基于任务驱动的“蛋白质”一节的教学设计

许 晖

(浙江省温州中学 325014)

1 教材分析

“蛋白质”是浙科版高中生物学教材《分子与细胞》第1章第3节内容，以蛋白质是细胞内重要的生物大分子这一重要概念为认知目标，包括细胞功能主要由蛋白质完成、氨基酸是蛋白质的基本单位、蛋白质功能取决于其三维结构等内容。正确理解氨基酸序列与蛋白质结构的关系，形成蛋白质结构与功能相统一的观点，将为以后学习生物膜的流动镶嵌模型、跨膜物质转运、酶的催化机理、突触的信号传递、人体免疫、基因表达和中性突变等内容打下坚实的基础。学生通过初中阶段学习已经知道氨基酸是蛋白质的消化终产物，但对于尚不具备有机化学基础知识的高一学生来说，蛋白质结构和功能的知识非常抽象，难以理解。鉴于以上分析，确定本节的教学重点为：细胞功能主要由蛋白质完成、氨基酸形成蛋白质的过程；教学难点为：蛋白质功能取决于其三维结构。以事实材料和实践活动促进学生进行概念学习的任务驱动教学法达成教学目标。

2 教学目标

2.1 知识目标 举例说明细胞功能主要由蛋白质完成，概述许多氨基酸通过脱水缩合反应形成多肽的过程，概述氨基酸的亲水性、亲脂性对蛋白质结构的影响。

2.2 能力目标 在多肽模型的基础上制作蛋白质结构模型，运用结构与功能相适应的观点解释蛋白质功能与其三维结构密切相关。

2.3 情感态度与价值观目标 能够针对生活实践中某些蛋白质变性现象提出预防措施。

3 教学过程

将全班40个学生分为A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E210个小组。在小组活动时，字母相同的两个小组的活动任务相同。

3.1 蛋白质的功能多样性 蛋白质多种多样的重要功能具体表现在哪些地方呢？让学生阅读教材和仔细观察图1内容，回答问题：①蛋白质分子与你熟悉的其他物质比较，有何不同？②蛋白质分子的特定形状在其行使生物学功能时，有何作用？然后学生自由发言，并将蛋白质与水、氯化钠、葡萄糖和淀粉等物质进行比较，从而认识到蛋白质是生物大分子，蛋白质功能与其特定形状密切相关。

图1 蛋白质具有多种多样的重要功能

设计意图：通过图片形式提供丰富的事实材料来明确教学指向，即多种多样的蛋白质功能与其特定形状有关，为学生形成概念提供支撑。“回答问题”作为过程性练习起到学习支架的作用。

3.2 氨基酸的结构特点 氨基酸是蛋白质的基本单位，它的分子结构是什么样的呢？让学生阅读资料：①羧酸是指含有羧基(―COOH)的有机物分子，―COOH在一定酸碱环境中可以电离出质子(―COO-+ H+)；乙酸就是一种羧酸。②氨基的写法是―NH2。③氨基酸是指含有氨基的羧酸。试写出下面几种物质的分子结构式：甲烷：________乙酸：________ 氨基酸：________。

进一步让学生阅读教材和图2，回答问题：①组成蛋白质的氨基酸共有多少种？②怎样书写它们的结构通式？

阅读教材和图3，回答问题：①组成蛋白质的是哪一类氨基酸？②有些氨基酸是亲水的，有些氨基酸是亲脂的，试给出合理解释。教师请一位学生板演从甲烷到氨基酸的分子变化过程。之后在多媒体展示台上呈现几位学生书写的不一样的氨基酸结构通式，它们反映了相同的分子结构。最后学生讨论氨基酸的亲水性和亲脂性。

图2 几种组成蛋白质的氨基酸分子的化学结构

图3 几种不同类型的氨基酸的结构通式

设计意图：把“核心元素碳→甲烷→乙酸→氨基酸→二肽→多肽→蛋白质的结构→蛋白质的功能”作为推进教学进程的主线，符合认知规律，有利于形成结构化的知识。对不同氨基酸分子结构的分析讨论，有助于掌握组成蛋白质的氨基酸的结构特点和理解氨基酸的亲水性、亲脂性。

3.3 二肽、多肽(肽链)的形成 为各个小组提供氨基酸总数相同，标记有氨基末端、羧基末端的肽链模型(由铅丝串联两种颜色颗粒而形成)。红色颗粒表示亲水性氨基酸，黑色颗粒表示亲脂性氨基酸。A组模型(6肽、106肽)，B组模型(5肽、6肽、101肽)，C组模型(112肽)，D组模型(112肽)，E组模型(112肽)。

让学生阅读教材，小组合作，完成活动任务：一张纸片上写有丙氨酸，另一张纸片上写有甘氨酸。纸片是可以折叠的，还有一个用于粘贴的固体胶棒。请模拟1个丙氨酸和1个甘氨酸形成二肽。

小组合作，回答问题：①你们模拟的二肽与其他小组的二肽一样吗？怎样书写肽键？②你们小组的所有肽链(可能只有一条肽链)在形成过程中共脱去几个水分子？与其他小组的答案一样吗？为什么？③一条肽链有几个氨基、羧基？④你们小组的肽链与其他小组的肽链具体有哪些不同呢？

图4 甘氨酰丙氨酸(左)和丙氨酰甘氨酸(右)

最后各小组进行讨论分享交流。各个小组完成模拟实验以后，会发现存在两种二肽分子(图4)，问题①也迅速在小组内得到解决。在关于脱去几个水分子和肽链有何不同的讨论中，小组间必须充分交换各自所需信息，才能通过归纳概括得出结论。

设计意图：通过创设真实的问题情境，引导学生开展小组内合作和小组间合作。模拟活动以及后续讨论的教学设计指向成就标准，学生在由内而外的知识输出过程中深化对知识的理解。

3.4 蛋白质的结构多样性 蛋白质为什么会有多种多样的三维结构？肽链是怎样构成蛋白质的？

3.4.1 阅读教材，小组合作，完成活动任务 A组、B组、C组：尝试把你们最长的肽链盘曲折叠成亲水的蛋白质；D组：尝试把你们的肽链盘曲折叠成一半亲水、一半亲脂的蛋白质；E组：尝试把你们的肽链盘曲折叠成两头亲水、中间亲脂的蛋白质。

3.4.2 小组合作，回答问题 问题设置：①A组是否完成了活动任务？(如果A组对任务表示疑义，请说明理由；如果A组表示完成任务，请对建构的亲水蛋白质模型进行说明。实际上，A组肽链模型中的亲水性、亲脂性氨基酸随机排列，不能形成亲水蛋白质。)②比较各组的蛋白质模型，大组间不同，大组内相似，你可以得出什么结论？③如果强酸、强碱或高温破坏了蛋白质分子内氨基酸之间相互作用力，对蛋白质的三维结构有何影响？④怎样防止疫苗、血液等生物制品发生蛋白质变性？

3.4.3 分享交流 首先是A组派出代表手拿肽链模型介绍活动任务的完成情况，“亲水性、亲脂性氨基酸随机排列”有可能引发哄堂大笑。学生们针对各组蛋白质模型为何不同的讨论，聚焦氨基酸分子间相互作用，自然也就解释了蛋白质变性的现象。

设计意图：模拟活动的结果具有不确定性，同时它又作为课堂生成的事实材料，帮助学生认识蛋白质结构与其氨基酸序列有关，甚至领悟氨基酸序列中不同氨基酸在蛋白质结构形成中所起的作用大小是不一样的。

4 教学反思

这节课以环环相扣的活动任务来驱动学习进程，凸显自主合作探究的学习方式，在每个教学环节都精心设计问题情境作为活动载体和学习支架。丰富的事实材料既有教师提供的，也有课堂生成的二肽、蛋白质模型，为学生发现知识提供了强有力的支撑。模拟活动不仅是学习内化的过程，还是知识输出的过程，有助于深入理解和迁移运用。建构蛋白质结构模型活动结果的不确定性，又让学生经历了不一样的学习体验。这样的教学设计也能较好地推动生物学核心素养的培养。