基于“镰刀形细胞贫血症”主线化情境的蛋白质专题复习
姜平冯凌凌
(浙江省杭州市余杭高级中学浙江杭州311100)
“蛋白质是生命活动的主要承载者”是2021版浙科版高中生物学教材《必修1·分子与细胞》第一章“细胞的分子组成”第二节的内容,是学习该模块其他内容和其他模块的重要基础知识。在新授课中学生已经掌握了蛋白质的结构和主要功能等基础知识,这为复习课的学习打下了基础,但新授课重在本节知识的生成与理解,无法实现与教材中其他内容进行联系的设计,因此新授课中学生难以构建关于“蛋白质”的大概念体系,也难以形成该内容中渗透的生命的物质观、结构与功能观、遗传的信息观等生命观念。
《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》明确指出生物学学科核心素养是学生在解决真实问题情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格和关键能力。可见,核心素养的落实需要情境作为载体。本节课以学生熟悉的“镰刀形细胞贫血症”为主线化情境,围绕“蛋白质的结构和功能”设计专题复习,将整条情境分解为3个层层递进的子情境主题,引领学生步步深入地构建概念,并联系细胞的结构、细胞分化、基因表达、基因突变、消毒灭菌等内容精心设计问题链,帮助学生构建完整的蛋白质概念体系,形成多种生命观念,提升模型与建模、归纳与概括以及推理的科学思维,提升关注现实生活的社会责任。
①通过创设“镰刀形细胞贫血症”的主线情境,关注现实生活,提高社会责任意识。
②通过对红细胞及红细胞中血红蛋白等多种蛋白质结构和功能的分析,形成细胞层次和蛋白质分子层次的结构与功能观。
③通过对珠蛋白β链的七肽合成过程及血红蛋白加工过程的分析,阐明氨基酸构成多肽链及加工成蛋白质的过程,构建蛋白质的概念体系,提升模型与建模、归纳与概括的科学思维,形成遗传的信息观。
④通过对血红蛋白结构和功能影响因素的分析,完善蛋白质的概念体系,形成生命的物质观,深化蛋白质分子层次的结构与功能观,并运用所学知识指导生产生活实践,提高社会责任意识。
教师播放“镰刀形细胞贫血症的故事”视频,提出问题:视频里讲了什么病?直接病因是什么?在学生回答后提出本节课复习的3个核心问题:血红蛋白的异常为什么会导致镰刀形细胞贫血症?血红蛋白在红细胞中是怎样合成的?血红蛋白的结构和功能受到哪些因素的影响?
设计意图:通过生动的视频引入复习的主线情境,激发学生的学习兴趣,同时通过具体的情境使学生认识到生物学知识与现实生活的紧密联系。围绕情境中的血红蛋白将主线情境分解为以3个核心问题形式展开的子情境主题,使学生清晰地知道复习目标。
3.2.1分析子情境1,感悟蛋白质与细胞功能的关系子情境1:血红蛋白的异常为什么会导致镰刀形细胞贫血症?教师展示血红蛋白的结构介绍及图片:血红蛋白由珠蛋白和血红素组成。珠蛋白由4条珠蛋白链(两条α链和两条β链)组成的四聚体。每一条链有一个血红素。血红素为环状结构,中间的亚铁可以与氧结合。设置问题链:正常的血红蛋白有什么功能?血红蛋白结构上有什么特点与功能相适应?人成熟的红细胞除了血红蛋白还有哪些蛋白质?展示红细胞中多种蛋白质图片,如葡萄糖载体蛋白、酶、激素受体等。教师进而提出问题:它们有什么功能?结构相同吗?展示红细胞图片,设置问题链:人成熟的红细胞有什么功能?形态和结构上有什么特点与功能相适应?血红蛋白的异常为什么会影响镰刀形细胞贫血症患者红细胞的形态和功能?
设计意图:通过文字材料和直观的图片等信息,比较血红蛋白和红细胞中其他蛋白质的结构与功能的差异,形成蛋白质分子层次的结构与功能观。通过分析红细胞的形态结构与功能,形成细胞层次的结构与功能观。通过思考问题链,感悟细胞的功能主要是由蛋白质决定的。
3.2.2分析子情境2,构建血红蛋白合成的过程
子情境2:血红蛋白在红细胞中是怎样合成的?任务一:分析血红蛋白合成的场所、时间和原料。教师设置问题链:血红蛋白在红细胞的什么场所合成?人成熟的红细胞中有核糖体吗?血红蛋白在红细胞形成的什么时期合成?展示造血干细胞分化形成红细胞的过程(图1)。通过提问“合成血红蛋白的原料是什么”过渡到任务二。
图1造血干细胞分化形成红细胞的过程
任务二:分析血红蛋白的基本单位——氨基酸。设置问题链:构成生物体的氨基酸在结构上有什么共同点?据此判断图2所示的四种有机小分子中哪些一定不是构成血红蛋白的基本单位?
图2四种有机小分子
学生通过分析总结构成生物体的氨基酸的统一性和多样性体现,并用氨基酸的结构通式来表示。
任务三:模拟血红蛋白的合成过程,分析多肽形成过程中的数量关系。教师展示从蛋白质数据库中查询到的珠蛋白氨基酸序列,提供材料(一条mRNA链、多个多种氨基酸纸片、剪刀、固体胶或订书机),组织小组活动——模拟珠蛋白β链的七肽片段的合成。教