时间：2023-06-05 10:17:28
关键词： 渗透作用 细胞吸水 细胞失水 《物质跨膜运输的实例》
1.教材分析
1.1地位和作用：《物质跨膜运输的实例》是人教版高中生物必修1第4章的第1节，通过分析细胞的吸水和失水及物质跨膜运输的其他实例，总结出细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。这是对第3章细胞膜、液泡等结构的功能认识的深入，根据结构决定功能原理，引出第2节“生物膜的流动镶嵌模型”，为第3节“物质跨膜运输的方式”作铺垫，起到承上启下的作用。
第1课时细胞的吸水和失水对应课程标准中 “观察植物细胞的质壁分离和复原”的活动建议，属于情感性目标中的经历水平，所以本课的核心内容为“探究植物细胞的吸水和失水”，课型为探究实验课。这是高中阶段第一个探究活动，对于发展学生的科学探究能力，树立质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度，落实“倡导探究性学习”、“提高生物科学素养”等基本理念，具有重要意义。
1.2内容处理：将“问题探讨”换成学生分组实验，面向全体学生，培养科学实践能力、实事求是的科学精神。
加入萝卜条吸水和失水实验，激活学生的问题意识，为探究活动创设真实情境。将“探究植物细胞的吸水和失水”放在动物细胞吸水和失水之前，这样有充分的时间讨论和实践将探究活动落到实处，而且与渗透作用实验相承接。动物细胞吸水和失水在学习制备细胞膜的方法时已经了解，比较简单，适合作为自主探究练习。
1.3内容呈现：渗透作用对照试验探究植物细胞的吸水和失水进一步探究动物细胞的吸水和失水学以致用。体现学科逻辑：原理探究应用，实现认知逻辑：从感性到理性、类比学习。
2.学情分析
2.1知识：知道细胞生命活动需要水，红细胞在清水中会涨破，细胞膜能够控制物质进出，动植物细胞的结构，细胞壁的作用，液泡外有液泡膜，内有细胞液，含无机盐、色素、水等成分。
2.2能力：学过显微镜的使用、临时装片的制作，形成合作能力，提高探究能力。
2.3情感态度与价值观：对实验有浓厚的兴趣，有一定的科学精神和科学态度，但缺乏实践经历。
2.4生活经验：见过一些植物吸水和失水现象，有过吃很咸食物的经历，知道静脉注射用生理盐水等，但是没有认识到这些现象与细胞吸水或失水有关。
3.教学目标
3.1知识
①说出发生渗透作用的条件；②举例说出动物细胞膜和植物细胞的原生质层是选择透过性膜，相当于半透膜；③说出植物细胞发生质壁分离与复原的原理和条件。
3.2能力
①尝试提出问题，作出假设；②进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作；③运用细胞吸水和失水原理解释一些生活现象。
3.3情感态度与价值观
①通过观察实验现象，汇报实验结果，初步形成实事求是的科学态度；②通过尝试提出问题，初步形成质疑精神；③通过讨论交流完成实验设计，分享实验设计的成果；④在合作学习过程中，学会与人交流，懂得尊重他人。
4.重点难点
重点为细胞膜是选择透过性膜。这是本节的核心概念，通过类比半透膜进行学习。
难点是尝试提出问题，作出假设。这是学生第一次进行探究，不知道从什么方面提出问题，怎样作出假设。教师引导学生借助英文单词Why，How，Where，When，Who等提出问题。
5.教法学法
实验法、讨论法为主，谈话法、学案助学为辅，以学生活动构建课堂，体现学生为主体、教师为主导。
6.教学过程
6.1课题引入：“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，感悟意境，明确细胞要与外界进行物质输入和输出，细胞膜能控制物质进出。以水为例，探究水分怎样通过细胞膜进出细胞。
渗透作用实验：
学生分四组，各完成一组实验，报告实验结果。比较A与B，总结渗透作用要有浓度差，比较A与C、D，总结渗透作用要有半透膜，进而总结渗透作用概念。
6.2探究植物细胞的吸水和失水：萝卜条吸水和失水实验和渗透作用实验同步做，完成渗透作用内容后，观察萝卜条变化，获得细胞吸水和失水的感性认识。复习植物细胞结构，介绍原生质层，引导学生类比渗透装置，利用英文单词提出问题写在学案上，并作出假设。讨论确定问题：原生质层是不是相当于一层半透膜？做探究实验。利用学案中的提示：“选择怎样的材料、如何操作才能观察到液泡？需要观察哪些溶液下的植物细胞？这些溶液下的植物细胞先后观察顺序如何安排，才能观察到细胞失水、吸水两种情况下液泡大小的变化？”小组讨论实验设计方案，组间交流达成共识，屏幕展示操作步骤，进行实验操作。将观察到的结果在屏幕上展示，总结质壁分离及复原，得出结论。交流实验中的成功经验，失败原因，产生新问题进行课下研究。
6.3动物细胞的吸水和失水：动物细胞作为进一步研究的对象。学生类比渗透装置，提出问题，作出假设，设计实验，出示实验结果图片，得出结论，总结强化探究过程。
6.4学以致用：利用细胞吸水和失水原理分析生活实例，如生理盐水、凉拌西红柿、饺子馅、卖菜喷水、烧苗等，为本区盐碱地的使用献计献策。举例植物细胞质壁分离与复原原理可以有哪些应用。
6.5类比总结：通过板书类比总结动植物细胞利用渗透作用吸水失水，水分是顺浓度梯度进出细胞的，细胞膜、液泡膜具有选择透过性。
板书设计：
6.6设置悬念：再出示“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，设疑：细胞还可以吸收哪些物质，是不是都像水一样顺浓度梯度运输呢？引出第2课时。
7.设计反思
7.1课程理念的落实：探究实验体现了倡导探究性学习，面向全体学生，提高生物科学素养，学以致用，体现注重与现实生活的联系。
关键词 物质跨膜运输方式 抽象知识 形象化教学
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
“物质跨膜运输的方式”一节是学生在学习了细胞结构的知识后对细胞膜功能的再学习，着重介绍了细胞膜控制物质进出这一重要功能。本节内容较少，知识量不大，通过常规的教学方法很难让学生记忆深刻。由于细胞很小，需要通过普通光学显微镜观察，但让细胞在显微镜下体现物质进出细胞这一过程却很复杂，所以常规方法教学后，学生会对相应内容的进一步挖掘缺少兴趣。
由于学生在物理上已经学过关于扩散的知识，通过对前几章的学习，已经具备了细胞膜的成分和结构、水分跨膜运输实例的基础。教师通过增加演示扩散实验以及让学生体会物质跨膜运输方式和汽车运输的相同点，将抽象知识形象化，更激发了学生学习生物的热情。
1 教学思路
① 总体思路：展示现象提出问题解决问题解释原理总结归纳，使学生综合运用课程标准所提到的“观察，描述，比较，概括，分析，解读图表”等技能。
② 采用对比的方式，通过观察、讨论，让学生自己找出被动运输和主动运输的主要区别，突破教学的重难点。
2 教学过程
2.1 演示实验，导入新课
教师将事先准备的几朵牵牛花分别放入两个盛有水的烧杯中，注意两个烧杯一个事先盛有冷水，另一烧杯事先盛有开水。几秒钟后会发现：盛有开水的烧杯中出现蓝色，而盛有冷水的烧杯中无颜色出现。提问：① 这些蓝色物质是什么？② 为什么在冷水中蓝色没有出现，而在热水中出现了呢？③ 颜色物质在哪儿，又怎样跨过细胞膜的呢？以此导入新课。教师通过演示实验吸引学生注意力，又以连续设问的形式将学生引导进入本节内容的学习中。
设计意图：将抽象知识形象化，降低学生的学习难度；同时引起学生的好奇心，激发学生的求知欲。
2.2 复习旧知，设疑过渡
教师在激发了学生浓厚的学习兴趣之后，先让学生回忆细胞膜结构及其成分的相关知识，并提出问题：当色素进出细胞跨过细胞膜的时候，细胞膜上的磷脂和蛋白质在此过程中分别起什么作用呢？
设计意图：引导学生对色素分子物质如何跨过细胞膜做出自己的猜测，另外提醒学生注意细胞膜中的蛋白质和物质跨膜运输有关。
2.3 墨水实验，解疑设问
教师将红墨水滴入烧杯中，提出问题：这叫什么现象？它和刚才的牵牛花实验有什么相似的地方吗？教师引导学生分析得出这是扩散现象。牵牛花色素实验也是一种扩散现象，只是牵牛花色素分子是从植物液泡中跨过细胞膜到细胞外的，这种跨过细胞膜的方式叫自由扩散。教师继续追问：那么其他物质在跨过细胞膜时还有哪些方式呢？各种跨膜方式有何异同？学生阅读教材，并以小组形式讨论、分析、总结。
设计意图：抽象知识形象化，直观表现物质的跨膜运输。另外，教师把课堂还于学生，学生自主找出物质跨膜运输的其他方式，培养学生自主学习能力。
2.4 小组汇报，列表总结
各小组派人上台汇报讨论结果，教师点评并引导学生以列表比较的形式呈现三种跨膜方式，用类比方法加强对三种跨膜运输方式的理解：自由扩散：货物直接由高处到低处――不需载体和能量；协助扩散：货物通过汽车下坡――需载体不需能量；主动运输：货物通过汽车上坡――需载体需能量。同时教师通过图片演示大分子物质进出细胞膜的方式，让学生总结出胞吞、胞吐的过程。
设计思路：通过教师的多媒体展示，使抽象内容形象化，便于学生理解；通过教师总结和学生记忆，提高课堂教学的实效性。
2.5 知识巩固，课堂练习
教师引导：通过各小组发言我们知道了蛋白质在物质跨膜运输中起着重要的运输功能。今天我们知道了物质进出细胞的方式：自由扩散、协助扩散、主动运输。小分子物质跨膜运输的方式体现了生物膜选择透过性的特点；胞吞、胞吐过程体现了细胞膜具有流动性的特点。可见，结构与功能总是相适应的。
设计思路：联系前面提出的问题，答疑解惑，加深学生对本节知识印象，与书本前面知识相联系，构建知识的网络。
目前美国、日本等一些国家相继在教育领域提出核心素养体系。中国教育部在2014年3月也印发了《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》（以下简称“《意见》”）。该《意见》着力推进修订课程方案和课程标准。2014年12月，普通高中课程标准的修订工作全面启动，其主要任务之一是凝练核心素养。学生发展核心素养落实于课程的前提是确立各学科的学科核心素养。因此，在2016年9月，教育部公布了《普通高中生物学课程标准（征求意见稿）》，提出了生物学核心素养主要包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。
“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。生命观念不等同于生物学重要概念，具有跨概念性和上位性，是众多概念的归纳、总结和提炼。因此，在生物学中生命观念就包括结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观。通过对比中美两国教材中“物质的跨膜运输”这一章的知识内容，来探究如何提高学生生命观念。
1 探寻两国教材知识内容的差异之处
“物质的跨膜运输”这一章属于人教版生物《必修1?分子与细胞》第四章的内容，包括物质跨膜运输的实例、生物膜的流动镶嵌模型、物质跨膜运输的方式等。在美国高中主流理科教材《生物?生命的动力》中“物质的跨膜运输”属于第五单元“分子与细胞”的第十五章，这个知识在这里只有一个小节的篇幅。下面从两国教材对知识点的设计出发，进一步对比其不同之处，取其精华，以供教育者更好地利用教材进行教学。
1.1 细胞吸水和失水
中国教材通过“问题探讨”栏目，以渗透现象为引，设置问题情境，过渡到本小节的内容。接着引导学生回忆以哺乳动物红细胞为材料制备细胞膜的实验，通过分析实验现象来介绍水分子进出红细胞的情况，由个别到一般，推广到其他动物细胞。再由一个探究实验来探究植物细胞的吸水和失水情况。本小节还提供了一则分析资料，通过讨论提供的资料，了解其他物质的运输情况，从而得出细胞膜和其他生物膜的功能――选择透过性。其中还穿插了“与生活的联系”栏目，在生活中学习。
美国教材在这一小节的伊始列了章节预览，设有学习目标、知识回顾、关键术语，还提供了制作折叠式学习卡的步骤及使用说明。接着进入知识点的介绍，先提供“渗透”的概念，再以水加糖、浓糖水混稀糖水为例探究控制渗透的因素――浓度梯度，并以此介绍等渗溶液、低渗溶液、高渗溶液的概念，动植物细胞在这三种溶液中发生渗透时水分子的扩散方向。并将水分子在三种溶液中移动以及动植物细胞在三种溶液中变化的示意图并列展示，图文并茂。
通过以上的对比，分析可知两国教材对该知识点的设计有所差别。相比中国教材，美国教材的知识涉及面宽，拓展了等渗溶液、低渗溶液、高渗溶液的概念，并以此为中介，辅助学生理解“细胞吸水和失水的原理”。另外，美国教材还凸显出自主学习的教育理念，“章节预览”和“折叠式学习卡”栏目有利于学生有目的地自主学习。而相比美国教材，中国教材更注重知识与社会生活的联系。
1.2 生物膜的流动镶嵌模型
中国教材先以制作真核细胞三维结构模型活动为情境吸引学生注意力，过渡到众多科学家对细胞膜结构的探索历程，其中融入了科学探究中的一个重要环节――提出假说，培养学生质疑提问的能力。最后介绍大多数人接受的流动镶嵌模型，即生物膜的结构，并提供生物膜结构模型示意图，形象逼真，辅助学生发挥想象力，想象一个近球形的细胞的三维立体细胞膜结构。课后还设置了课外制作专栏，教学生制作生物膜模型。
美国教材在这一小节里没有涉及该知识点。而是把该知识点放在第十四章“细胞的基本结构”的第二节“细胞膜”中。
通过以上的对比，分析可知两国教材对该知识点的设计差异明显。相比于美国教材，中国教材对“细胞膜的结构”这一知识点的设置更有利于培养学生的生命观念素养，在学生掌握了生物膜的功能后，就将生物膜的结构展示给学生，不仅能加深学生对该结构的理解，更能引导学生结合生物膜结构来理解其功能，形成结构与功能观。并且通过“课外制作”栏目，引导学生动手建构模型，效果比单纯的知识传授更佳。
1.3 物质跨膜运输的方式
中国教材通过展示人工无蛋白质脂双层膜对不同物质的通透性来过渡到本节内容，以蓝墨水滴到清水中的现象引入扩散、被动运输、主动运输的概念，再分别介绍被动运输、主动运输、胞吞胞吐的详细过程，并配有示意图。还设有“与社会的联系”栏目，将知识引入到具体的生活情境。
美国教材直接介绍被动运输的概念，并设置了迷你实验来让学生了解更多关于被动运输的课外知识，还详细介绍了两种转运蛋白介导的被动运输；介绍主动运输时也是直接给出概念，讲解主动运输过程，并列表对比了主动运输和被动运输的区别；列举某些单细胞的胞吞胞吐现象来进行概念的介绍。
通过以上的对比，分析可知对这个知识点两国教材的设计区别不大。相比于中国教材，美国教材中多了一些知识的拓展和总结，拓展了转运蛋白和通道蛋白，用表格总结了主动运输和被动运输的区别。相比于美国教材，中国教材虽然缺少知识拓展和总结，但将知识与社会生活联系起?恚?这是值得保留用的。
2 提高学生生命观念素养的几点思考
2.1 注重知识拓展，联系生活实例，培养学生正确生命观念，提高素养水平
在平时教学中，教师不应只局限于教材中的知识点，而应适当拓展知识，辅助学生理解，帮助学生形成正确的生命观念。例如，在“物质跨膜运输的实例”和“物质跨膜运输的方式”这两节中，教师可以借鉴美国教材，给学生拓展渗透的含义、高渗、低渗、等渗溶液的概念以及几种被动运输的载体蛋白和主动运输的过程。知识来源于生活，服务于生活。杜威也说过“最好的一种教学，牢牢记住学校教材和实际经验二者相互联系的必要性，使学生养成一种态度，习惯于寻找这两方面的接触点和相互的关系”。因此，中国教材中的“与生活的联系”“与社会的联系”等栏目将知识与生活联系起来，有利于引导学生寻找知识和生活的接触点和相互的关系，运用知识分析生活中的生命现象，提高生命观念素养水平。
2.2 指导学生建模，自主建构概念，灵活运用知识，提升生命观念素养
生物模型包括物理模型、数学模型和概念模型。在“生物膜的流动镶嵌模型”这一节的教学中，教师可以发挥学生的创新能力，利用“课外制作”栏目，让学生利用生活中常见的物资动手构建生物膜模型。除了建构物理模型，教师还可以引导学生在学完“细胞的物质输入和输出”这一章时根据所学知识的逻辑关系，绘画概念图，利用概念模型将知识形成系统。生物模型的建构有助于学生自主建构概念，灵活运用知识，提升生命观念素养水平。例如，在学习种群的增长时，教师可以利用数学模型，画出增长曲线来辅助学生理解不同生境下不同种群的增长，从而能够运用所学解决生活中的问题，例如能提出一些对家鼠等有害动物的控制措施。
2.3 教师转变观念，对学生授之以渔，培养学生自主学习习惯
结构与功能的一致性是生物界的普遍规律。细菌的细胞壁具有一定强度以维持一定的细胞形态,而蓝细菌有气泡,使其生活在水体中一定的深度以行光能营养。结构是功能的基础,而功能也是对结构的最好的诠释。遗憾的是,在许多生物学科的教科书中,结构与功能往往被安排在不同的章节来讲授。
细菌细胞膜的结构与功能在“无性繁殖”、多如牛毛的、各种版本的微生物学教科书里都安排在“原核微生物”一章,而细胞膜最重要的功能之一——选择性的控制细胞内、外地营养物质和代谢产物的运送机制,则一般被安排在“微生物的营养”一章。学生在学习物质的跨膜运输机制之前学习细胞膜的功能,不免感到抽象、空洞和枯燥,所谓“知其然,不知所以然”。而学生在几个周的教学之后方在“营养”一章学习到“营养物质的跨膜运输机制”,对“营养物质进入细胞”的方式理解同样抽象、不深刻,这是一个教科书编撰的系统性将结构与功能割裂的典型例子。
在我们实际教学采用的教材中,上述两部分内容分别位于教材的第一章“原核微生物的细胞结构”和第四章“微生物的营养”。为了便于学生理解,我们尝试把它们放在一次课里来讲授,收到比较好的教学效果。
1教学方法
根据本节课的特点和学生的实际情况,为了突出重点、突破难点,按照学生的认知规律,主要采用以下的教学方法。
(1)创设情境,激趣导入,提出探索问题:可以采用相关幻灯片,来引起学生对细胞膜的兴趣,导入课题。
(2)采用多媒体课件教学。大量运用幻灯片展示,创设了各种不同的情境,以充分调动学生多种感官的参与,变被动接受为主动探究,激发兴趣、突破难点,体现“学生主体、教师引导”的教学理念。
(3)利用多媒体网络提供的学习材料,学生自主学习,开拓视野,同时也能激发学生学习的兴趣。
2教学过程设计
(1)首先创设情境,激趣导入,提出问题。
多媒体动画演示以下三个动画。
①水分子进入细胞膜的过程。
②葡萄糖分子进入细胞膜的过程。
③钾离子进入细胞膜的过程。
在学生观看动画之后,老师可提出问题:这三种物质进入细胞膜的方式相同吗？这种不同是由生物膜的什么决定的？与膜的结构有何关系？
由此引出本节课题,激发学生对探究学习细胞膜的兴趣。
(2)多媒体演示细胞膜的基本结构及化学组成。通过此环节,使学生对细胞膜有一个全面的认识。
(3)多媒体演示液态镶嵌模型的基本要点。使学生建立细胞膜是流动的,具有一定柔性或者叫可塑性的观念。为学生理解物质的跨膜运输奠定基础。
(4)在学生了解细胞膜的基本结构和液态镶嵌模型的基础上,引入营养物质的跨膜运输的四种基本机制,弄清每一种营养物质的跨膜运输机制与细胞膜结构的关系。这样将细胞膜的结构和物质的跨膜运输结合起来讲授,既符合自然界结构与功能的一致性的基本规律,同时使学生更容易理解。
(5)在细胞膜的结构与物质跨膜运输讲授完毕之后,最后对细胞膜的主要功能进行总结。
教材处理是为师者的基本功。教材处理的基本原则就是要优化教学内容,突出教材重点,注重知识之间,以及知识与能力之间的联系,而检验教材处理之效果的唯一标准是实际的教学效果。总之,我们应该切切实实地将教材处理作为教学设计的先行,而充分考虑学生学习的便利和效果则应是教材处理的基本出发点。如此,在我们钻研教材的时候,我们心中就可能会有教材处理的思路了。
参考文献
问题导学的教学方法，就是教师通过引导学生提出学习问题来引导学生学习知识的教学方法.这一教学方法的实施要点为引导学生学会提出问题、引导学生学会分析问题、引导学生学会拓展问题.在引导学生提出问题和回答问题的过程中，教师要逐渐延伸问题，使学生能够深入学习生物知识、理解生物知识.
一、引导学生在学习情境中提出问题
在传统的生物教学中，教师向学生提出学习问题，使学生感觉学习生物知识的过程就是回答教师提问的过程，从而觉得失去了学习主体性.在问题导学的教学模式中，教师要创建直观的学习情境，让学生在情境中看到生物的现象，找到学习的问题.例如，在讲“物质跨膜运输”时，教师可以在烧杯中盛大半杯清水，并滴一滴红墨水.然后引导学生观察发生了什么生物现象.学生看到一滴红墨水在水中逐渐扩散.这种扩散方式是以辐射的形式扩散，是由浓到淡的方式辐射，随着时间的推移，那一滴很浓的红墨水在杯中变成了一杯淡淡的红墨水.看到这一现象后，学生产生了学习好奇心，很想知道，为什么红墨水在杯中会扩散，并且为什么以辐射的形式扩散，这一生物现象说明了什么生物机理？这样，学生带着疑问学习新知.在“问题导学”教学模式中，教师可以通过多媒体视频、生物实验、生物现象等，创造直观的学习情境，促使学生发掘学习情境中的生物问题.
二、引导学生在研究学习中提出问题
在传统的生物教学中，教师直接给学生讲授生物理论知识.这种教学方法存在如下教学弊端.第一，学生养成了被动的学习态度.有些学生即使抱有学习疑问，也是等着教师讲解知识.第二，学生的思维水平得不到培养.有些学生不会深入思考教师讲解的理论知识包含有哪些问题，自己有哪些问题没有听懂.因为学生学习知识不求甚解，所以不能灵活运用生物理论知识.第三，学生获得的是教师整合的生物体系知识，而没有生成个性化的生物体系知识.学生的生物体系知识不是自己生产的，所以不能理解生物知识之间有哪些内在联系，从而不能灵活运用生物知识.利用“问题导学”教学模式，教师能够突破传统生物教学模式的弊端.例如，在讲“物质跨膜运输”时，教师可以将学生分成学习小组，让学生以小组为单位共同学习.在共同学习以前，学习小组要结合课本，拟订出该次需要学习的问题，并以这些学习问题为目标，开展共同学习活动.拟订出学习问题以后，学生可以自主地在网络上搜集相关的文献资料，自主回答问题.学生的阅读学习活动是限时的.在完成学习活动以后，学生要交流讨论刚才拟订的问题，并轮流回答刚才提出的问题，最后整合出问题的答案.比如，有一个学习小组就以物|跨膜运输产生的条件、原理、分类这三个问题为目标，开展文献阅读活动.在学习过程中，小组成员掌握了大量的生物知识.在“问题导学”教学模式中，教师可以运用小组合作学习的方法引导学生学习知识.教师要引导学生学会结合学习目标提出学习问题；学会阅读文献资料，应用学过的理论知识解释学习问题；学会在交流探讨中完善问题的答案，整合知识体系.
三、引导学生在知识拓展中提出问题
在传统的生物教学中，教师一般运用引导做习题的方法让学生拓展生物学习，容易让学生用完成任务的态度对待拓展学习.在“问题导学”教学模式中，教师可以运用引导学生做科学研究的方法开展拓展学习活动.这种教学方法，尊重了学生的学习层次性，发挥了学生的学习特点.例如，在讲“物质跨膜运输”时，教师可以要求学生找到物质跨膜运输的一个生活案例，开展物质跨膜运输的案例研究，并将学习成果在博客上.在研究的时候，学生可以自己制订学习研究框架，也可以在网上借鉴他人的学习研究框架.学生还可以根据自身的学习情况决定研究的深度.在完成学习以后，学生可以根据学习情况观看其他同学的学习成果，与其他同学交流讨论.层次不同、思维不同、学习习惯不同的学生，开展科学研究的方式是不一样的.在教学拓展环节，教师可以引导学生制定一个拓展学习的目标，让学生以个性化的方式开展学习活动.教师只有尊重学生的学习层次、思维水平、学习习惯，才能使学生主动完成拓展学习任务.
总之，高中生物“问题导学”教学模式，尊重学生的主体性，引导学生积极探索生物知识，培养学生学习生物知识的兴趣；引导学生自主研究生活中的生物问题，以生物问题为案例，继续深入探索生物科学知识，使学生的科学素养得到培养.在高中生物教学中，教师要运用“问题导学”教学模式开展教学活动，从而提高教学效果.
一、导学案的定义、基本内容和使用
所谓“导学案”是指教师首先在认真分析教材、教纲、考纲的前提下，依据学生的认知水平、知识经验，经集体讨论研究，统一体例，为指导学生进行主动的知识建构而编制的学习方案.一份好的导学案不仅可以帮助学生有效快速掌握教材内容，还可超越教材构成知识网络，形成知识体系，学生在学习的过程中最重要的就是如何将零散的知识化为整体.
经过反复实践和探索，我们编制的生物导学案主要由学习目标、情景引入、知识梳理、问题或实验探究、教师知识点拨、典型例题、方法归纳、当堂训练、反思小结、拓展视野、分层作业等部分组成.在编写时应重点突出，难点分散，如生命活动的主要承担者――蛋白质这一节的导学案中有关氨基酸是如何脱水缩合形成蛋白质的这一难点，我们是先请学生写出二肽形成的脱水缩合反应方程式，接着写出三肽形成的脱水缩合反应方程式，然后写出四肽形成的脱水缩合反应方程式，通过层层深入编制导学案来分散难点，帮助学生理解形成的多肽链中含有的羧基数、氨基数和肽键数，当然导学案可以多用问题为驱动，将重难点知识拆分为多个探索性，启发性的问题，教学中我们就以此导学案为载体，以学生的自主性、探究性、合作性学习为主体，以教师的指导或辅导为主导，师生共同合作完成教学目标.
导学案的有效使用应包括课前、课堂、课后三个阶段.
（1）课前 主要是知识回顾与预习.部分引导学生在课前进行相关知识的复习，激活学生的思维；部分给学生课前预习知识内容提供了一个详细的提纲，并通过将重难点化解为一个个小问题的形式巩固预习的核心内容，为课堂教学做好了一定的知识储备.
（2）课堂 将知识点化为一个个活动进行，根究学生预习的情况讲解精讲点拨的知识点以及对需要重点关注的对象进行提问.教师在导学案中要引导学生提问，创设问题情景，提供探究的资源，给学生充分的时间与空间自主探究，合作交流.如在选修三“基因工程基本操作程序”这一节中关于目的基因的获取，假设学生是科学家，如何利用不同的原材料，提取目的基因.可以分为三个活动来进行，活动一：已知目的基因的碱基序列，如何快速获取该目的基因.活动二：已知这个目的基因表达的氨基酸序列，如何获得目的基因.活动三：已知该种生物全部的基因，如何从全部的基因中获取所需要的目的基因.根据学生已有知识啊，组织学生展开讨论，进行实验，实现合作学习.最后重难点使用典型例题来巩固，进行反馈练习，达到事半功倍的效果.
（3）课后 主要是学生课后自主训练、知识总结和错题整理.一方面学生以导学案为线索进行复习建构，发现问题及时解决；另一方面通过批阅学生的解题，加强教学效果反馈，教师进行教学反思，调整教学思路.
二、提高生物教学有效性的几个重要方面
1.使用导学案增强学生的自主学习意识：由“要我学”到“我要学”比如“物质跨膜运输的方式”我是这样安排新知探究活动的.①自由扩散：动画展示：氧气和甘油等进出细胞的方式（提示观察重点：物质运输的方向、是否需要载体及是否需要能量），引导学生总结自由扩散的特点，并记住相应实例.自由扩散可以比喻成飘在河中顺流而下.②协助扩散：细胞每时每刻都需要进行呼吸作用，消耗葡萄糖以提供能量.根据图来观察，葡萄糖是不能通过磷脂双分子层的.如何解释呢？引导学生分析出蛋白质在其中的作用.课件展示协助扩散的动画（提示注意观察物质运输的方向、是否需要载体及是否耗能），引导学生对协助扩散的特点进行归纳，并举出实例.强调整个高中教材中只有“葡萄糖进入红细胞”这个实例是属于协助运输.学生可以在思考后，自主总结出被动运输的概念和特点及方式.如果把载体想象成船，协助扩散就相当于是一种坐在船上顺流而下.③主动运输：利用动画展示离子，氨基酸等小分子物质的跨膜运输，引导学生得出离子的跨膜运输的方向――逆浓度梯度.到这儿，学生会产生疑问：为什么离子能够逆浓度梯度进入细胞？带着问题，一起探究主动运输的特点.
课件展示主动运输的动画（仍然是提示注意观察物质运输的方向、是否需要载体及是否耗能），在前两种跨膜方式的基础上，学生能够很快总结出主动运输的三个特点，并且举出离子等进入细胞是属于主动运输.这时可以引导学生再次回忆问题探讨中的哪些物质不能进出脂双层，从而总结出氨基酸、葡萄糖、离子等物质进出细胞都是通过主动运输.在这提醒学生注意两处关于葡萄糖的实例，说出它们的不同.（葡萄糖进入红细胞是协助扩散，而进入其它细胞是主动运输）.还可以引导学生回忆载体的本质，说出载体的位置及特性，为后面的解题做铺垫.
引导学生一起总结得出，正是由于存在主动运输的这种方式使得细胞可以在环境恶劣的时候仍然可以主动吸收所需要的营养物质和排除代谢废物.再和学生一起总结主动运输的意义.
主动运输的过程可以想象成坐在船上开着马达逆流而上.这样帮助学生化抽象为形象，加深理解.
在此基础上让学生列表比较三种跨膜运输方式，可以让学生说出从哪几个方面进行比较.
导学案通过创设这些问题情景，引起学生学习的欲望，产生认知需要，激发自主探究的学习意识.
2.使用导学案转变教学方式：由“灌输”到“引导”
新课程提倡学习是在教师指导下学习者的活动，学生的主体地位不能动摇，教师的引导作用也很关键.教师是意义建构的帮助者与引导者，而不是知识的传授者与灌输者.以导学案为载体的教学完全符合这一理论.
例如，“生物膜的流动镶嵌模型”这节课，按传统的教学模式是把对生物膜结构的探索历程一一传授给学生，这纯粹是一种灌输式的教学，学生一味被动地接受，主体作用未能得到充分发挥.因为本节课内容较简单，我们的做法是在导学案上将本节课的知识设计成若干问题，引导学生自主学习，交流讨论，主动探究.
问题如下：（1）欧文顿做了什么实验？发现了什么实验现象？得出什么结论？（鼓励学生自己看书寻找答案，培养学生自主学习能力） （2） 20世纪初，科学家将膜从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来，进行化学成分分析，可得出什么结论？ （引导学生联系前面所学细胞膜提取和膜成分的鉴定相关知识）（3） 1925年荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质铺成单分子层，发现其面积为红细胞表面积的多少倍？从而得出了什么结论？（培养学生分析问题能力）（4） ①为什么磷脂在空气-水界面上会铺展成单分子层？并画出在空气-水界面上磷脂的分布？②两层脂质分子是怎样排列的呢？下列哪种图形是正确的，在上面打钩？
关键词 类比 生物学教学 TWA模式
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
类比是一个将两个不同领域的知识系统，借由彼此间某种结构的相似性，由已知系统（又称类比物）推导至欲知系统（又称目标物），从而获取知识的过程。类比在科学教学中扮演着重要的角色，是一种有效的科学学习方式，可以促进学生科学知识的产生与精加工。近年来类比的相关研究逐渐受到重视，尤其国外学者对类比的设计、教科书中所含类比的内容分析等研究关注较多，而且证了实类比教学的有效性。此外，国外一些学者依据不同的理论，将类比应用于教学，提出了多种类比教学模式，其中比较典型的类比教学模式有GMAT模式和TWA模式。下面基于TWA模式，通过教学设计来体现类比在生物学教学中的应用。
1 TWA模式（Teaching with Analogies Model）
TWA模式是由Glynn提出的一种类比教学模式。TWA模式包括6个教学步骤：（1） 介绍将要学习的科学概念（即目标物）；（2） 唤起学生对类比概念（即类比物）的记忆；（3） 辨认类比物的特征；（4） 标出目标物和类比物的相似特征；（5） 得出科学概念的结论；（6） 指出非类比之处。
Glynn指出TWA模式具有下列优点：（1） 假如教科书中所使用的类比没有清楚地解释，或是安排方式不恰当，则TWA模式可为教师提供教学时的参考；（2） 若只提供类比教材让学生自行阅读，可能会因为学生对科学概念的了解不完整或不正确，而导致学生迷思概念的产生。此时，如果让学生熟悉TWA模式，再让他们自行阅读或设计类比，可增加学生对科学概念的理解。
Glynn在TWA模式的教学步骤上，尤其强调教师应该将类比概念与科学概念之间的对应关系解说清楚。Duit也提到使用TWA模式时，要特别注意教学步骤2~5，留意学生们所了解的类比是否与教师所预想的一致，并且确定学生能真的了解类比的相似之处。TWA模式最重要的环节是步骤4和步骤6，因为只有当学习者清楚地了解目标物和类比物的相似之处时，才有助于映射的顺利产生。教师还应该时刻提醒学生注意类比的失效之处，以免产生不恰当的过度推论。本研究认为Glynn的TWA模式，步骤清晰，适用于实际教学，可以为教师运用类比进行教学提供参考依据。下面以高中生物“物质出入细胞的方式”一节为例，通过课堂教学设计具体分析TWA的应用。
2 “物质出入细胞的方式”的教学设计
2.1 学习任务分析
细胞是生物体结构和功能的基本单位，它不仅与周围的环境之间发生物质交换，而且与周围的其他细胞之间也要发生物质交换。因此，学习“物质出入细胞的方式”非常重要，它不仅与第二章中质膜的结构和功能有着密切的联系，而且与所有新陈代谢的活动密切相关，如叶绿体和线粒体代谢过程中的物质转运方向,神经纤维上兴奋传导的实质等。学生对“物质出入细胞的方式”的顺利掌握是准确理解生命活动实质的基础。
2.2 学习者分析
学生已经掌握细胞膜的结构基础，了解细胞是由一层具有选择透过性的质膜包被着，这为本节课的学习打下了认知的基础。同时，学生具备了一定的化学和物理知识，能理解浓度高的溶液渗透压高，地势高的物体具备的势能大，这有助于通过分析“物体在河流上下游间的运输”来类比学习“物质出入细胞的方式”。
2.3 教学目标
（1） 知识目标：简述扩散的特点；阐明渗透的概念及原理；概述被动转运和主动转运的概念；区别被动转运和主动转运两种不同的方式；概述胞吞和胞吐两种方式。
（2） 能力目标：通过分析“物体在河流上下游间的运输”来类比物质出入细胞的各种方式，初步学会用类比的思维理解生物学的重要概念；通过区别物质进出细胞的不同方式，学会分析问题。
（3） 情感、态度与价值观目标：通过理解扩散和渗透作用的过程，知道生命活动不断发展变化以及适应的特性，学会自觉地用发展变化的思维认识生命；通过联系生产、生活等实际，产生学习生物学的兴趣和关心社会生活的意识。
2.4 教学重点和难点
（1） 教学重点：渗透作用的原理。
（2） 教学难点：被动转运和主动转运的区别。
2.5 教学过程
（1） 介绍要学习的概念。
概念介绍：
① 细胞膜是选择透过性膜；
② 扩散：H2O、CO2、O2、甘油、乙醇等小分子物质仅依赖浓度差通过细胞膜；水分子的扩散即为渗透。
③ 易化扩散：葡萄糖等从高浓度溶液到低浓度溶液的扩散需要载体协助，但不需要额外提供能量。如葡萄糖进入红细胞。
④ 主动转运：离子、氨基酸等物质从低浓度运输到高浓度既需要载体的帮助，又需要克服浓度差做功，并且需要消耗能量。
⑤ 胞吞和胞吐:大分子蛋白质等物质出入细胞不需要载体,但需要消耗能量并依赖细胞膜的流动性,形成具膜小泡,通过膜的融合方式完成。
（2） 唤起学生对类比物的记忆。
先展示一张河流图和一张拱桥图（图1）。
教师引导学生回忆及讨论：
① 河流上游和下游的特点：
② 水流的方向。
学生讨论的结果：
① 上游：在河流的上段，地势较高。下游：在河流的下段，地势较低。
② 水流从上游到下游。
（3） 确认类比物的相关特征。
教师设计一系列问题串：
① 假设一个乒乓球要从河流的上游经过桥洞运送到下游,最简单的办法是什么？是否需要载体？是否需要人额外对其施加动力？
② 假设一个铁球要从河流的上游经过桥洞运送到下游,最简单的办法是什么？是否需要载体?是否需要人额外对其施加动力？
③ 假设一个铁球要从河流的下游经过桥洞运送到上游,最简单的办法是什么？是否需要载体?是否需要人额外对其施加动力？
学生讨论，并得出结果。
① 乒乓球可直接从上游经过桥洞漂向下游。
② 铁球需借助载体如小船从上游漂到下游。
③ 铁球从下游运往上游需要载体如小船,还需要划动船桨消耗能量才可以克服势能。
（4） 对应目标物与类比物两者的相似性。
类比：物质出入细胞的方式，如扩散、渗透、协助扩散、主动运输，可以类比为物体在河流上下游间的运输。物质跨膜运输过程中膜两侧具有浓度差的溶液可类比为河流的上游和下游，上游和下游之间的拱桥可类比为细胞膜，桥洞就是物质穿过的通道，不同大小的桥洞代表不同物质经过的通道。具体目标物和类比物对应如表1。
概念类比：“扩散”可类比为把乒乓球从河流的上游经桥洞运送到下游，“易化扩散”可类比为把铁球从上游经桥洞运送到下游，“主动转运”可类比为把铁球从下游经桥洞运送到上游。
学生讨论： 根据类比物的特点,讨论扩散、渗透、易化扩散、主动转运的特点。
学生讨论结果见表2。
（5） 归纳目标物的重点。
教师归纳提升：归纳各概念之间的相同点和不同点：如载体的需要、能量的消耗、物质的移动方向、穿过膜的层数等。再让学生试着用“滑滑梯”方式来类比物质的跨膜运输，再次建构新知识，深化对概念的理解。
（6） 指出类比的限制。
教师引导学生反思：指出以上的类比只是帮助理解的比喻，有局限性。
学生讨论：分别讨论扩散、渗透、易化扩散、主动转运的类比物的局限性。
学生讨论的结果：
① 扩散:河水只能从上游流向下游，但扩散的过程是一个动态变化过程，低浓度溶液中的溶质分子可以扩散到高浓度溶液中，但由于高浓度溶液的溶质分子扩散到低浓度溶液的分子数远远大于低浓度扩散至高浓度的分子数，因此总体表现出高浓度的溶质分子向低浓度溶液扩散的结果。
② 渗透：当扩散的对象为水分子时，则是低浓度溶液中水分子向高浓度溶液扩散的量大于高浓度溶液中水分子向低浓度溶液扩散的量。
③ 易化扩散与主动转运：小船类比为载体，但载体是位于细胞膜上，构成细胞膜的组成成分，不能像小船一样主动到码头载人或物；且载体具有专一性，不同的物质需要不同的载体。
教师补充：当需要跨膜运输的物质是大分子物质如蛋白质等物质的时候，细胞膜上的载体或磷脂双分子层都不允许它穿过，大分子物质只能通过胞吞和胞吐的方式进出细胞。
类比：胞吐可类比为吹泡泡的过程，可以把嘴巴里面的口香糖类比为一个细胞，每吹出一个泡泡就相当于送出一个蛋白质分子。
教师提问：吹泡泡的过程需要消耗能量吗？送出蛋白质分子的过程需要载体吗？蛋白质分子有没有穿过细胞膜？
教师总结：归纳出胞吞胞吐是一个不需要载体，但需要能量ATP，并且没有穿过细胞膜的运输过程。
2.6 教学反思
生物学课堂中类比方法的应用是普遍存在的，当教师试图把一个新概念向学生解释清楚时，总是会去寻找与之相关的知识或相关的生活经验，以帮助学生了解不熟悉的概念，协助他们在已有知识的基础上顺利建构新知识。例如在本节课的教学中，利用学生已有的化学和物理知识，再结合学生自身的生活经验来帮助其理解扩散、易化扩散、主动转运和胞吞、胞吐现象，学生就能较轻松地理解这些抽象的微观概念。但因为类比物和目标物不可能完全对应，若教师没能及时提醒，学生又会过度引申，导致产生误解。如从物理学的角度考虑，如果没有外力作用，物质只能从势能高的地方往势能低的地方跑，那么水分子只能从上游向下游移动，但在渗透过程中，水分子也会从水分子少的溶液向水分子多的溶液方向运动，这可能会影响学生正确理解物质的跨膜运输是一个动态平衡的过程。因此，在使用类比的过程中，教师尤其要关注容易引起学生误解的方面并加以提醒和引导，告诉学生类比的局限性。虽然类比教学存在着不足之处，但其优点是不容忽视的，本文以浅薄的教学经验为大家提供一个类比的教学范例以供参考，望不吝指正。
参考文献：
［1］ Duit R. On the role of analogies and metaphors in learning science［J］. Science Education, 1991, 75（6）: 649?C672.
细胞内大分子物质及颗粒性物质不能自由穿过细胞膜，必须以囊泡运输的方式进行跨膜转运，囊泡介导的转运方式，无论是正向或是逆向转运，都包括3个主要步骤，分别是外壳蛋白的选择，囊泡的出芽与形成和转运物质的选择。研究表明在囊泡运输过程中 N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体(SNAREs)发挥着重要作用，自从 SNAREs蛋白复合物被发现，它就作为细胞膜融合的关键组分而被广泛深入研究;现将SNAREs蛋白复合物与囊泡融合分子调节机制研究的最新进展进行综述。
1 SNAREs核心蛋白的分子结构与功能
SNARE复合物指的是 N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体复合物，其由4个七肽重复序列的SNARE结构组成的螺旋形结构体，其中3个SNARE结构体会在细胞膜的特定位置进行锚定位，形成膜与膜之间的结合位点，被称为定位-SNARE复合物(target-SNARE 或t-SNARE);而第 4个SNARE结构体可锚定在需要融合的膜上，称为囊泡-SNARE复合物(vesicle-SNARE或v-SNARE)，膜融合过程需要一系列如Synaptobrevins、Syntaxins和突触相关蛋白等 SNAREs核心蛋白的分子的协同作用共同完成。
1.1 Synaptobrevins SNARE蛋白的氨基酸序列和胞吐作用已经得到广泛的研究，其中v-SNARE Synaptobrevins蛋白是由一组相对分子质量为19103的小分子蛋白组成，其参与Ca2+依赖的囊泡融合作用。Synaptobrevins蛋白通过其 C-末端跨膜结构域促进SNARE的拉链样结合反应而实现囊泡融合。Synaptobrevins蛋白可被血清型为 B、D、F和 G的肉毒杆菌神经毒素(肉毒毒素)裂解而失去生物学作用，造成胞吐作用受到抑制。Synaptobrevins 1和2在真核细胞均有表达，例如在神经肌肉接头、感觉细胞(如毛细胞等)和光感受器等，Synaptobrevins蛋白缺乏会使囊泡分泌功能严重受损以及完全抑制由Ca2+诱导的囊泡分泌作用。
1.2 Syntaxins Syntaxins是镶嵌于胞膜的t-SNARE跨膜蛋白，在膜融合过程和 Ca2+诱导的胞吐过程中，不同的Syn-taxins蛋白功能结构域在融合过程的各环节都发挥着重要作用。Syntaxins 具 有 单 一 的 跨 膜 区 结 构 域 和 胞 内 组 成 的SNARE复合体结构域(H3)和调节结构域(Habc)。Syn-taxin蛋白的核心结构域由特定的synaptobrevin和SNAP-25蛋白复合体组成;最近的研究表明，Syntaxin 可被神经毒素BoNT/C裂解，而抑制了 Ca2+诱导的神经元细胞和神经内分泌细胞分泌神经递质。Habc结构域是由3个-螺旋折叠形成的一个封闭蛋白结构，在囊泡融合过程中封闭结构会解开而暴露SNARE结构域。Syntaxin与一系列融合调节蛋白相互作用，例如synaptotagmin，Ca2+通道蛋白和存在于毛细胞的oto-ferlin蛋白，对胞膜融合起到精细的调节作用[11]。Syntaxin 1A和syntaxin 1B是大脑中主要的syntaxin异构体，但syntaxins3和3A主要存在于神经分泌细胞和视网膜细胞中;哺乳动物毛细胞表达syntaxin 1A和syntaxin 3，然而毛细胞SNARE复合物的分子确切机制还有待深入研究。
1.3 突触相关蛋白(SNAP) SNAP是广泛表达于原核和真核生物中的t-SNARE，在膜融合过程中起着重要作用。SNAP是缺乏跨膜结构域的胞质蛋白，其通过位于中心分子的棕榈酰侧链半胱氨酸残基形成的硫酯键附着于突触前膜上，SNAP-25的两个蛋白螺旋结构是SNARE核心复合体的组成部分，在钙触发的胞吐作用中发挥重要作用。研究表明SNAP-25基因敲除小鼠的钙触发胞吐作用严重受损，表明SNAP-25在神经分泌的重要性;肉毒杆菌神经毒素BoNT/A可裂解SNAP-25，使t-SNARE形成陷阱，从而抑制胞吐作用。SNAP-23与SNAP-25是同源异构体，是突触后膜谷氨酸受体蛋白的组成部分，这两个SNAP亚型是通过棕榈酰侧链连接到胞膜上;然而它们对肉毒毒素的敏感性不同，SNAP-25的可被肉毒毒素BoNT/A，C和E裂解，而SNAP-23被肉毒毒素BoNT/A和 E裂解。
2 SNAREs在囊泡融合中的作用SNAREs通过其稳定存在的三分子结构来连接囊泡膜和细胞膜，三个分子结构各由约60个氨基酸组成，其一是由syn-aptobrevin蛋白和syntaxin蛋白组合而成，另外两个由SNAP-25组合构成的。SNAREs复合体精细的分子结构通过许多平行排列的-蛋白螺旋结构相互缠绕，形成一个亮氨酸拉链样的嵌入式结构，该结构外周由1个亮氨酸残基和3个谷氨酰胺残基组合而成的重复模块组件。嵌入式结构延伸进入胞膜脂质双层，参与囊泡膜融合体的形成。亮氨酸拉链样嵌入式结构的相互连接，促使囊泡和细胞膜之间互相靠近，连接结构的构象改变与syntaxin和synaptobrevin蛋白特定结构氨基酸序列改变在囊泡融合中起到关键作用[19-20]。SNARE的两个结构域通过跨膜结构域锚定在相互融合的两膜上，而t-SNARE和v-SNARE的介导使连接的两膜在特定的位置发生融合作用。绝大多数t-SNARE复合体在螺旋束的中心位置都含有相对保守的谷氨酰胺序列，称为Q-SNARE蛋白，而在v-SNARE的这个位置含有的是精氨酸序列，称为R-SNARE蛋白。所有的SNARE复合物在膜融合的过程中产生催化功能，不同类型SNARE复合物在不同的膜转运过程中发挥作用。大量研究表明SNARE复合物参与酵母细胞内膜系统转运过程，包括那些参与内质网到高尔基体，高尔基体到囊泡，高尔基体到细胞膜转运和同型液泡融合等，大多数的酵母或哺乳动物的SNARE同源基因的功能相似。酵母含有5种 R-SNAREs(Snc 1p，Snc 2p，Nyv 1p，Sec22p和 Ykt 6p)，而哺乳动物细胞中含有至少10种(包括VAMPs 1，2，3，4，5，7，8，sec22b，ykt 6和tomosyn。因此，R-SNAREs对哺乳动物细胞膜转运过程和协调哺乳动物生理功能起关键作用。在某些情况下，多细胞生物完成正常生理功能需要专门的膜结构，而在这些膜结构之间转运需要特定的SNAREs，称 为 组 织 特 异 性 SNAREs。例 如 组 织 特 异 性SNAREs(包括syntaxin 1A，SNAP-25和 VAMP 2)能调节哺乳动物细胞囊泡的胞吐作用，而在酵母中没有同源蛋白的表达。VAMP 5，属于质膜SNARE，主要是在肌肉细胞中，在诱导肌肉收缩过程中发挥作用。此外，syntaxin 17主要在于类固醇激素合成细胞的滑面内质网中表达，而syntaxin 11在免疫系统的特定转运过程中发挥重要角色。
3 小结
SNAREs蛋白复合物在囊泡融合中起到核心的作用，亮氨酸拉链模式是诠释囊泡融合机制最有代表性的解说，然而其机制有待进一步的完善。对SNARE蛋白及其调控因素的研究，有利于更加深入了解SNAREs蛋白复合体调节囊泡融合未知的相关机制，从而为揭示囊泡融合过程提供可靠地科学依据。
一、张家界市烟草公司实施烟草绿色物流中遇到的问题
（一）人员素质欠缺，年龄结构欠合理
张家界烟草公司地处经济不发达地区，加之建立较晚，人员素质参差不齐，人员学历结构呈金字塔状，高中学历及以下比例过大，这些员工专业技能理论基础薄弱，对新事物新观念的接受能力较差，尤其是懂物流重绿色发展的人员更是少之又少，同时年龄结构欠合理，45岁以上员工比例过大，老龄员工不易接受新鲜事物，为绿色物流的推进及持续进行构筑起无形障碍。
（二）绿色物流观念欠深入人心
一方面，大部分员工只看到了实施绿色物流带来的短期成本及工作量增加，却看不到其带给公司的长远利益，他们仅有物流思想却没有绿色化的概念，缺乏发展的前瞻性。另一方面，烟草零售户对烟草绿色物流理念缺乏认知，配合度不高
（三）绿色物流投入不足
近年来，张家界市烟草公司投入大量资金用于更新物流设备，引进较为先进的半自动分拣包装系统，建立物流信息系统，物流效率得到很大提高。但从实施绿色物流的具体情况看投入仍显不足，且投入资金分配不均衡，大部分资金都用于设备购买等硬件投入，而对人员培训、信息化支撑等软件投入较少。
（四）公司发展绿色物流中遇到的实际问题
除前面所列宽泛的问题外，公司还遇到几个主要操作层面的问题。
1.配送车辆废气排放量大
绿色物流中，绿色运输是关键。公司卷烟运输中的燃油消耗、废气排放是主要非环保因素。在对运输系统的分析中发现几个主要问题。一是运输车辆保养不足，老化较快，导致油耗上升；二是车辆更新慢，干线运输已外包给张家界邮政公司，其车辆多已使用五年甚至八年以上，过旧车辆增加油耗、运输成本以及污染物排放。三是线路规划不合理，导致运输里程增加，车辆装载率较低、废气排放增加等问题。
2.配送车辆装载率不高
近几年公司物流效率有较大提高，车辆装载率逐年提高，但配送车辆的装载率仍显不足，近几年指标显示，车辆装载率为80%左右，仍有20%的运能资源未充分利用。主要因为：1.线路规划不到位，线路优化不充分。车辆行驶路程增加，配送费用也增加。另一方面，线路规划不到位使车辆运输资源不能充分利用，部分路线上车辆仅为少量卷烟配送任务而行驶，车辆空载率上升，运力资源虚耗。2.公司将干线配送外包，将发往慈利、桑植两县的卷烟配送任务外包给张家界邮政公司，干线运输运输量大，采用大吨位车在各时间段的卷烟配送量却不完全稳定，导致车辆装载率不高。
3.分拣包装用PE热塑膜使用欠合理、回收困难
PE热塑膜有经济性、承重性好、包装标准统一等优势，但也有不可溶解性缺点，若零售商随意丢弃会对环境造成长期污染。公司缺少对PE热塑膜的回收再利用。回收利用涉及两方面的问题：一是使用量的问题，所有卷烟均用5丝的PE热塑膜打包，但每一零售商订货量不一样，25条烟（单次打包最大量）和5条烟的打包用膜厚度相同。二是如何回收，回收具体哪个部门主导，如何配备回收设施，员工客户配合度如何等。
二、烟草绿色物流体系的建立
绿色物流的实施是一项复杂的也是一项长期的工程，为此绿色物流体系的建立需要做到以下几个方面。一是强化人才引进，尤其是引进懂现代物流知识、有绿色物流理念的专业人才；二是强化人员培训，从公司管理层到操作层直到客户，都需从绿色发展理念到践行绿色物流操作技巧上予以全方位的培训；其三强化资金投入，烟草物流广泛使用电子定货、条码技术、数据库技术、电子数据交换系统等信息技术，运输、装卸、仓储等环节也需要大量的专业化、智能化和标准化的物流设备，这方面需要有力的资金支持。同时更要重点解决存在的突出问题：
1.配送车辆废气排放问题解决方案
要做到绿色运输，首先，要使用低能耗、低排放的“绿色”运输工具，达到降低能耗，减少废气排放等目的。这要求公司不仅要更换较旧车辆使用较新和更低能耗车辆，同时还要与外包公司配合，共同更新车辆减少废气排放。虽然车辆更新短期会增加大量资金投入，但从长期来看其投入会通过节省油耗逐渐收回。其次，增加车辆保养投入，这既能增加车辆使用寿命，又能减少车辆废气排放。最后，合理规划布局，打破行政区域限制，优化卷烟配送路线，提高配送效率，这是减少废气排放的另一有效措施，减少往返载货率，根据线路状况，合理选择车型，有效利用车辆，降低车辆运行成本。
2.车辆装载率不高问题的解决方案
车辆装载率不高主要由配送线路优化不充分以及配送量波动引起的引起。针对线路优化问题公司已取得一些进展，去年进行了部分配送线路的优化，但现有配送线路优化，可以建设性地打破地区限制，尝试跨区配送。如慈利县部分乡镇配送点离慈利县卷烟物流分中心较远而离武陵源区分中心较近，可以把这些乡镇划归武陵源公司进行配送。在跨区配送的基础上结合实际采用计算机进行线路规划，以最大程度地提高线优化程度。同时通过计算机系统建立合理的物流配送方案，稳定物流配送量，减少卷烟配送量的波动。
关键词：输电线路检查无盲区；通道治理；环境因素
中图分类号：TM712 文献标识码：A
随着输电技术的不断更新，用于输电的线路遍布各个地区。这些特殊的线路所处地理环境比较复杂，通道内存在的不确定因素也较多。同时，由于管理经验的缺乏和管理方式落后，输电通道的维护人员往往会忽视某些通道部位的管理，导致这条输电线路的运行稳定遭受威胁。因此，要治理好通道维护中的环境要素，就需要事先明确线路通道所处的具体环境，强化对危险因素的监管，消除监管中存在的盲点。只有从环境的治理做起，才能逐步改善输电线路的工作环境，提升输电运行的平稳程度和安全程度。
一、常见的线路环境问题
输电线路在各地区的分布情况不同，部分地区线路比较集中。同时，由于输电线路所处的地理条件影响，线路常常会遭遇外界作用力的破坏，包括雷电、冰冻和其他作用力等。归纳起来，输电线路所遇到的环境问题主要有如下几方面：
1雷电问题
输电线路对于雷击事故非常敏感，在当地进入雨季之后，输电线路比较容易遭到雷击的破坏。具体而言，雷电毁坏线路的情形包括：雷电落在输电导线上面，造成直击电压；雷电落在避雷线上，反过来击打到输电线路；雷电落在输电线路旁边的杆塔上面，产生出来的感应电压影响到线路。
直击形式和感应形式的过电压，都可以将大量的电荷量迅速堆积到导线上面。这部分电荷量沿着导线两侧快速传递，产生雷电波。如果线路受到直击的破坏，则可能导致绝缘子毁坏，造成线路与地面连接或跳闸，甚至可能击破绝缘子，造成线路被击穿或者停电，出现断电事故。这种雷电波沿着输电线进入变电站内部，可能烧毁绝缘电气设施的绝缘皮，毁坏避雷设备和变压器。这种事故将会直接干扰变电站的日常工作。
2冰冻问题
我国部分地区气候寒冷，冬季气温很低，空气的湿润程度高。在这样的状态下，大量的液态气体聚集在导线上，产生一层冰膜，给输电带来不便。在导线结冰时，杆塔自身的张力失去平衡，导线可能会折断，对荷载带来冲击。覆盖着冰膜的线路遇到寒冷空气会收缩，遇到强风会产生震动，这些都容易造成线路的破损。杆塔和各种金属部件受到来自外界的失衡压力，可能无法承受长时间的运行状态，这将会引起倒塌、断电和跳闸的输电事故。
3其他类型的外力作用
这种情况也是十分常见的，对于输电的影响力也比较大。例如：山区的开矿工人在从事爆炸工作时，可能会炸裂输电线路的绝缘皮或损伤导线；部分村民在输电线路通过的地方燃烧作物，浓烟可能会造成跳闸；如果线路通过的地方有大型的施工吊车，那么挖掘工作可能撞坏输电设备。此外，少数犯罪分子为了追逐不法收益，还会盗窃输电线路；有些居民会在输电线路存在的地方钓鱼、违反规定搭建住宅等。
二、检查盲区产生的根源
输电线路的检修人员，通常会侧重对于线路缺陷的治理。工作人员会详细记录线路自身以及附属输电设备、输电通道的严重问题，并采取措施降低这些问题给线路造成破坏的程度。但是，在管理实践中，还会存在一些不足以构成输电环境缺陷、却也能干扰输电正常和稳定的环境因素，而工作人员经常忽视这部分因素的治理。
例如：在输电线路旁边的农田里，有一些扣地膜的作物。这样的情况不足以构成环境缺陷，但是如果当地村民在收获农作物之后，没有及时处理掉地膜，那么地膜随着风飘到线路上面，可能导致线路由于异物干扰而发生短路。这类现象和输电安全并不存在直接的联系，但是如果某一环境因素发生了改变，就可能干扰正常的输电工作。科学调查的结果说明：最近几年以来，由于这些细节性环境因素导致的线路事故正在逐渐增多，而发生这种后果的根本原因，就是线路检查中存在一些盲区。
检查输电线路的关键点，主要包括了主体性线路、附属输电设备和通道自身环境。其中，对于主体性线路的检查，对象为线路基础、杆塔设施、绝缘子、金属部件，以及线路的接地设施；检查的内容，包括查看杆塔的弯曲程度、倾斜角，查看部件被水冲刷和位置移动的状况。对于附属输电设备的检查，对象是粘贴在线路上面的标志、警示牌、技术性测量仪器等，查看这些设施有无缺损现象发生。对于通道所在环境的检查，主要查看环境因素的改变对线路运行稳定的干扰程度大小，如果直接进行测量存在困难，就需要用特殊的仪器进行检验。
在电力输送线路的安装工作完成之后，线路和通道可能会受到各种外力的破坏，例如地震、洪水、冰冻、暴风雨等；此外，人为的盗窃或者当地的鸟害可能导致线路跳闸，风向偏移可能导致导线、绝缘子和其他线路发生事故。这些潜在的隐患，都对输电的安全构成了某种威胁。因此，有必要严格抓好对于检查盲区的判断和清除工作，及时观测到线路与通道的安全隐患，采取可行性的措施，确保输电系统平稳正常运行，以满足当地居民对于正常用电的需求。
三、完善检查管理措施
达成输电线路的无盲区检查，指的是消除线路监管中的微小环境威胁，提高监管和线路检修的全面性。依据对于某输电线路情况的调查，我们发现监管中的盲点主要集中于输电通道所处的环境上面。例如：某条35kV的输电线路，经常发生输电事故；而在所有造成过线路事故的事件中，由于输电缺陷导致的事件占据了70%，由于通道所处环境不安全导致的事件占据了30%。通过整理与分析输电线路事故的记录，发现其中缺陷性的因素都被工作人员及时发现，并能查找到相关的记录；而由于环境因素造成的事件中，只有个别事件被记录并得到了及时处理。这种情况说明：在维修和保护线路的过程中，对于通道环境的监管还存在较大的盲目性，这将会影响到输电线路的运行稳定。
因此，有必要采取一系列技术性的手段，来消除监管中的盲点。要达成无盲区的通道管理，首先要严格把握输电线路运行通道的外部环境条件。在管理和维护线路通道的工作中，通过长期的摸索，工作人员绘制了通道环境的具体图示。这种图示有助于工作人员强化对线路运行环境的监督，准确及时地把握通道所处的环境因素，在第一时间内清除影响正常输电的隐患。如果输电通道的环境有所改善，那么线路工作的可靠性和稳定性就会增加，电力供应质量也会提升。
四、图示的设计原则
设计并绘制通道所处环境示意图，目的是消除通道监管工作的盲点，提升检修工作的标准化水平和细致程度。在设计过程中，应当将通道所处的大致环境情况，用图例和文字的方式形象准确地再现出来。这些资料可以作为工作人员管理通道和线路的基础性依据，能够起到便利查阅、方便实施监督措施的效果。
例如：工作人员跟踪并准确记录下了地膜农作物的生长和收获情况，记录了农作物所处的方位、收获的具体时间等。在收获季节到来之前，工作人员及时与当地村民取得联系，宣传保护线路通道的重要意义，督促村民收好农作物的地膜。在收获期到来时，工作人员及时查看回收地膜的情况，防止地膜落在线路上导致短路。
五、图示的具体内容
在通道所处环境的描绘中，将通道中影响力大的环境因素划分成污秽存在地区、杆塔具体型号、线路跨越和交叉地带、大型的跨越挡距、矿山内部的采空区、地质灾害频率较高的地区、容易受到外力影响的区域、重要的线路跨越区域、容易受到恶劣自然气候破坏的区域，以及输电沿线主要的污染源等。同时，工作人员在图示中准确标示出这些关键点。
为了便利图示的实际运用，还可以在图示中明确标出杆塔的规格型号、挡距数值等涉及到线路运行的参数。对于那些能够影响安全稳定运行的环境因素，可以划分成普通管理区域、重点管理区域和重点监督区域几种。其中，普通管理区域中的环境因素，不会直接威胁到运行线路的安全，自从线路开始运行以来，也没有产生过外力因素破坏输电设施的事件；重点管理区域内部的通道设置方式复杂，线路被外界作用力和环境因素破坏的可能性大；重点监督区域内的线路如果遭受外界作用力，在较短时间内不能恢复到有序的运行状态中，因此，这部分区域需要工作人员随时进行控制和监督。
结语
输电线路的检查工作出现盲点，主要原因是治理通道环境的意识不强。因此，有必要强化改善治理方式、消除治理盲区的监管理念，提高治理输电通道环境要素的水平。具体而言，工作人员应当预先编制输电线路所处环境的图示，详细掌握线路通过地区的环境要素，认真处理能够影响到输电安全和线路自身安全性的环境要素，并将这种处理工作提升到与线路缺陷相同的高度予以重视。要采取技术措施，消除检修规划中列出的线路风险，并防止这种风险威胁到输电质量和效率。实现无盲区的线路检查，有助于增强输电通道抵御环境风险的能力，维护线路的正常运行。
参考文献
[1]张金光，金会军，郭晓飞.输电线路通道治理分析与对策探讨[D].2011年亚太智能电网与信息工程学术会议论文集，2011（10）.
1英国伦敦国王学院PBL教学安排
英国伦敦国王学院的PBL教学通常为小组上课,每组10~14名学生,配备1名教师,讨论时间为1~2小时,教师和学生分别拥有不同的课程资料。以生物和生物化学课程为例,该课程一般安排在第一学年,上课总人数为120人左右,课程教学分大班授课和小班授课(PBL教学),共50学时,其中执行PBL教学的课程占总学时的1/3左右。PBL教学部分包括7章内容,分别是细胞结构与功能、pH值与缓冲液、膜结构与膜运输、糖代谢、脂代谢、信号传导机制、蛋白合成和抗生素。由于课程属于基础医学教育内容,因此所设计的问题偏重于基础理论讨论,并穿插一些较为简单的临床病例,此种设计与目前我国较为流行的案例式(病例式)教学颇为不同。
2PBL教学实例
本文仅以生物和生物化学课程“膜结构与膜运输”为例,说明英国伦敦国王学院的PBL教学形式。这一章学习前教师和学生拿到各自的教学资料,其中学生的资料共有17个问题,教师的资料除问题以外还备有简要提示答案。学生在开学初就可通过网络课程获得教学资料,提前自学教材并查阅相关文献。在PBL课堂上由教师主导进行问题讨论,并根据学生综合表现予以分数评定,但以学生能够获得正确的知识为终极目的。“膜结构与膜运输”的17个问题为:(1)列举生物膜的四种功能。(2)列举细胞膜三种不同的生物化学组成。(3)图解磷脂分子和甘油三酯的结构组成。(4)上述两种脂类分子的物理特性是什么?磷脂分子的什么物理和化学特点使它们聚集形成膜脂质双分子层或囊泡?(5)绘制典型的浆膜“流动镶嵌模型”并进行标识,确切说明细胞膜内外的特征。(6)说明什么是“横向分子运动”和“翻转运动”。(7)试举三例说明依赖膜流动特性的膜生物学功能。(8)试说明多不饱和脂肪酸和胆固醇如何影响膜流动性,这些分子的主要食物来源是什么?(9)来自亲水性球蛋白的膜相关蛋白表现出不同的折叠方式,试解释多数膜蛋白都包含α-螺旋结构常用序列的意义。(10)试举例说明跨膜蛋白和胞膜内蛋白以及它们的功能。(11)如何用实验区分胞膜外蛋白,跨膜蛋白和胞膜内蛋白?(12)列举可以穿过细胞膜而无需载体蛋白的四种物质。(13)列举四种依赖于特殊的载体蛋白才能穿过细胞膜的重要生物学物质。(14)如何区别“初级主动转运”和“次级主动转运”过程,试给出明确的例子。(15)葡萄糖在不同的组织是由许多不同过程进行跨膜转运的,GLUT-2转运蛋白在肝脏和胰腺的生理学重要性是什么?GLUT-4转运蛋白在肌肉和脂肪组织的生理学重要性是什么?(16)参照转运系统知识,试解释使用葡萄糖/电解质替代治疗霍乱的生化原理。(17)有没有其他现成的和廉价的家用或烹饪产品与上述方法相似,对霍乱的治疗有效?
从上述问题的设置可以看出,英国伦敦国王学院PBL教学具备以下几个特点。(1)以学生自学为主,全面提升自主学习能力。该特点与国外人才培养的一贯理念和方式一致。由于课堂时间有限,学生必须利用课后时间查阅大量书籍和文献,掌握一定知识才能回答上述问题,因此极好地锻炼了其文献检索、归纳总结能力。(2)根据学生知识水平设置相应问题。该门课程教学对象是在国王学院进行医学学习的一年级学生,之前已经学习过简单的生物学及生物化学(高中阶段)知识,同时在学的大学课程还包括解剖学、生理学、生物数学、医用统计学等。因此,问题设置要符合学生知识结构与水平,同时又有一定延展性,使其在知识获取中有所突破。(3)问题设计以理论为核心,突出知识的融合性。由于国内外医学课程设置不同,国王学院生物和生物化学课程是一门融合课程,内容涵盖我国的生物学、生物化学、生理学等。因此在PBL教学中,可以通过问题设置使学生将知识有机联系起来,以理论知识掌握为主,要求学生对这些问题有较好的理解和记忆。(4)问题突出了基础医学的特点,即以学习和掌握“生物学功能”为目的,为学生今后临床医学知识的学习打下牢固基础。(5)理论联系实际,强调知识的实用性。此种问题设置使得学生在学习过程中不仅能掌握理论知识,还能学习实验技术以及基本临床诊断和治疗方法,了解临床治疗原理,同时联系日常
生活,增加问题的趣味性。从上述“膜结构与膜运输”的17个问题中我们可以得出,对任何一门课程,实践PBL教学法必须以课程特点为基础,知识掌握为核心,提升学生能力为目的,才能提高整体教学质量。 3英国伦敦国王学院PBL教学法对我国基础医学教育的借鉴作用
3.1课程体系改革
国外医学院校课程体系与我国颇有不同,目前我们面临着改革现有医学教育课程体系的困境。由于历史原因,我国大多数医学院校沿用苏联课程体系,该体系存在一些弊端。如果能将以“学科为中心”课程体系变为“以器官为中心”课程体系,在理论和实践教学中强调课程融合,剔除各学科之间重复与陈旧内容,缩减学时,调动学生自主学习的热情,培养创新意识和实践能力,必将大幅度提升我国医学生综合素质[3]。
3.2思想体系建设
我国传统文化中的“内敛”“中庸”等特征对整个教育体系影响颇深,使学生从小学到大学的学习过程都呈现被动式吸收特点,同时自主学习能力较差,缺乏批判性学习精神,整体创新能力较差。因此,在医学院校推行PBL教学法的同时要注重对教师和学生思想的引领,使其主动融入教学改革。
3.3教学条件建设
PBL教学对教学环境要求较高,比如需要配备PBL教室、一定的网络环境、动态更新网络课程等,特别是以大班授课为主的基础医学教学,开展PBL教学存在较大困难。因此,必须在教师、教材、辅导材料、课程设计、网络设备、教室等方面做好充分准备[4]。
3.4教学法服务于教学目标
PBL教学法自创建以来已历经近60年,但在我国还处于探索阶段。近年来,各医学院校开展PBL教学往往与案例式教学或病例式教学相混,特别是在基础医学教学阶段,常采用病例式教学方式,这无疑增加了学生学习难度。事实上,从英国国王学院的教学案例可知,PBL教学法是传统教学模式的有益补充,既适用于基础医学学习阶段的学生,也适用于临床学习阶段的学生,关键在于如何“以问题为导向”。只要问题设置合理,体现教学大纲中应掌握的知识,适当增加问题的融合性、延展性和趣味性,基础医学教育阶段的PBL教学也会为学生接受。>
距今大约350年前，英国博物学家胡克利用显微镜惊奇地观察到了植物的细胞壁，这是科学家首次提出“细胞”的概念。此后，这一领域吸引了一代又一代的科学家不断地探索，并由此揭开了许多细胞奥秘的面纱，对细胞“物流系统”的解析便是其中重要的一例。
作为生物体结构和功能的基本单位，单个细胞的个头很小，在显微镜下才能观察到，但其结构复杂，包罗万象，是一个微型的大千世界。细胞内部不但有细胞核、细胞质、内质网、高尔基体等功能不同的细胞器，更重要的是，细胞是动态的，它在不断的运动之中。细胞中制造的大量蛋白质、激素、神经递质等“货物”需要在各种细胞器之间运转，有的甚至要运送到细胞外去。例如，胰腺分泌的胰岛素产生后，就需要运送到细胞外，释放到血液中发挥降低血糖的作用。细胞内部就是如此的复杂而精确，只有当合适的蛋白质在正确的时间出现在正确的位置上，人体细胞的正常功能才能得以实现，人的身体也才能健康。
细胞如何组织它的“物流运输系统”，是个复杂的生物学基本问题。所谓囊泡运输就是指由于大分子物质及颗粒性物质不能直接穿过细胞膜，于是囊泡以出芽的方式，从一种细胞器中产生、断离后又与另一种细胞器膜融合的过程。这样一来，囊泡好比装载货物的“集装箱”。所以囊泡运输也被称为细胞的“物流系统”。多年来科学家也在孜孜不倦地探索其中的奥秘，2013年诺贝尔生理学或医学奖即授予“发现细胞内的主要运输系统——囊泡运输的调节机制”的三位科学家：来自耶鲁大学的詹姆斯·罗斯曼，加州大学伯克利分校的兰迪·谢克曼，以及斯坦福大学的托马斯·苏德霍夫。
这三位科学家的研究成果即是对囊泡运输如何在正确的时间抵达正确位置的机制的解答。简单来说，他们的主要贡献分别是：谢克曼发现了囊泡运输所需要的一系列基因；罗斯曼阐明了在囊泡与靶膜融合过程中发挥作用的蛋白质复合物；苏德霍夫则揭示了大脑中的信号如何从一个神经细胞传递到另一个细胞，并且钙信号是如何引导囊泡精确释放被运输物的。本文就分别介绍一下三位获奖者的科研经历及其主要成就。
谢克曼——“物流系统”的提出者
谢克曼1948年出生于美国，现年66岁，是三位获奖者中年龄最大的一位。他是毕业于名校的高才生。1974年谢克曼博士毕业于斯坦福大学，导师是著名的生物化学家科恩伯格（1959年诺贝尔生理学或医学奖获得者）。1976年，谢克曼加入加州大学伯克利分校，目前为该校分子与细胞生物学系主任。他同时也是霍华德·休斯医学研究院的研究员。谢克曼于1992年当选美国科学院院士。2006—2011年，谢克曼担任著名学术期刊《美国国家科学院院刊》的主编。
谢克曼从小就表现出对科学的极大热情。高中时，他就不断地准备科学项目，参加学校以及加州的各种科学竞赛。谢克曼着迷于在水里生活的各种微生物，因此当他得到了一个玩具显微镜时，便在自己的房间里，将所有的时间都用于追逐水里的各种能游泳的原始动物。他的父亲指出这只不过是一个“玩具”显微镜，谢克曼对他第一台科学仪器的热情受到了打击，父亲的“诋毁”令他沮丧，因此当时他下定决心要买一个专业的显微镜。他通过割草和做家务来挣钱、存钱，但由于他父母总是不断地从他这里“借钱”，导致他一直存不够买显微镜的钱。有一天，他实在是受够了，便骑着直行车来到警察局，告诉警察说，因为他的父母老是阻止他得到一台好的显微镜，他从家里跑出来了。从警察局将离家出走的儿子接回来之后，谢克曼的父亲一脸严肃。但是就在那个下午，谢克曼得到了一台博士伦显微镜，这使得他能以更专业的方式研究那些会游泳的微生物。
谢克曼对会游泳的微生物的“偏爱”也体现在他的科研工作中。在确立了研究细胞膜转运系统的研究方向后，考虑到哺乳动物的细胞过于复杂，谢克曼于是以非凡的勇气和智慧选择酵母作为实验材料。当时大多数科学家都认为酵母太低等，与动物细胞差别太大，不适合用来研究分泌机制，他的研究资助申请最初也因此被驳回。然而，由于他不懈的坚持，终于在这一领域获得了重大发现。因此，从这个意义上，可以说谢克曼是一位善于独辟蹊径，并最终闯出一片新天地的学者典范。
通过对这些突变体的遗传学和形态学上的研究，谢克曼发现是囊泡介导了内质网和高尔基体之间的交通运输。囊泡运输系统也就是细胞的“物流系统”。谢克曼研究组以酵母为实验材料，首先筛选了影响蛋白质分泌的酵母突变体。如果分泌蛋白的基因发生突变，酵母细胞内的分子运输就会发生障碍，而且不同类型的基因缺陷会导致蛋白运输被阻碍在分泌途径的不同阶段上。谢克曼对酵母突变体进行大规模筛选，最终获得一系列参与蛋白质分泌的基因，根据它们交通阻断出现的位置是在内质网、高尔基体还是细胞表面，可将其分为三大类。
利用无细胞体系，谢克曼纯化出来的第一个蛋白质是sec23基因的产物，该基因是内质网和高尔基体间物质运输所必需的。这个蛋白并不能独立发挥作用，囊泡从内质网中出芽还需其他六种蛋白质（Sec23， Sec24， Sec12， Sec13， Sec31和Sar1）。谢克曼将这几个蛋白质的复合物命名为COPII复合体。囊泡的外表面由蛋白包被，根据包被蛋白的不同，囊泡可以分为网格蛋白包被囊泡、COPI包被小泡以及COPII包被小泡等类型。其中，COPII包被小泡介导了物质由内质网向高尔基体的顺向运输，COPI包被小泡介导物质由高尔基体向内质网的反向运输。
发现COPII复合物之后，谢克曼又用了十几年对此进行深入研究。进一步研究表明，COPII不仅能帮助囊泡从内质网上出芽，而且能够招集正确的蛋白质货物。谢克曼系统地揭示了在囊泡运输所参与的分泌途径和囊泡与靶膜融合过程中所发生的事件。在此基础上，谢克曼提出了运输系统的概念，从而开创了囊泡运输分子机制研究的新领域。在谢克曼研究的基础上，科学家陆续发现了运输“集装箱”的各种“交通工具”。
罗斯曼——囊泡识别目的地机制的揭秘者
罗斯曼1950年出生于美国，在耶鲁大学获得硕士学位，1976年从哈佛医学院获得博士学位。1978年他进入斯坦福大学，开始了对细胞“物流系统”的研究探索。2008年，罗斯曼加入耶鲁大学，目前为该校细胞生物学系系主任。
罗斯曼探索了囊泡运输和靶膜融合的机制，并且通过生化研究提出了重要的SNARE模型，解释了囊泡融合是如何实现专一性识别，即“物流”运输过程中，“交通工具”是如果准确抵达并识别“目的地”的。
罗斯曼用生物化学的方法鉴定出了N-乙酰马来酰胺敏感因子（NSF）和可溶性NSF附着蛋白（SNAP），这两种蛋白相当于哺乳动物囊泡运输所用的“交通工具”。
有了“集装箱”，也有了“交通工具”，剩下的问题，就是将货物准确地送到目的地了。细胞物流的精髓便在于精确地转运和投放货物。要实现这一点，膜融合的过程就不能出现半点差错。囊泡与靶位点膜结构的融合过程包括两个事件：首先，囊泡必须特异性地识别目标膜；其次，囊泡必须与目标膜发生融合，从而释放内容物。
罗斯曼从牛脑组织中分离了SNAP的受体蛋白，即SNARE。SNARE是一种主要由α-螺旋形成的单跨膜蛋白，这种蛋白在囊泡和靶膜上均存在，囊泡和靶膜上的SNARE分别被称为v-SNARE和t-SNARE。罗斯曼发现，非常有趣的是，两种不同种类的SNARE存在着非常明确的数量关系。在此基础上，罗斯曼提出了囊泡融合的SNARE假说：囊泡和靶膜上的SNARE通过顺次发生的突触对接、激活和融合步骤，实现囊泡和靶膜的融合。该假说最本质的内容在于v-SNARE和t-SNARE蛋白之间的相互作用，只有当v-SNARE和t-SNARE两者特异性识别，才可形成拉链状的SNARE复合物，从而促进靠近的囊泡和靶膜实现融合。
罗斯曼的成就在于发现了细胞囊泡是如何在正确的地点进行释放的，正如现实生活中的物流，货物到了一个正确的目的地需要卸货一样。罗斯曼在获奖后表示，这个成就并非一夜的时间就可以获得，他在这方面的研究已经花费了数十年的心血。
现年60多岁的罗斯曼身材高大，是一位具有亲和力的“大块头”。 中国科学院遗传与发育生物学研究所的一位研究员就曾介绍了这么一件趣事，他说：“2009年，我们曾邀请他来中国参加研讨会，因为他的‘大块头’，专门在预算之外为他买了一张头等舱的机票。”
谢克曼与罗斯曼：花开两朵，殊途同归
早在2002年，谢克曼和罗斯曼就因为在囊泡运输机制方面的研究而共同获拉斯克医学奖，该奖项为美国最具声望的生物医学奖项，被誉为诺贝尔奖的“风向标”。如今两人又共同获得诺贝尔奖，实在是颇有渊源。
细看两人的研究经历，可以发现有些差异是如此的鲜明。两人所用实验材料和研究方法不尽相同。谢克曼研究单细胞的酵母，罗斯曼用的实验材料是动物细胞；谢克曼通过筛选突变基因，即用遗传学的研究方法来研究问题；罗斯曼则是通过体外分离蛋白质组分，即用经典生物化学的实验方法研究问题。
谢克曼与罗斯曼的相同之处在于：首先，两人都与斯坦福大学结缘，谢克曼1974年于斯坦福大学获得博士学位，几年后，罗斯曼加入了这所学校并确立了细胞囊泡的研究方向。其次，两人都受大名鼎鼎的生化学家科恩伯格影响深远。科恩伯格是谢克曼在斯坦福大学读书时的恩师，几年之后他又成了罗斯曼工作时的系主任，并且给了罗斯曼重要的指导。再者，两人均揭示了囊泡运输机制的秘密，并同时获得科学界的最高荣誉，不得不让人感慨两人在事业上的异曲同工，在人生上的殊途同归。
苏德霍夫——囊泡融合时机奥秘的发现者
苏德霍夫是一位德裔美籍科学家，1955年出生于德国，曾就学于世界著名学府哥廷根大学。1982年他从该校获得医学博士学位，并于同年获得该校神经化学博士学位。1983年，苏德霍夫加入美国德州大学西南医学中心，在布朗和戈尔茨坦的指导下进行博士后研究，针对低密度脂蛋白受体在胆固醇代谢里的作用进行了研究。1985年，他的两位导师由于发现胆固醇代谢调节机理，获得诺贝尔生理学或医学奖。1986年，苏德霍夫在结束了博士后研究后，曾一度犹豫是继续做研究还是从事临床工作做医生。两位导师建议他继续从事研究工作，他听从了导师的建议并在西南医学中心有了自己的实验室。苏德霍夫于1991年成为霍华德·休斯医学研究院研究人员，2008年成为斯坦福大学分子与细胞生理学教授。2013年，苏德霍夫因在神经递质快速释放调控机制方面的发现而获拉斯克奖，因此也成为诺奖的热门候选人。果然，作为诺奖风向标的拉斯克奖再次言中，苏德霍夫获2013年诺贝尔奖。
苏德霍夫一直致力于对神经突触的研究。囊泡运输是所有细胞都具有的物质运输方式，但是神经细胞在囊泡运输研究中最具代表性，这主要是因为神经细胞内存在着一种特殊类型的囊泡——突触囊泡，它参与了神经递质的释放。钙离子能调控突触囊泡与细胞膜的快速的瞬时融合，其机制令苏德霍夫着迷。经过近30年的研究，苏德霍夫所取得的研究成果，使人们理解了信息如何在突触之间快速启动和精确控制。
苏德霍夫发现了在钙介导的囊泡融合中发挥关键作用的两个蛋白——complexin和钙结合蛋白，并解释了神经元中钙是如何调控神经递质释放的。钙结合蛋白，是一类进化上比较保守的单跨膜囊泡蛋白，拥有两个钙离子结合域，是钙离子感受器，细胞内游离钙离子可以与钙结合蛋白结合。在Complexin和钙结合蛋白的共同作用下，SNARE复合物得以形成，而且囊泡融合可以按照要求或快或慢地发生，神经递质得以释放。
在苏德霍夫获诺贝尔奖之后，其华裔科学家的妻子陈路同样受到了关注。陈路于1989年从无锡市辅仁中学考入中国科技大学生物系，2003年受聘于加州大学伯克利，现已是神经外科和行为科学的副教授。陈路同样在生命科学领域取得了杰出成就，2005年，她荣获“麦克阿瑟天才奖”，这也是极为难得的奖项。她和苏德霍夫育有两个孩子。
也许正是因为妻子是华裔，苏德霍夫曾多次来中国，对中国很有感情。苏德霍夫是2010年中国科学院爱因斯坦讲习教授获得者，曾于2011年参加中国科学院健康科学研究所第七届国际精英论坛等。他也为中国的囊泡转运机制研究培养了很多人才，北京大学的张晨、同济大学的徐俊、中国科学院生物物理所曹鹏等都曾是他的博士后。
“为了跳出框框思考，你必须首先有一个框框。”苏德霍夫如是说。他谈到科学训练的重要性，同时也强调必须以创造性的方式来利用知识。苏德霍夫是一位勤勉的人，像一个工作狂，工作到三更半夜是家常便饭。他也秉承德国人一贯的严谨认真，是一位勤恳执着探索的真正的科学家。
“物流系统”与人类健康
细胞生命活动依赖于细胞内的“物流运输系统”。没有囊泡运输的精确组织，细胞将陷入混乱状态。囊泡运输障碍可导致发育缺陷、免疫缺陷、阿尔兹海默病、自闭症、糖尿病、高脂血症等多种疾病的发生。例如，在对阿尔兹海默病发病机理的研究过程中，越来越多的证据证实，这种神经退行性疾病的发生与细胞囊泡运输系统相关。这些患者的神经细胞内的囊泡运输系统崩解，造成神经细胞间的通信障碍，并最终导致神经细胞的死亡，显现为患者的神经系统退行。
谢克曼、罗斯曼和苏德霍夫三位科学家的研究，从不同的角度为我们揭示了细胞内部复杂而又被精确调控的“物流运输系统”。这为我们了解细胞生物学的奥秘打开了又一扇窗户。他们的研究使我们了解了“物流运输系统”的奥秘，为准确清楚地认识相关疾病的发病机理提供了理论支持，有助于寻找相对应的药物，从而使人类能更好地战胜相关疾病。在他们研究成果的基础上，其他许多科学家进一步探索，使得我们对这一“物流系统”的了解更为深入。例如，最新研究表明，载有“货物”的囊泡也是有轨道的，囊泡在微管或微丝细胞骨架轨道上移动，可以高效精确地将各种货物定向运输。当然，三位诺奖获得者的研究工作也依然在继续，在细胞“物流系统”方面，尚有很多奥秘等待着他们去探索和揭示。
钙对囊泡融合时机的调控
