《主动运输和胞吞、胞吐》教学设计

教学内容分析

细胞生物学是生命科学的重要基础学科，分子生物学促使细胞生物学的研究进入分子水平。必修一《分子与细胞》是学习其他模块的基础，本模块选取细胞的分子组成细胞的结构、细胞的代谢、细胞的增殖以及细胞分化、衰老死亡等细胞生物学方面最基本的知识，帮助学生完成两个大概念、六个重要概念的构建，力求学生在微观层面上更深入地理解生命的本质。

《主动运输和胞吞、胞吐》位于人教版高中生物必修一第四章第 2节，本节内容在课程标准中的要求是“举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量;有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白”，对应的重要概念是“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”

本节内容是以概念为线索编写的，内容属于微观水平又比较抽象。内容逻辑十分清晰，教材中几幅插图也形象生动的展示三种运输方式，能够有助学生对微观抽象的现象进行理解和记忆。同时本节教材注意引导学生关注已学内容与健康的关系。

教学目标

1、通过对大蒜根细胞吸收磷酸盐的实验数据的分析，归纳概括主动运输的特点;

2、通过实验探究洋葱细胞吸收钼酸根的方式，比较协助扩散与主动运输的特点;

3、回顾分泌蛋白的分泌过程，说明胞吞、胞吐的特点。教学重难点

重点:

1、主动运输的过程和特点;

2、胞吞、胞吐的过程。

难点

主动运输过程中逆浓度梯度运输的实现机制。

教法学法

教法:讲授法、展示法、讨论法等。

学法:实验探究法、合作学习。

教学过程

01

创设真实情境导入

展示水华图片，请学生分析水华形成的原因。

生:水体富营养化，造成藻类等大量繁殖，破坏生态系统。如何治理呢 ?(减少 NP 等元素的含量)

有研究人员发现大蒜根系发达，于是提出设想:用大蒜治理水体富营养化。你觉得这个方案可行吗?

要想科学地评价大蒜能不能治理水体富营养化，我们应该针对大蒜吸收相关元素的能力进行研究。

资料 1:为开展大蒜治理水体富营养化的研究，研究者将大蒜的根分别浸入不同浓度的磷酸盐溶液中，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测得下图所示的磷吸收速率曲线。提出问题:根据图示信息判断，请同学们分析，大蒜根细胞吸收磷可能是自由扩散吗?为什么?

生:复习自由扩散的相关知识。

有没有可能是协助扩散?依据是什么?

生:复习协助扩散的相关知识，并结合曲线推测这可能是需要转运蛋白的协助扩散方式。

设计意图:在复习自由扩散、协助扩散的过程中，认识到主动运输的第一个特征:需要转运蛋白的参与。

02

自主建构主动运输的概念

资料 2:实验研究发现在 0.025mmol/L的H2P04-浓度下大蒜根细胞中的磷酸盐浓度为 0.04-0.12mmol/L，此时细胞仍能吸收磷。

提出问题:根据资料 2可判断大蒜根细胞吸收磷有什么特征?

学生分析数据，很容易得出是从低浓度向高浓度运输，即逆浓度梯度的运输。

设计意图:形成认知冲突，并体会到主动运输的第二个特征。

提问:你觉得要实现逆浓度梯度的运输，是否需要细胞提供能量?如何验证?

资料 3:研究发现将大蒜根细胞浸入含丙二酸钠(能抑制线粒体的功能)的磷酸盐溶液中，细胞吸收磷的速率明显下降。

得出结论:大蒜根细胞吸收磷需要细胞提供能量。

师:这种运输方式显然不同于我们学过的自由扩散和协助扩散，它是如何发生的呢?请大家观看视频，小组讨论并填写学习卡上的《吸收磷酸二氢根过程分步解析》

小组合作:根据动画，结合学习卡上的任务，合作学习主动运输的分步骤过程。

设计意图:这是本节课的难点，学生先看动画，形成感性认识，再分析图解，在组内互助的基础上认识介导主动运输的载体蛋白具有特异性、在细胞提供能量时发生构象改变等特点。从而在分子机制层面区分协助扩散和主动运输以实现难点的突破。

师:这种运输方式，运输的方向由什么决定?自由扩散、协助扩散的运输方向呢?

生:吸收磷酸二氢根时方向由载体蛋白决定，自由扩散和协助扩散的运输方向由浓度决定。

师:前者是细胞自己说了算，后者是浓度说了算，我们将其分别称为主动运输、被动运输。能不能给主动运输下个定义?

生:根据主动运输的特点，完成定义填充

设计意图:突出主动运输的核心特征:细胞按需主动运输物质。

03比较自由扩散、协助扩散和主动运输

列表比较跨膜运输的三种方式。说出区分自由扩散与协助扩散，以及区分协助扩散和主动运输的实验思路。

设计意图:通过列表的方式，对两节课所学核心内容进行总结梳理，给后续的实验探究奠定知识基础，做好准备工作。

过渡:植物除了吸收磷这样的大量元素，还需要一些微量元素。比如洋葱细胞会吸收钼。缺钼会影响植物吸收磷元素等多种生命活动。植物细胞主要以钼酸根的形式吸收钼，该过程是哪种运输方式 ?

实验探究:

背景 1:用丙二酸钠(呼吸作用抑制剂)溶液浸泡约 2分钟可抑制洋葱细胞的呼吸作用。

背景 2:洋葱鳞片叶外表皮中的花青素是天然酸碱指示剂钼酸根会使液泡 pH 增大，出现绿色，甚至蓝色。小组合作:完成学习卡上的实验方案设计，选派发言人交流。

选取有代表性的小组进行展示，并明确正确操作流程、注意事项。

设计意图:逐一引导，给出抑制剂、观察指标等，降低学生学习的障碍。先设计，再修改，最后实验，以提高实验的成功率。

学生实验，教师巡视全场，进行指导和评价。选取有代表性的实验现象进行拍照，展示到大屏幕上，作为教学素材。引导学生基于各自的实验结果，得出结论。

04

认识主动运输的意义

过渡:除了上述实例，主动运输广泛存在于植物细胞、动物细胞和微生物细胞中。介绍轮藻细胞吸收钾离子、人红细胞吸收钾离子、甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘等实例，引发学生思考:细胞为什么要消耗能量去运输这些物质呢?

设计意图:过渡到主动运输的意义。

主动运输的意义:选择性吸收所需要的物质，排出代谢废物和有害物质，从而为细胞和个体生命活动提供物质保障。

05

温故知新掌握胞吞胞吐的特点

提问:被动运输和主动运输针对的是小分子和离子，像胰岛素、胃蛋白酶这样的分泌蛋白，是通过哪种运输方式分泌到细胞外的呢?

胞吐时，囊泡移动到细胞膜附近，与细胞膜融合，将要运输的大分子排出细胞。胞吐时则是相反的过程，细胞膜向内凹陷形成小囊。胞吞胞吐都是普遍存在的现象，也需要细胞消耗呼吸作用所释放的能量。

通过新冠病毒等例子，介绍胞吞、胞吞确实需要多种蛋白质的参与，也需要能量。

设计意图:归纳概括胞吞胞吐的特点。

06

总结反思

最能体现细胞膜的功能特性的运输方式是?

最能体现细胞膜的结构特性的运输方式是?

选择透过性的结构基础是什么 ?

虽然我们已经认识到了这些运输方式，也知道他们中的大部分需要蛋白质的参与，但是，相关转运蛋白的分子结构，依然是当今结构生物学研究的热点，近十年以来，中国科学家在这一领域有着不俗的表现。比如，颜宁解析了协助扩散运输葡萄糖的转运蛋白，冯亮解析了葡萄糖主动运输的转运蛋白，陈雷揭示了葡萄糖转运蛋白的抑制机制。相信随着越来越来转运蛋白的结构被解析出来，我们对跨膜运输的认识会更加深入，希望同学们加油，成为颜宁、冯亮、陈雷这样优秀科学家的学生。

设计意图:通过问题串的形式，结合板书内容的梳理，引导学生从具体的运输方式中看到细胞膜整体的选择透过性以及作为其基础的流动性。形成结构决定功能的观念。

07

应用迁移

各小组从下面的两个课题中选择一个进行讨论,选派发言人交流。

1.胃黏膜壁细胞的细胞膜上存在一种载体蛋白(质子泵)它能将细胞内的 H+泵出，从而形成胃酸。胃酸过多是胃肠疾病的常见症状之一。请你提出一种减少胃酸分泌的药物的研制思路。

2.结合新冠病毒进入细胞的方式，提出一种治疗思路。设计意图:应用1对应小分子跨膜运输，应用2对应胞吞需要蛋白质的参与

08

分层作业1.设计并完成实验:观察 KNO3 溶液中洋葱细胞质壁分离及其自动复原现象，并探究细胞吸收 KNO3 的方式。设计意图:模仿钼酸根实验，进行协助扩散和主动运输的实验区分。

2.查阅资料，了解小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞吸收葡萄糖的方式。

设计意图 :引导学有余力的学生认识协同转运这种特殊的主动运输。

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