科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究主要内容及教案内容

本溪市第一中学 教学设计

《科学前沿—授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究》教学设计

本溪市第一中学 陈熙

一、教材分析

授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究是普通高中课程标准实验教科书生物必修一（人教版）第4章科学前沿的内容。本章前两节已经介绍了生物膜的结构特点(流动镶嵌模型)及功能特性(选择透过性),第三节介绍了物质跨膜运输的方式。生物体物质进出细胞方式非常复杂，本课是在了解物质跨膜运输的基础之上，继续探究水和离子等物质进出细胞的方式。本节教材本身文字内容较少，需要教师更多查阅资料，帮助学生建立生物研究的一般过程。本节教学应注意培养学生实验设计能力，由于内容抽象，可以借助直观的自制模型进行分析相关生理过程，增强学生的感性认识；还应该注意与生活实际的联系，让学生理解复杂的物质跨膜运输方式。

二、教学目标

1、知识目标：

（1）说明通道蛋白的概念和分类；

（2）领会水通道蛋白的发现过程

（3）理解离子通道与与动作电位产生的关系

2、能力目标：

（1）学会根据现象提出问题，作出假设，设计实验的基本思路与方法；

（2）提高学生对信息解读能力，探索创新精神；

3、情感态度与价值观目标：

（1）积极参与讨论，学会合作，踊跃发言，在交流中建立自信心；

（2）培养学生善于动脑和严密分析的习惯，在发现过程中提高思维品质。

三、学生情况分析

物质跨膜运输的方式”中的“膜”指是生物膜（这里主要是指细胞膜），而在这之前的第三章第一节学生已了解了细胞膜的成分和功能，本节就是更详细的介绍其功能之一，即控制物质进出细胞。功能总与结构相关，本章的前两节已学习了生物膜的结构特点“流动镶嵌模型”，知道生物膜是一层选择透过性膜，各种小分子、离子进入细胞时一般的运输方式。细胞是非常复杂的生命系统，并不

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是水都以自由扩散，离子都以主动运输方式进出细胞。教师根据学生这样的知识背景很容易把学生带进课堂。

四、教学策略

依据新课改“自主、合作、探究”的精神，本教学设计按“学生是主体，教师是主导”的原则，以探究式教学方法为主线，合理设置学习小组，不同的探究问题小组编排有创新求不同，学生差异性思维激烈碰撞，发现真知。开展自主探究学习，让学生在讨论、探究、交流中相互启迪，形成良好的学习习惯和学习方法。同时，充分利用现代声像技术及多种媒体工具，希沃白板软件，借助多媒体，把有关重难点直观地展示给学生，有利于学生由感性认识上升到理性认识。教师适时进行点拨，以帮助学生建构正确的知识结构，把课堂的主动权交给学生。

五、教学过程

教学过程

教学过程的实施

教学活动

复习提问导入新课

学生活动

学生回忆生物膜的成分及结构并积极回答相关问题。

请学生通过匹配游戏回顾运输方式

有的蛋白质镶在表面，有的部分或全部嵌入，有的贯穿细胞膜。

设计意图

通过新旧知识链接导入新课

利用白板学生活动激发学生参与热情。教师适时评价鼓励。

引入新课

1.

细胞作为最小最基本的生命系统时刻都在进

行物质输入和输出，必须跨过细胞膜，其主要成分是 。

2.

运用白板学生活动功能，回顾物质跨膜运输的方式。

新课导入

3.

生物膜结构特点

蛋白质分布特点是 。

通过复习提问，引入新课，通道蛋白即为一类跨越磷脂双分子层的蛋白质。

一、

通道蛋白

二、

1.

概念：是一类 的蛋白质。

2.分类： 通道蛋白和 通道蛋白。

了解相关概念

（一）学生活动

角色扮演：主持人采访阿格雷博士

探究水通介绍内容：学习背景、如何走向科学道路、发现道蛋白的过程、科学精神等。

发现过程

学生录制小视频介绍阿格雷博士，课上展示给其他学生。

让学生参与到课堂，学生介绍课堂效果好。

2

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（二）探究水通道的发现过程

学生四人一组

讨论分析探究研究方法：假说演绎法

1.提出问题： 蛋白是否与细胞吸水有过程，实验设计，实验重要关？

2.作出假设： 环节，实验材料的选择，实3.演绎推理：设计实验

验结果的预实验目的： 测。

自变量：是否加入 蛋白

因变量： 回答相关实验可观测指标：观察细胞的 变化

问题

实验材料：

提示：实验材料选择

（1）选择动物还是植物细胞 ？

动物细胞

（2）1957年，人们发现水会快速运输到红细

胞内部，这是自由扩散速率达不到的，猜测水

是某种蛋白质介导进入细胞的。

非洲爪蟾卵细胞作为实验材料，排除实验材料本身对实验结果的干

扰。

（3）非洲爪蟾卵细胞（Xenopus laevis）该细不能直接加入胞内盐离子浓度与其他动物细胞相当，但置于蛋白质，需要低渗溶液中，短时间内却不会发生吸水胀破的加入mRNA就现象，其细胞膜表面无与水转运相关的蛋白质。

可以解决问题。

细胞可能快速

膨胀

思考：能否直接向细胞加入AQP蛋白？如果否，

说说你的方案

提示：AQP蛋白起作用的位置

细胞内溶酶体的作用

观察实验结果

4.实验验证

结果预测：

如果AQP蛋白与细胞吸水有关，实验现象 。

培养学生探究性思维，提升实验设计能力，重视核心素养的发展，这也是高考的重点能力考察范围。

帮助学生建立实验设计思维模式，运用假说演绎法分析实验相关问题。

3

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4.

实验结论

（三）应用

水通道与生活

生活实际相联系

（一）听音频长知识

我研究生的课题就是有关离子通道的相关研离子通道

究。音频由师兄录制，介绍离子通道的概念、特点、分类。

（二）探究离子通道与动作电位产生原因：

学生分成8个学习小组，利用课前准备教具探究，组长组织活动，解释动作电位产生的离子基础。

（三）视野拓展：钠钾泵

三、

学生填学案对应文字内容。

学生8人一由专业人士介绍更具说服力。解决相对抽象的概念等问提。

1997年丹麦科学家斯科因为对钠钾泵的研究获得诺贝尔化学奖。

组展开活

动，积极思

每一次讨论考学案中的的人不同，相关问题。

学生会碰撞出更多的疑

问从而解决新的问题。

真正做到以

学生为主学生汇报讨题，调动学生的积极论成果。

性。

4

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细胞物质跨膜运输是非常复杂的

（2012年北京高考试题）科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。

实验组号

在等渗溶液中进行的处理

在低渗溶液中测定卵细胞的水通透速率（cm/s×10-4）

27.9 210.0 80.7 188.0 Ⅰ

向卵母细胞注入微量水（对照）

向卵母细胞注入蛋白A的mRNA 将部分Ⅱ细胞放入含HgCl2的等渗溶液中

将部分Ⅲ细胞放入含试剂M的等渗溶液中

课堂反馈

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

（1）将I组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散（渗透）穿过膜的____________进入卵母细胞。

（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA____________的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积____________。

（3）与II组细胞相比，III组细胞对水的通透性____________，说明HgC12对蛋白A的功能有________作用。比较III、IV组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能____________。推测HgC12没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的____________。

（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的____________结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的____________。

（5）综合上述结果，可以得出____________的推论。（2011年浙江4）在离体实验条件下单条神经纤维的动作电位示意图如下，下列叙述正确的（ ）

A．a－b段Na+内流是需要消耗能量的

B．b－c段Na+外流是不需要消耗能量的

C．c－d段的K+外流是不需要消耗能量的

D．d－e段的K+内流是不需要消耗能量

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本节小结

水

：

自由扩散 协助扩散

离子：

主动运输 协助扩散

六．教学反思

1、本节课采用了探究式教学模式，引导学生自主学习、小组合作探究，较好地体现学生的主体地位，真正做了教师和学生在课堂学习中角色的转变。 2、本节重点是水通道蛋白的探究过程，以学生活动采访引入，运用科学的研究方法，假说演绎法，设置相关实验问题，灵活地解决了教学的重点与难点问题，深化了教学重点。 3、由于本节课以自主探究为主，生生互动、生生互评场合较多，因此在教学时间上较难把握。以后我将进一步课堂上一定灵活应用，有效地进行调控，才能确保本节课在既定时间内按预定目标完成教学。

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