北京 李建芝 顧詠梅

“感知、理解、鞏固、運(yùn)用”四步教學(xué)法符合學(xué)生的認(rèn)知心理，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)發(fā)展能力。具體過程是教師首先根據(jù)教學(xué)需要引入或創(chuàng)設(shè)具有一定情緒色彩的、生動的、具體的場景，讓學(xué)生有初步感知，然后引導(dǎo)學(xué)生理解，接著再進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，最后提供案例，幫助學(xué)生運(yùn)用。本文以“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”一節(jié)為例，闡述四步教學(xué)法的應(yīng)用。

1.教材分析

“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者”是2019版人教版教材必修1《分子與細(xì)胞》第2章“組成細(xì)胞的分子”第4節(jié)的內(nèi)容。教材首先介紹蛋白質(zhì)的功能，再介紹蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從宏觀到微觀，從形象到抽象，學(xué)生易于接受、理解，也易于形成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念。

本節(jié)內(nèi)容需要2課時(shí)完成，第1課時(shí)講解蛋白質(zhì)的功能，氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，氨基酸脫水縮合過程；第 2課時(shí)講解肽鏈盤曲、折疊形成蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)多樣性的原因，蛋白質(zhì)變性。本文就第1課時(shí)展開論述。

2.學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)掌握的內(nèi)容有：食物中蛋白質(zhì)的消化吸收，蛋白質(zhì)的重要性，蛋白質(zhì)的檢測。學(xué)生還沒有掌握以下內(nèi)容：氨基酸的分子結(jié)構(gòu)，氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程；從結(jié)構(gòu)與功能觀角度認(rèn)識蛋白質(zhì)的多樣性。

本節(jié)教學(xué)在高一學(xué)生接觸生物學(xué)的第一個(gè)月開展，學(xué)生缺乏有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)有難度；尤其蛋白質(zhì)還是生物大分子，學(xué)生需要有層次地認(rèn)識其結(jié)構(gòu)，這對于學(xué)生來說更具有挑戰(zhàn)性。所以教師需要借助模型構(gòu)建等活動，幫助學(xué)生理解相關(guān)內(nèi)容。

3.教學(xué)目標(biāo)

3.1 舉例說出蛋白質(zhì)的功能，認(rèn)同蛋白質(zhì)在細(xì)胞生命活動中承擔(dān)重要作用。(生命觀念)

3.2 通過比較不同氨基酸的結(jié)構(gòu)，歸納得出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式。(科學(xué)思維)

3.3 通過構(gòu)建氨基酸結(jié)構(gòu)模型，形成對氨基酸結(jié)構(gòu)的空間認(rèn)識。(科學(xué)思維，科學(xué)探究)

3.4 通過觀看示意圖及動畫，闡述氨基酸形成多肽鏈的過程。(科學(xué)思維)

3.5 通過了解必需氨基酸的作用，形成健康生活的理念。(社會責(zé)任)

4.教學(xué)重點(diǎn)

4.1 蛋白質(zhì)的功能。

4.2 氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及蛋白質(zhì)的形成過程。

5.教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境，共情感知

教師出示術(shù)后拆線者描述疼痛的一段話(略)及膠原蛋白線實(shí)物，提出問題：作為一種新型的手術(shù)縫合線，膠原蛋白線應(yīng)具有怎樣的特性？

設(shè)計(jì)意圖：患者的痛苦經(jīng)歷可引發(fā)學(xué)生情感共鳴；通過觀察、觸摸膠原蛋白線實(shí)物，學(xué)生對這種新型縫合線的強(qiáng)韌及纖細(xì)程度形成直觀感知。此環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以此推動學(xué)生認(rèn)知活動的進(jìn)行。

5.2 任務(wù)1：舉例說明蛋白質(zhì)的功能

學(xué)生舉例說明蛋白質(zhì)的功能。教師講解：一些信號分子是蛋白質(zhì)(如生長因子)，與受體結(jié)合后引發(fā)細(xì)胞內(nèi)一系列反應(yīng)(圖略)；一些蛋白質(zhì)能夠調(diào)控基因的表達(dá)(圖略)。

設(shè)計(jì)意圖：“蛋白質(zhì)的功能”教學(xué)難度相對較低，學(xué)生有一定的生活經(jīng)驗(yàn)和知識基礎(chǔ)，因此可由學(xué)生舉例說明，教師歸納、補(bǔ)充。教材彩圖沒有涉及蛋白質(zhì)在微觀水平上的調(diào)節(jié)作用，教師可舉兩例予以簡要說明。

5.3 任務(wù)2：歸納概括氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5.3.1 感知——生活中的氨基酸

問題：為什么蛋白質(zhì)可以執(zhí)行這么多復(fù)雜的功能呢？

教師指導(dǎo)學(xué)生觀看教材第15頁第2章的彩圖(蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型)及壓圖文字(闡明生命現(xiàn)象的規(guī)律，必須建立在闡明生物大分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上)，回憶蛋白質(zhì)的消化過程，然后進(jìn)行講解：構(gòu)成蛋白質(zhì)“大廈”的“磚石”是氨基酸。蛋白質(zhì)種類非常多，但是其基本組成單位是一致的，這就像生物體外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)千姿百態(tài)，但是在基本組成單位——細(xì)胞層面上是一致的。根據(jù)蛋白質(zhì)的消化過程推測氨基酸如何形成蛋白質(zhì)，期間教師出示味精實(shí)物及燉肉圖片。教師講解根據(jù)人體是否能合成氨基酸，將氨基酸分為必需氨基酸和非必需氨基酸，并出示富含必需氨基酸的食物圖(圖略)。

設(shè)計(jì)意圖：通過“為什么蛋白質(zhì)可以執(zhí)行這么多復(fù)雜的功能呢”這一問題使學(xué)生由對蛋白質(zhì)功能的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)到對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。教材彩圖極具視覺沖擊力，該圖可使學(xué)生對于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性形成直觀印象，壓圖文字很好地點(diǎn)明了結(jié)構(gòu)決定功能的觀念。學(xué)生回憶初中所學(xué)的蛋白質(zhì)消化過程有兩個(gè)目的：一是得出氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，二是推測出由氨基酸形成蛋白質(zhì)是消化的“逆”過程，這樣學(xué)生對氨基酸形成蛋白質(zhì)的全貌有了總體認(rèn)識(氨基酸→多肽→蛋白質(zhì))。將氨基酸與細(xì)胞類比，不僅能加深學(xué)生對細(xì)胞學(xué)說的理解，還有助于學(xué)生從本質(zhì)上看待事物。相較于蛋白質(zhì)，學(xué)生對氨基酸相對陌生，展示味精實(shí)物并配合講解燉肉香味與氨基酸的關(guān)系，目的是讓學(xué)生直觀感知氨基酸，拉進(jìn)學(xué)生和學(xué)習(xí)內(nèi)容間的距離。

5.3.2 理解——分子水平的氨基酸

問題：多糖也是生物大分子。構(gòu)成常見的多糖(淀粉、纖維素、糖原)的基本組成單位都是葡萄糖。蛋白質(zhì)種類極其多樣，推測構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸是一種還是多種。

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察教材“思考·討論”欄目4種氨基酸結(jié)構(gòu)圖，要求圈出各氨基酸的相同部分、不同部分，并嘗試寫出氨基酸結(jié)構(gòu)通式(不同部分用R表示)。然后進(jìn)行講解：氨氣是NH3，氨基是—NH2，羧基使得化合物呈現(xiàn)出酸性，所以這是“氨基酸”名稱的由來?；瘜W(xué)意義上的氨基酸約有300多種，只要有一個(gè)氨基、一個(gè)羧基即是氨基酸，這兩個(gè)化學(xué)基團(tuán)可連接在不同的碳原子上；而生物學(xué)意義上的氨基酸都是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，必須是一個(gè)氨基、一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上，這個(gè)碳原子還連接一個(gè)氫原子和一個(gè)R基，不同的氨基酸R基不同，R基共有21種。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)、合理的猜想活動不是憑空而來的，它應(yīng)當(dāng)建立在學(xué)生對將要解決的問題有初步了解和一定思考的基礎(chǔ)之上。將蛋白質(zhì)和多糖對比，是為學(xué)生搭建猜想的平臺。教材中這4種氨基酸的排布是很規(guī)整的(同種化學(xué)基團(tuán)排布在同一側(cè))，有利于學(xué)生觀察、對比。在觀察了4種氨基酸的基礎(chǔ)上寫出氨基酸通式，是遵循由具體到抽象的認(rèn)知規(guī)律，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的歸納概括能力。教師的講解幫助學(xué)生厘清認(rèn)識誤區(qū)，對氨基酸結(jié)構(gòu)通式形成正確認(rèn)識。

5.3.3 鞏固——構(gòu)建模型深化理解

問題：(1)教材氨基酸結(jié)構(gòu)通式中的氨基、羧基位置能否互換？(2)結(jié)構(gòu)通式中的羧基能否寫成—COOH?(3)如何由甲烷(CH4)“演變”為氨基酸？

利用球棍模型構(gòu)建甘氨酸。說明：球代表原子，棍代表化學(xué)鍵(共價(jià)鍵)，1個(gè)化學(xué)鍵可連接2個(gè)原子。黑色球代表碳原子，有4個(gè)孔，可形成4個(gè)化學(xué)鍵，以此類推，氮形成3個(gè)化學(xué)鍵，氧形成2個(gè)化學(xué)鍵，氫形成1個(gè)化學(xué)鍵。要求：先拼出氨基、羧基，再連接在中心碳原子上(拆卸時(shí)，也先拆下與中心碳原子相連的化學(xué)基團(tuán)，然后再將化學(xué)基團(tuán)逐一拆解)。

設(shè)計(jì)意圖：問題(1)(2)引發(fā)學(xué)生深入理解氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于缺乏有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生對于氨基酸結(jié)構(gòu)通式的認(rèn)識尚有誤區(qū)，如多數(shù)學(xué)生認(rèn)為其只能寫成教材所示樣式。問題(3)從學(xué)生初中學(xué)習(xí)過的甲烷入手，提示采用基團(tuán)替換的方式，由甲烷“演變”為氨基酸，目的是使學(xué)生建立中心碳原子的概念。

在高中生物教學(xué)中恰當(dāng)運(yùn)用模型構(gòu)建，不僅可以為學(xué)生學(xué)習(xí)提供直觀印象，也可以讓學(xué)生在自主探究、合作交流的環(huán)境中學(xué)習(xí)，有助于提升學(xué)科核心素養(yǎng)。之所以選擇甘氨酸，是因?yàn)樗亲詈唵蔚陌被?，?gòu)建省時(shí)。要求學(xué)生先拼出氨基、羧基，再連接在中心碳原子上，是突出中心碳原子的地位，以更好地理解氨基酸結(jié)構(gòu)式中局部(化學(xué)基團(tuán))和整體的關(guān)系。

5.3.4 運(yùn)用——甄別真假氨基酸

問題：以下哪些是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸？

設(shè)計(jì)意圖：課堂練習(xí)是學(xué)生運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的具體體現(xiàn)。教師設(shè)計(jì)題目時(shí)要注意典型性和有效性。上述幾種化學(xué)式是經(jīng)過精心選擇的：①(半胱氨酸)R基中有硫，目的是讓學(xué)生明確氨基酸的元素組成；③(谷氨酸)、⑥(賴氨酸)R基中分別有羧基和氨基，目的是讓學(xué)生明白氨基酸“至少”有一個(gè)氨基、一個(gè)羧基的含義；⑤(色氨酸)R基是學(xué)生完全陌生的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，且羧基不是常規(guī)的寫在分子結(jié)構(gòu)式右側(cè)“—COOH”的樣式；②④不是氨基酸，原因各有不同(②的氨基、羧基未連接在同一個(gè)碳原子上，④沒有羧基)。

5.4 任務(wù)3：構(gòu)建氨基酸脫水縮合形成肽鏈過程

5.4.1 感知——由實(shí)物聯(lián)想遷移

教師出示一串手鏈實(shí)物，提出問題：穿珠子需要線，將氨基酸連接起來也需要“線”，“線”是什么呢？

5.4.2 理解——閱讀教材，闡述肽鍵的形成

問題1：蛋白質(zhì)是生物大分子，需要將氨基酸結(jié)合在一起。若要將21種氨基酸連成長鏈，需要借助氨基酸的共性部分，還是它的個(gè)性部分？觀察教材氨基酸脫水縮合示意圖(圖略)及動畫。

問題2：(1)連接兩個(gè)氨基酸殘基間的化學(xué)鍵是什么鍵？它是如何形成的？(2)在氨基酸的脫水縮合過程中，產(chǎn)生的水中的氫原子、氧原子分別來自于哪里？

5.4.3 鞏固——模仿學(xué)習(xí)，加深記憶

寫出任意一個(gè)由下面指定的3種氨基酸合成三肽的過程：甘氨酸(R:—H)，賴氨酸[R:—(CH2)4—NH2]；天冬氨酸(R:—CH2—COOH)。

問題3：上述三肽能否寫成以下形式？

5.4.4 運(yùn)用——抽象概括，形成規(guī)律

問題4：(1)1條肽鏈中，氨基酸數(shù)目和肽鍵數(shù)目有怎樣的關(guān)系？(2)n個(gè)氨基酸脫水縮合形成m條肽鏈，則這m條肽鏈共含有多少個(gè)肽鍵？至少含有多少個(gè)氨基、多少個(gè)羧基？

設(shè)計(jì)意圖：氨基酸脫水縮合過程是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。一般這部分內(nèi)容的處理方式有三種：教師講解；學(xué)生手拉手模擬；用球棍模型模擬。筆者認(rèn)為，這三種模式均具有一定的弊端。高中學(xué)生具備一定的自學(xué)能力，能看懂教材示意圖，沒有必要采取教師灌輸?shù)姆绞?；“學(xué)生手拉手模擬”對于發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力沒有太大幫助，實(shí)非必須；“用球棍模型模擬”較耗時(shí)，若已經(jīng)用球棍模型構(gòu)建氨基酸，則沒有必要再用此方式。

本部分教學(xué)筆者采取的是“問題導(dǎo)學(xué)式”模式，即以問題為主線，師生共同參與完成學(xué)習(xí)任務(wù)。本部分的問題設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，具有一定的思維含量。問題1為學(xué)生搭建思維臺階，通過講“理”使學(xué)生更容易理解脫水縮合的過程；問題2旨在幫助學(xué)生檢驗(yàn)自學(xué)效果；問題3通過指錯(cuò)、糾錯(cuò)，深化學(xué)生對正確寫法的認(rèn)識；問題4通過對脫水縮合的認(rèn)識，提高蛋白質(zhì)相關(guān)計(jì)算的能力；問題5從進(jìn)化的角度看待脫水縮合的合理性。這些問題很好地鍛煉了學(xué)生的邏輯推理能力，充滿了科學(xué)課的味道。

5.5 課后作業(yè)

問題：(1)多糖和蛋白質(zhì)都是生物大分子。人們曾經(jīng)認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，但從未把多糖列為遺傳物質(zhì)。為什么？(2)很多商家推出了“膠原蛋白口服液”“膠原蛋白”面膜。宣稱具有“美白”“去皺”等功能。請?jiān)u價(jià)產(chǎn)品是否有效。

設(shè)計(jì)意圖：課后作業(yè)是課堂教學(xué)的延伸，是教學(xué)流程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。問題(1)設(shè)問角度新穎，問題暗含氨基酸種類多樣，從而排序多樣的原理，為下節(jié)課學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的多樣性埋下伏筆；問題(2)聯(lián)系社會生活，體現(xiàn)了對知識的學(xué)以致用。

6.課后反思

本節(jié)課的突出特色有三個(gè)方面：一是教師提供了豐富的“感知”素材。有患者的自述、膠原蛋白、味精實(shí)物、燉肉圖片等，極大地激發(fā)了學(xué)生的情緒和興趣。二是采取模型構(gòu)建活動。模型的運(yùn)用能化抽象為具體，以達(dá)到降低學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的效果。三是采用問題驅(qū)動式教學(xué)模式。本節(jié)課問題涉及多層次、多角度，這些問題激發(fā)了學(xué)生的求知欲，提高了學(xué)習(xí)的主動性，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

7.總結(jié)

學(xué)生掌握知識的過程與人類一般認(rèn)識過程具有共同性，它包括對知識的感知、理解、鞏固和運(yùn)用等階段。學(xué)生心理、感官上的體驗(yàn)，是課堂教學(xué)的有效助推劑。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生從對課程內(nèi)容最初的直觀感知到抽象的、理性的頓悟，這是教學(xué)的中心環(huán)節(jié)。為達(dá)成目標(biāo)，教師要精心設(shè)計(jì)問題和活動。學(xué)習(xí)活動不是一次完成的，它是一個(gè)由淺入深、循序漸進(jìn)的過程。為鞏固學(xué)習(xí)效果，練習(xí)是十分必要的。掌握知識的最終目的在于運(yùn)用，要讓學(xué)生從理解概念、掌握理論到運(yùn)用知識于實(shí)際。