基于主線式問題情境的生物學教學設計
——以“主動運輸與胞吞、胞吐”為例

薛天濤 索姍姍

（山東省東營市第二中學 山東東營 257000）

“主動運輸與胞吞、胞吐”一節涉及的生物學概念分散，課堂教學中需要以一條邏輯完整的主線引導進行知識體系的建構與學科思維的深入。下文選擇“腎小管的重吸收作用”這一主線，通過問題情境驅動學生的學習興趣，采用探究實驗厚植學生的理性思維，從而達到深度學習的目的。

1 教材分析

“主動運輸與胞吞、胞吐”選自人教版高中生物學教材必修一第四章“細胞的物質輸入和輸出”第二節。在此之前，學生已經學習并掌握細胞膜的結構和功能、分泌蛋白的合成、加工和運輸，為學習“主動運輸與胞吞、胞吐”的過程奠定了基礎。此內容是“被動運輸”的延續，是能源物質ATP首次出現在高中教材，具有承前啟后的作用。

本節課的重難點是主動運輸的過程和特點，胞吞、胞吐的過程。本節教學中，教師通過資料分析和模擬實驗的方式突破重難點，鍛煉學生處理信息、學科融合的能力，化抽象為形象，幫助學生更好地理解“主動運輸和胞吞、胞吐”的過程。

2 教學目標

①基于特定的生物學事實，通過對比幾種物質跨膜運輸方式，逐步得出主動運輸、胞吞、胞吐的概念，鍛煉處理信息和歸納概括的能力。

②通過學習主動運輸、胞吞、胞吐的過程、特點和意義，建立結構與功能觀、物質與能量觀。

③通過模擬胞吞的過程，培養運用學科融合知識進行實驗設計、方案實施的能力。

④通過分析不同物質進出腎小管上皮細胞的方式、人工腎的工作原理，領悟科學探究對健康生活的意義，培養社會責任感。

3 教學過程

3.1 溫故求新，承上啟下

教師播放“尿毒癥患者利用人工腎進行透析”的短視頻，呈現人工腎教具，帶領學生回憶初中所學“腎單位”的相關知識。進而呈現事實材料：正常人每日原尿量為180 L，而終尿每日只有1.5 L。引導學生思考原尿中大量的水分子是如何被腎小管上皮細胞重吸收的。

設計意圖：教師通過對水分子進出腎小管上皮細胞的分析，讓學生鞏固上節課所學被動運輸的種類和特點，提出問題“原尿中的無機鹽離子、葡萄糖分子以及大分子物質是如何進出腎小管上皮細胞的呢”，激發學生的求知欲望，進入本節課“主動運輸與胞吞胞吐”的學習。

3.2 分析資料，深度思考

教師呈現事實材料：正常人每天腎小球Na+的濾過量約500 g，而每天的尿液中僅含Na+3～5 g。輔助性資料：腎小管上皮細胞內Na+濃度僅為10 mmol/L，遠低于細胞外；ATP為一種能源物質（圖1）。并進行問題引導：①原尿中的Na+由腎小管管腔進入腎小管上皮細胞，有什么特點？為何種運輸方式？②Na+運出腎小管上皮細胞有什么特點？為何種運輸方式？

圖1 Na+進出腎小管上皮細胞

設計意圖：教師以事實為依托，圖文結合，借助問題串引導學生分析腎小管上皮細胞中Na+的進出方式。“進”為被動運輸中的協助擴散，判斷依據有兩個，即順濃度梯度和借助通道蛋白；“出”為逆濃度梯度。借助載體蛋白和能量，教師引入“主動運輸”這一新概念的學習。針對運輸Na+出腎小管上皮細胞的載體蛋白——鈉鉀泵，學生不難發現其在運輸Na+的同時運入K+。教師進而激發學生深度思考：鈉鉀泵既能與K+結合也能和Na+結合，是否說明鈉鉀泵不具有特異性？并借助圖2幫助學生歸納載體蛋白的特點。

圖2 鈉鉀泵

接著，教師呈現事實材料：正常人的原尿中葡萄糖含量為0.1 g/100 mL，而尿液中無葡萄糖。輔助性資料：腎小管上皮細胞膜表面存在兩種形式的葡萄糖載體，存在于管腔側細胞膜上的Na+依賴的葡萄糖轉運載體（SGLT2）和存在于基底側細胞膜上的葡萄糖轉運體（GLUT2）（圖3）。并提問：①鈉鉀泵對葡萄糖的運輸有無影響？②葡萄糖進出腎小管上皮細胞分別是哪種方式？

圖3 葡萄糖進出腎小管上皮細胞

設計意圖：教師以“腎小管的重吸收作用”為主線，以Na+進出腎小管上皮細胞的方式為基礎，引導學生探究葡萄糖進出腎小管上皮細胞的方式。結合材料分析，學生總結主動運輸的意義。

3.3 設計實驗，模擬探究

轉運蛋白雖然能夠幫助許多離子和小分子通過細胞膜，但是，對于蛋白質和多糖這樣的生物大分子的運輸卻無能為力。

教師呈現事實材料：正常人的原尿中蛋白質為0.03 g/100 mL，但尿液中無蛋白質。輔助性資料：一些大分子物質會與細胞膜上特定的蛋白質相互識別并被“拽住”，之后細胞膜內陷形成囊泡，在能量的作用下被“剪切”下來進入細胞（圖4）。并提問：①胞吞、胞吐過程的實現與細胞膜什么特性有關？②物質通過胞吞、胞吐進出細胞的方式有何特點？

圖4 胞吞

設計意圖：與舊版教材相比，新人教版教材把“主動運輸與胞吞、胞吐”作為一節內容，因此選取合適的資料將兩部分運輸方式較好地串聯起來進行主線式教學設計。教師利用正常人原尿中存在少量蛋白質而尿液中無蛋白質這一生命現象，引導學生學習胞吞的過程，而胞吐類似于胞吞的相反過程。重點在于結合圖文資料引導學生分析胞吞、胞吐的特點，即需要能量和蛋白質的參與，依賴細胞膜的流動性。

教師組織小組活動，要求學生設計方案，進行實驗模擬胞吞的過程。教師提供清水、植物油、蛋黃液、透明杯、一次性滴管等實驗材料，并提示學生：①結合物理學知識，比較清水、植物油、蛋黃液的密度關系。②上述實驗材料可分別模擬細胞的什么結構或成分？依據是什么？③小組成員交流討論，設計出模擬胞吞的實驗方案。

設計意圖：胞吞、胞吐過程比較抽象，為了將其突破，教師沒有采取以往播放視頻動畫的措施，而是借助跨學科融合的策略，給學生提供實驗材料，學生討論設計實驗方案并實施。利用物理學密度的相關原理，學生親自設計實驗并動手實踐，在做中學，化抽象為形象，加深了對胞吞過程的動態理解，深刻理解了胞吞、胞吐依賴于細胞膜的流動性這一結構特性，形成結構與功能相適應的生命觀念。

3.4 解決問題，落實責任

教師展示人工腎教具，引導學生思考：人工腎相當于什么結構？具有什么特性？尿毒癥患者血液中哪些物質通過人工腎過濾出去？哪些物質保留下來重新輸送回患者血液？進一步幫助學生鞏固本節課所學知識，深入理解生物膜與半透膜、選擇透過性與半透性的區別。培養學生嘗試解決社會問題、崇尚健康生活方式的社會責任感。

4 教學反思

本節課最大的亮點在于以“腎小管的重吸收作用”為主線，借助問題引導層層遞進，采取化抽象為形象的模擬實驗，幫助學生逐一突破主動運輸與胞吞、胞吐的概念和過程，很好地貫徹了學科核心素養的要求。學生深刻理解生命的本質，體驗科學探究的過程，提高設計實驗和動手操作的能力。本節課存在不足之處，模擬實驗僅能夠幫助學生理解胞吞的動態過程，但不能體現出胞吞需要膜上蛋白質、能量的參與，關于此類問題還有待商榷和共同探討。