行解釋，使微觀抽象的知識變得可視化、形象化，激發學生學習熱情的同時，落實了生物學科學素養的的形成。
但是，也正因為本節課注重學生的體驗，需要教師提前做好更充分的準備，包括模型的制作、實驗材料的準備等，增加了教師的工作量，在教學過程中，學生活動的時間更加機動，需要假設靈活的處理。
總之，生物學何其復雜而獨特，雖教無定法，但我們都將立足于核心素養的提升和學生品質的塑造，探索更為有效、有意義的教學。

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