基于模型建构教学的“物质跨膜运输的方式”教学设计
设计理念
新课程标准要求生物教学要培养学生的核心素养，借助课堂教学能树立生命观念，培养理性思维，进行科学探究，承担社会责任，让课堂成为集中体现学科育人价值的主阵地。
本节课的教学设计，以科学探究为切入点，培养学生用模型和建模思想解决科学问题的能力；探究过程中以解析新问题的不断出现逐步引导培养学生的科学思维，树立结构与功能相适应的生命观；最后以关注医院的化验单和科学研究的最新进展为总结，培养学生树立健康文明生活方式的观念。
教材分析
“物质跨膜运输的方式”是人教版高中生物必修一第四章细胞的物质输入和输出中的第三节，前两节分别是物质跨膜运输的实例和生物膜的流动镶嵌模型。新课程标准要求学生通过学习知道“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”。本节内容正好对前面学习的一些物质跨膜运输的方式究竟是什么的困惑作了进一步的解答，并且对膜的结构作了进一步的延伸和总结。同时也为后面物质代谢的学习作了铺垫。
学情分析
通过前面两节课的学习，学生已经知道很多物质都可以进出细胞，如水分子，它可以顺浓度梯度进行运输，但其他一些物质如何进出细胞，学生并不是很了解，只初步知道并不一定都是顺浓度梯度进行，而是根据细胞需要选择性透过。而通过第二节的学习，学生知道了物质进出细胞经过的膜由蛋白质和脂质组成并且它是具有流动性的。那么顺理成章地通过第三节的学习可以树立结构与功能相适应的观念，符合学生的认知过程。另外，这一部分知识比较抽象，借助模型可以帮助学生理解这一概念。在建模过程中也可以加深学生对结构的认识，并且能根据现象进一步推理分析，培养理性思维。
教学目标
通过对实例的分析讨论，发现不同物质跨膜运输的方式不同，明白生物膜具有选择透过性。
根据物质的特点，建立物质跨膜运输模型，体会结构与功能相适应的生命观念。
通过建立模型和应用模型分析物质跨膜运输方式，培养学生的科学探究能力和科学思维。
通过对医院化验单的分析，培养学生解决现实生活问题的能力，引导树立健康文明的生活方式。
5、教学过程
5.1创设情境 导入新课学习
PPT展示氧气吸入肺泡细胞的过程和二氧化碳排出到肺泡的过程，再展示葡萄糖进入小肠上皮细胞的过程。提问：我们前面学过水分子可以顺浓度梯度运输到细胞内，通过刚刚的展示，可以发现生命活动需要的氧气和二氧化碳以及葡萄糖等物质也可以通过膜进入细胞，而它们的分子大小和形态结构有差异，它们进入的方式是不是和水一样？学生思考并回答。根据第一章所学，学生能够回答出其他物质进入细胞并不都是顺浓度梯度的，而是和细胞膜的选择透过有关系。因此运输方式也应该和细胞膜有关。
设计意图：紧密联系生活经验，并结合前面所学知识，引发对物质跨膜运输方式的思考，进入新的教学主题。
5.2建立模型 推导物质跨膜运输方式
5.2.1 分析模拟实验现象，提出假说
我们通过观察和已经学习的知识知道不同物质跨膜运输的方式应该不同，并且和膜的结构有关。那事实究竟是不是如此，我们可以来探究一下。我们看前人曾经做过的实验，从中分析你们可以提出什么样的假说。PPT展示书本问题探讨的模拟实验图和葡萄糖通过肠衣的实验过程【1】，提问：从这两个实验中，你可以得出什么结论？学生观察现象，讨论分析得出结论。人工模拟的脂双层膜可以通过气体、水、甘油和乙醇；但是不能通过氨基酸、葡萄糖和各种离子。肠衣是生物膜，可以通过葡萄糖等需要的物质。教师进一步提问，这些物质的通过方式和膜的结构有没有关系，能否通过观察提出假设。学生回答人工膜上没有蛋白质分子，而生物膜上有蛋白质分子，因此葡萄糖等物质的进出可能和膜上蛋白质有关。
图1物质通过人工脂双层膜 图2葡萄糖通过生物膜肠衣实验图
总结：引入介绍膜上蛋白质和物质运输关系的视频资料，了解某些物质运输和蛋白质有关，并且蛋白质对运输的物质具有特异性。
5.2.2 建立模型，分析物质跨膜运输方式 既然葡萄糖等物质跨膜运输是和膜上蛋白质有关系的，并且膜上的蛋白质对运输的物质具有特异性，如何来解释这一现象，我们可以通过模型演示模拟这一过程，并对此进行归纳。学生分组活动，取出物品，按照要求先摆出细胞膜的模型，并且标注细胞膜内外。教师提示：现在在我们的盒子中有许多小分子物质，已经初步给它们中的部分标上了名称，你们把它们取出，根据我们刚刚得出的结论，小组讨论这些有名字的物质可以通过什么方式进入细胞膜。
图3学生摆放好的细胞膜模型
学生分组讨论。根据不同物质的大小，以及之前可以自由通过磷脂双分子层和需要借助蛋白质进入细胞膜的物质的差别，模拟出不同物质跨膜运输的方式。教师可以稍作提示：根据分子的大小以及膜上蛋白质的结构特点。学生从分子大小可以看出二氧化碳、水等分子比较小，可以通过磷脂双分子层的间隙出入；膜上蛋白质结构不同，可以包裹相应形状的分子进出细胞膜。在学生模拟的基础上，老师再提问小分子是不是没有什么条件就可以出入，葡萄糖分子是不是只要与蛋白质结构相适应就可以进出？提示学生看书并归纳它们分别属于哪种运输方式，需要什么条件，并建构概念模型图。
图4学生建构的概念模型图
学生核对并讲解自由扩散、协助扩散和主动运输的概念，教师加以纠正和补充，并用比喻来进行总结。自由扩散相当于顺流而下，只要有高度差；协助扩散相当于坐船漂流，既要有船还要有高度差；而主动运输则是逆流行舟，要有船还要有能量克服逆流而上的阻力。最后根据总结修正模型，将其他没有标示名字的分子根据其不同的运输方式归类。进一步体验物质跨膜运输的方式。
图5完整摆放好的物质跨膜运输模型图
5.2.3分析题目 提升应用和拓展能力 教师在肯定学生摆放出的模型的基础上，引入比较典型的题目，帮助学生学以致用，提升理性思维能力。
图6物质跨膜运输和神经细胞结合题目
教师点评：从这道题目的解答中，你可以总结这类题目的答题技巧吗？学生根据题目和所归纳的概念图总结答题技巧：要根据题目中给出的条件将物质分类引申到不同的运输方式，根据条件进行判断。教师继续提问：题目中还有最后一空，突触前膜释放的神经递质是一种大分子物质，它的释放需要突触小泡和细胞膜融合，将物质包裹着送出细胞膜。这种方式不属于我们上面提到的任何一种方式，这又是什么样的一种运输方式呢？自学书本内容，小组合作进行归纳。并且用模型图将这种方式表示出来。学生自学，然后小组讨论，并且摆放模型。
图7演示胞吞胞吐的过程
5.3 结合实例应用 树立健康生活方式
教师讲解：我们现在接触的是比较基本的物质跨膜运输的一些方式，事实上，人体的不同细胞膜上物质和成分都有差异，而进出细胞的物质也是多种多样，方式更是各异。随着研究的深入，我们发现了更多物质运输的方式以及膜上不同蛋白质的功能。下面我们就来了解更多和膜及物质运输相关的知识。呈现资料1——授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究。介绍水通道与人体体液平衡的维持。呈现资料2——体检单上的膜蛋白甲胎蛋白在物质运输方面的功能，以及对肝癌的早期检测功能。通过资料呈现，让学生明白膜上蛋白质和生命活动之间的密切关系，能树立健康的生活方式。
6、教学反思
本节课旨在让学生通过模型建构的过程，推理得出物质跨膜运输的不同方式，并且在建模过程中逐层深入发现问题并解决问题，再得出新的结论。因而在整个过程中，培养了学生的理性思维和科学探究能力。而通过模型建构，学生也对生物膜的结构有了更深的认识，探究过程中自然而然体会到了结构决定功能的生命观念。而进一步联系实际的资料情境分析，让学生能感觉到学以致用，并提升社会责任感。但是本节课也有不足之处，模型虽然降低了学习难度，但是模型毕竟是真实情境的模拟，因而不能代替真正的实物，学生对真正实物的认识还需要通过实验等进一步加深。
参考文献：
【1】常彬.“物质跨膜运输的方式”教学设计【J】.中学生物学，2018，02：27-28
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