基于生命观念的教学设计

摘 要：生命观念是生物学学科核心素养的组成部分。本文以“盐碱地植物的生存策略”为情境，通过实验探究植物主动运输无机盐过程中的能量供应，探讨盐碱地环境中植物的生存策略，以及胞吞胞吐对耐盐植物的意义。本文将主动运输和胞吞胞吐整合到一个具体实例中，实现概念整合，从而促进学生形成“物质与能量观”“进化与适应观”“结构与功能观”等生命观念。

关键词：生命观念；主动运输；胞吞胞吐

文章编号：1003-7586（2024）10-0018-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

1 教材分析及设计思路

本节内容选自人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》第4章第2节，属于《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中的大概念2“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”下的重要概念“2.1 物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”。

生命观念的教学应重在理解其实质意蕴，重在概念整合，重在指导解决实际问题。^［1］本节课创设“盐碱地植物的生存挑战和应对策略”的真实情境，并贯穿教学过程。学生通过探讨真实问题，实现概念整合，促进“物质与能量观”“进化与适应观”“结构与功能观”等生命观念的形成，促进自身科学探究能力和科学思维的发展，发展关爱环境、关注生态的社会责任意识。

2 教学目标

（1）通过探究离子逆浓度梯度运输的过程，阐述主动运输的特点、过程和意义，理解物质跨膜运输与细胞膜结构、细胞内能量的关系，认同细胞膜的选择透过性原理，发展科学探究能力，建立结构与功能、物质与能量相关联的生命观念。

（2）通过分析水和无机盐在耐盐碱植物细胞中的运输方式，解读耐盐碱植物特殊的生命现象是对环境长期适应的结果，认同生命的独特性与复杂性，发展科学思维，建立进化与适应观等生命观念。

（3）通过了解盐碱地植物难以生存的原因，形成保护生态环境的意识，提升社会责任意识和担当能力。

3 教学过程

3.1 情境导入，激发学习兴趣

教师播放视频，介绍我国可耕种土地面积不到国土总面积的13%，有大面积盐碱地不能有效利用。教师提出问题：为什么盐碱地中植物不易存活？教师引导学生结合所学知识，分析盐碱地土壤的渗透压高导致植物细胞失水的现象。兴趣小组展示实验结果：紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在高渗钼酸钠溶液中发生质壁分离，并且液泡变蓝。

设计意图：学生从数据中了解我国的土地盐碱化状况，认识到有效利用盐碱地的重要意义。分析盐碱地难以被有效利用的原因，并通过实验结果证实高渗溶液中的细胞会失水。从宏观推测到微观观察证实盐碱地植物失水的事实。教师以紫色洋葱和钼酸钠溶液为实验材料，用钼酸钠进入细胞使紫色洋葱表皮细胞使液泡变蓝的实验现象激起学生的兴趣和求知欲，引导学生分析洋葱表皮细胞变蓝的原因，说明离子能进入细胞，为后续实验探究埋下伏笔。

3.2 实验探究构建主动运输概念

概念是思维和探究的基础，也是思维和探究的结果，是观念形成的基础，也是担当社会责任的基础。^［1］概念教学是高中生物学教学的核心内容，概念是形成和支撑生命观念的重要依据。教师展示资料并提出问题：植物细胞内正常代谢的K+最佳浓度是100mmol/L，而土壤中的钾素含量只有0.1～1.0mmol/L，联想生活中走上坡路、逆水行舟的情境，离子的逆浓度梯度运输可能还需要什么？

学生推测离子逆浓度梯度运输需要转运蛋白协助并消耗能量。教师引导学生设计实验，并探究细胞逆浓度梯度运输离子是否需要消耗能量。教师引导学生分析实验的自变量和因变量，并提供呼吸抑制剂丙二酸钠。学生认为实验自变量是能量的有无，实验因变量是钼酸钠溶液中变蓝细胞所占的比例，并以小组合作的形式设计实验方案。

学生进行实验操作，教师展示学生在显微镜下观察到的实验结果。

学生分析结果，得出结论：随着时间推移，呼吸抑制剂处理组中，变蓝细胞比例明显小于正常组，说明能量能够影响钼酸钠溶液中的离子进入细胞。

教师补充说明：无论是哪种物质，逆浓度梯度穿过膜的过程都需要载体蛋白的协助，而且总会消耗能量。学生总结主动运输的概念：主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆电化学梯度或浓度梯度进行跨膜运输的方式，它是一种需要消耗能量的物质跨膜运输过程。

学生利用磁力贴模拟物质逆浓度梯度进行主动运输的过程。学生需要在不同磁力片所代表的物质中做选择，准确判断运输方向为逆浓度梯度；选择磷脂双分子层上合适的转运蛋白；ATP能量驱动载体结构发生变化，进而完成物质转运，最终形成结构与功能观。

设计意图：学生根据教师提供的资料，按照“提出问题—做出假设—设计实验—进行实验—分析结果”的科学探究的一般步骤，证实主动运输需要能量，从而对主动运输的概念认识得更真实、深刻。引导学生基于实验证据和事实，用归纳与概括的方法阐释概念，培养科学探究能力，促进其科学思维的发展。

3.3 实例分析拓展主动运输内涵

教师展示耐盐植物液泡膜的离子运输示意图（图1）并提出问题：图中H+进、出液泡分别是什么运输方式？已知液泡内Na+浓度高于液泡外，Na+进入液泡的运输方式是什么？

结合主动运输特点，学生很容易判断出H+进入液泡的过程是主动运输，出液泡是协助扩散。教师借助能量来源的问题，介绍H+顺浓度梯度协助扩散的同时使Na+逆浓度梯度跨膜转运，是直接利用离子的电化学势能进行的主动运输，也是间接利用ATP能量的主动转运过程。学生根据能量来源不同，归纳总结出主动运输的能量可以分为由ATP直接供能（ATP驱动泵）和间接供能（协同转运）两种。

设计意图：教师引入主动运输的其他例子，拓展教学内容，深化学生对主动运输需要能量的认识并认同主动运输普遍存在的现象，引导学生说出主动运输的意义，认同主动运输对生物体的正常生命活动具有重要意义。

3.4 学以致用，解决问题

教师展示资料：土壤中Na+含量的升高是土壤盐化的重要原因，细胞内高浓度的Na+会对细胞质中酶的活性产生较大影响。很多植物不能在盐碱地生存，因而盐碱地不能被有效利用，但耐盐植物柽柳能在盐碱环境中正常生存。教师引导学生思考：从水和Na+跨膜运输的角度分析，耐盐碱植物柽柳可能通过哪些途径适应盐碱环境生存？

学生讨论回答，减少膜上Na+转运蛋白从而减少Na+的吸收；将细胞内的Na+主动运输并分泌到细胞外；主动运输过程中Na+转进液泡内储存，并增大细胞液浓度促进细胞吸水；调控细胞膜上水通道蛋白的数量，影响细胞吸水和失水。

设计意图：学生积极思考、学习致用，利用所学知识解释柽柳等耐盐碱植物的生存策略，体会耐盐碱植物在长期进化过程中形成的适应性策略，从而形成进化与适应观。教师利用水通道蛋白的调控过渡到下一部分胞吞胞吐的教学。

3.5 认识胞吞胞吐

学生讨论耐盐碱植物的生存策略，教师展示植物细胞膜上水通道蛋白调控的过程图（见图2），印证学生讨论提出的耐盐植物生存策略。教师通过图片介绍水通道蛋白这类大分子物质在转运时不能直接穿过膜，而是以囊泡形式进行物质运输，进一步说明分泌蛋白在胞内合成，以囊泡方式运输到细胞外。

教师播放白细胞吞噬细菌的视频，学生根据视频内容直观体会胞吞胞吐时细胞膜受体的识别作用、膜的变形与融合过程，通过实例体会受体在胞吞过程中的重要作用以及膜的流动性。教师通过问题串引导学生思考：胞吞胞吐运输的物质有什么特点？胞吞和胞吐过程的实现体现生物膜的什么特点？胞吞和胞吐需要什么条件？学生总结胞吞胞吐是一种大分子物质的运输方式，需要膜上蛋白质参与，且需要消耗能量。

教师展示柽柳的泌盐现象的图片，柽柳的小叶片还有幼嫩的茎都会分泌盐，形成白色盐粒。教师展示柽柳盐腺的结构图，盐腺是柽柳这类抗盐碱植物所特有的结构（由六个分泌细胞及两个收集细胞构成，分泌细胞两两成对排列形成三列，外层两个分泌细胞含有大量线粒体，并与外壁形成收集盐分的收集腔用于排盐，内层的分泌细胞与收集细胞紧密相连），它能通过液泡将细胞内的高浓度盐隔离，再通过胞吐将多余的盐分排出体外。

教师提出问题：分泌细胞泌盐是以胞吐形式进行的，而胞吞胞吐一般运输的是大分子物质，小分子盐以胞吐形式进行运输有什么好处？教师引导学生分析盐腺细胞以胞吐形式泌盐的意义。

设计意图：白细胞吞噬细菌的动态视频帮助学生了解胞吞胞吐的发生过程，引导学生分析为什么细胞通过胞吞胞吐进行物质运输，帮助学生概括胞吞胞吐的概念和特征。学生通过盐腺的特殊例子，了解胞吞胞吐也可以运输小分子，认识生命活动的复杂性，提升对生命本质的认识。

3.6 系统归纳形成生命观念

本节课沿着一个主线情境巧妙地将主动运输和胞吞胞吐的内容贯穿起来。教师以磷脂双分子层为支架构建结构模型，对物质的跨膜运输方式及其共同特征进行总结，让学生认识到膜具有选择透过性。细胞通过被动运输、主动运输、胞吞和胞吐有选择地吸收或排出物质，这些运输过程都依赖于细胞膜的结构，特别是与膜蛋白的种类和数量等有关，体现了膜的结构决定膜的功能，有助于学生养成结构与功能相适应的生命观念。

4 教学反思

在本节课的教学中，教师以发展学生的生命观念为线索进行教学设计，创设教学情境，引导学生在解决问题的过程中学习，利用知识框架提出问题引导学生思考。教师要充分发挥生物学学科的实验优势，设计探究实验活动，探讨现实问题，拓展思维空间，促进学生进行有质量的、开放性的思维活动，发展学生的科学思维和科学探究能力，有助于学生深入理解结构与功能观、进化与适应观、物质与能量观等生命观念。教师也需要利用真实情境引导学生关注环境问题，增强社会责任意识，体会根据所学知识解决问题、解释现象的乐趣，挖掘德育价值。

参考文献

［1］谭永平.生物学学科核心素养：内涵、外延与整体性［J］.课程·教材·教法，2018，38（8）：86-91.