2.4蛋白质是生命活动的主要承担者 教学设计

人教版（2019年） 高中生物 必修一《分子与细胞》
第二章 第4节 《蛋白质是生命活动的主要承担者》
教学设计
一、教材分析
《蛋白质是生命活动的主要承担者》属于新人教版生物学必修一《分子与细胞》第二章第四节，该部分的内容学习以本章第一节《细胞中的元素和化合物》中蛋白质是细胞中含量最多的有机物为基础，该部分知识的学习是理解几乎所有生命活动的基础，更为《细胞膜的结构》、《细胞的物质输入和输出》等知识点的学习奠定了基础，在本书中有承上启下的作用，和前后文的联系紧密，为高中生物的学习奠定基础。
二、学情分析
新高一学生没有系统的有机化学基础，对于“化学键”、“氨基”、“羧基”和“羟基”这部分化学知识非常陌生，需要找到学生的最近发展区。脱水缩合的过程在上一节糖类和脂质的这一节中已经有所接触，本节则可以通过类比推理的方式可以很好的理解氨基酸脱水缩合的过程。蛋白质的结构多样性很抽象，通过模型构建让蛋白质的组装变得可视化，促进学生的深度学习。
三、课标要求
阐明蛋白质通常由21种氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成。
四、教学目标
1. 观察不同种类的氨基酸分子结构，通过比较不同氨基酸在分子结构上的共性和差异性，归纳概括氨基酸的结构通式和特点。
2. 通过模拟氨基酸脱水缩合的过程，概述氨基酸构成多肽的过程，并通过阅读资料归纳多肽形成蛋白质的过程。
3. 通过模型构建，体悟蛋白质分子结构多样性的原因，并能举例说明蛋白质的结构与功能相适应。
五、教学重难点
（一）教学重点
1. 氨基酸的结构特点。
2. 氨基酸脱水缩合的过程。
（二）教学难点
1. 氨基酸形成蛋白质的过程。
2. 蛋白质结构多样性的原因。
六、教学方法
（1）情境设置、问题驱动法
通过设置多个情境，设置有驱动性的问题串，由浅入深，环环相扣，不断引导，激发学生的探究欲望，从而积极主动的获取知识。
（2）小组合作探究法
由于本节课侧重了实验的探究，凭学生个人能力可能很难解决问题，适当通过小组合作探究的方式进行讨论及展示，帮助学生解决学习问题。
七、课时安排
2课时，本设计为第1课时
八、教学过程
创设情境，导入课题
播放《荒野求生》节目中，贝尔格里尔斯为了活命而生吃三文鱼补充蛋白质的视频（视频中明确指出三文鱼富含蛋白质），提问：贝爷为何要吃三文鱼？三文鱼中的蛋白质可以直接被人体吸收，成为人体的蛋白吗？
师生回顾初中知识，食物中的大分子蛋白需要被消化水解为各种氨基酸，才能被人体吸收、利用，并板书（图1）：
图1. 情境导入，引出教学主线的板书
设计意图：从生吃三文鱼的真实情境引出主题，激发学习兴趣、活跃课堂氛围，并设计疑问，引出本节教学的主线：蛋白质（三文鱼）→氨基酸→蛋白质（人体内）。同时，也让学生感受到蛋白质对人体生命活动的重要性，激发学生的求知欲望。
围绕主线，学习新课
寻找最近发展区，构建概念：氨基酸的结构
教师提问：三文鱼中的蛋白质，需要水解为氨基酸才能被人体吸收，那氨基酸具有怎样的结构特点呢？
教师准备甲烷的“球棍模型”，结合模型，介绍甲烷的结构特点、化学键的概念及其平面结构式。基于科学事实，在一定的条件下甲烷可以转变为氨基酸，教师介绍甲烷的任意2个H被氨基（-NH2）和羧基（-COOH）取代后，即可转变为最简单的氨基酸——甘氨酸。基于对氨基酸的初步认识，组织学生在教材P29“思考·讨论”中比较几种氨基酸与甘氨酸在结构上的共性和差异性，并总结氨基酸的结构特点。
请学生认真观察、比较以下3氨基酸的结构式（图2），回答问题，表达交流。
图2. 其它3种氨基酸的结构式
教师提问：（1）氨基酸的元素组成是什么？（2）每种氨基酸都是只有一个氨基（-NH2）和羧基（-COOH）？请完善总结的氨基酸结构特点。
设计意图：高一学生对相关有机化学知识——结构式并不了解，通过甲烷分子式和球棍模型的过渡，为新知的学习进行了“桥接”，使学生对抽象、陌生的氨基酸分子结构进行初步的认识。比较不同氨基酸结构式的异同，归纳、总结氨基酸结构通式和其特点，培养学生的观察能力和归纳的科学思维。
模型建构1：氨基酸脱水缩合的过程
教师提供氨基酸模型（图3），学生自主阅读教材30页有关氨基酸连接的内容，2人为一组，合作将桌上的2个氨基酸模型连接起来。构建模型完成后，请一组学生演示并语言表述氨基酸脱水缩合形成二肽的连接过程。
图3.氨基酸的分子模型
设计意图：氨基酸脱水缩合形成二肽的过程，通过模型将微观、抽象的知识可视化，加深对知识的理解。模型建构后的表述过程，有利于培养学生的语言表达能力和概括能力。
资料分析：蛋白质的形成过程
学生自主阅读教材30页有关蛋白质的形成过程，获取有效信息，梳理蛋白质形成的过程。教师提问：（1）多肽经历了什么过程转变为蛋白质？（2）蛋白质空间结构的稳定性，与什么作用力或化学键有关？利用课前已经准备好的多肽模型（图4）模拟多肽盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质的过程。
图4.多肽的模型
设计意图：通过阅读资料，学生获取有效信息，总结蛋白质的形成过程，有利于培养学生提取信息、整合信息的能力。通过模型直观演示，可以加深对知识的理解。
模型建构2：蛋白质具有结构多样性的原因
提问：构成蛋白质的氨基酸有21种，而自然界发现的蛋白质至少有10亿种，较少的氨基酸是如何形成如此丰富多样的蛋白质的呢？
教师提供材料：几根铁丝、4种颜色的超轻黏土小球（每种颜色8粒），学生4人一组，用小球和铁丝合作构建1种蛋白质。该蛋白质含几条链、每条链多长、小球怎么排列由小组自行决定。
模型建构之后，邀请学生展示自己的作品，并表达交流，教师提问：（1）如果给大家足够长的时间，21种数量不限的小球，可以串出几种作品？（2）假设每种颜色的小球代表一种氨基酸，则每条链代表什么？（3）导致每个小组构建的蛋白质不同的原因是什么？经过此次活动，你认为蛋白质的结构多样性与什么有关？
设计意图：通过模型建构，激发学生的学习兴趣，充分发挥学生的主体地位，学生在观察、模拟的过程中，体会蛋白质的结构多样性，并归纳其结构多样性的原因，培养了学生合作能力、类比和推理的科学思维。
关注健康，形成结构和功能观，体悟社会责任与担当
分析实例——镰刀型细胞贫血症。血红蛋白中某一处的谷氨酸被缬氨酸取代，就可能形成异常的血红蛋白。这样的血红蛋白可聚合成纤维状，由它参与组成的红细胞会扭曲成镰刀状，运输氧气的能力大为削弱，体会蛋白质的结构与功能相适应。事实上，人类的许多疾病都与细胞内肽链的错误折叠密切相关，包括囊性纤维病、阿尔茨海默病和帕金森病等。
播放视频，展示蛋白质研究的最新进展，人工智能Alpha fold在蛋白质结构预测上取得了突破性进展，为人类的疾病研究、生命的深入理解奠定了基础，在向科学家们致敬的同时，鼓励学生尊重科学，为将来投身科研工作，向世界带来惊喜埋下种子。
设计意图：通过真实的案例，逐渐形成结构和功能相适应的观念，观看最新的前言进展，激发学生的学习热情，体会虽然科学研究是一个不断试错、完善的过程，但又能给人类带来惊喜和福祉。
构建思维导图，形成知识网络
利用氨基酸、多肽和蛋白质等核心概念，自主完成具有联系的思维导图（图5），构建知识的网络。
图5.蛋白质是生命活动的主要承担者的知识网络
设计意图：生物学具有复杂的知识体系，及时的利用概念图对学习知识进行归纳整理，有利于培养学生对知识的整合能力和发散性思维。
九、板书设计
2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者
十、教学反思及总结
该教学设计按照新课程标准要求进行设计，以学生为主体，按照“蛋白质（三文鱼）→氨基酸→蛋白质（人体内）”的主线进行课堂教学活动，类比甲烷分子对氨基酸的结构进行认知，通过模型建构理解氨基酸脱水缩合的过程和对蛋白质的结构多样性进行解释，使微观抽象的知识变得可视化、形象化，激发学生学习热情的同时，落实了生物学科学素养的的形成。
但是，也正因为本节课注重学生的体验，需要教师提前做好更充分的准备，包括模型的制作、实验材料的准备等，增加了教师的工作量，在教学过程中，学生活动的时间更加机动，需要假设灵活的处理。
总之，生物学何其复杂而独特，虽教无定法，但我们都将立足于核心素养的提升和学生品质的塑造，探索更为有效、有意义的教学。