基于“模型建構(gòu)”的“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

王應(yīng)慧

摘 要：本節(jié)課以科學(xué)家探索生物膜的科學(xué)史為基礎(chǔ)，聚焦生物學(xué)核心素養(yǎng)，以“問(wèn)題串”為主線凸顯脈絡(luò)，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論。利用模型建構(gòu)突破結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的難點(diǎn)，并在模型建構(gòu)過(guò)程中通過(guò)小組的討論、合作、質(zhì)疑等環(huán)節(jié)來(lái)體現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科的育人價(jià)值。

關(guān)鍵詞：科學(xué)史;核心素養(yǎng);模型建構(gòu);教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教材分析及設(shè)計(jì)思路

本節(jié)是人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中第四章第二節(jié)的內(nèi)容。第四章共有三節(jié)，第一節(jié)主要從實(shí)驗(yàn)實(shí)例來(lái)說(shuō)明細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜，這種膜的特性與結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以第二節(jié)內(nèi)容是學(xué)習(xí)生物膜的結(jié)構(gòu)，生物膜的結(jié)構(gòu)又是解釋第三節(jié)內(nèi)容“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡幕A(chǔ)。由此可見(jiàn)，本節(jié)《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》在第四章中起著承上啟下的作用，并體現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

本節(jié)課采用“提出問(wèn)題→提供資料→做出假設(shè)（構(gòu)建模型）→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的教學(xué)模式。對(duì)探索歷程的內(nèi)容教學(xué)以“問(wèn)題串”的形式凸顯脈絡(luò)，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論。具體教學(xué)程序如下：

二、教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

（一）通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程，體會(huì)“提出假說(shuō)”這一科學(xué)探究方法，提升科學(xué)思維能力。

（二）通過(guò)嘗試建構(gòu)生物膜的物理模型，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

（三）通過(guò)生物膜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)，正確認(rèn)識(shí)技術(shù)手段在科學(xué)研究中所起的作用;感受科學(xué)發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期而艱辛的過(guò)程，培養(yǎng)崇尚科學(xué)的社會(huì)責(zé)任。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）猜謎活動(dòng)，導(dǎo)入新課

教師呈現(xiàn)猜謎詩(shī)《是誰(shuí)》，學(xué)生討論回答詩(shī)中的“誰(shuí)”是細(xì)胞膜。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧生物學(xué)觀點(diǎn)得出生物膜的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的，那么什么樣的結(jié)構(gòu)才使得生物膜能完成以上的功能呢？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)謎語(yǔ)活動(dòng)點(diǎn)燃學(xué)生的好奇之火，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈興趣和渴望探索的動(dòng)機(jī)。

（二）設(shè)置問(wèn)題串，重溫探索歷程

1.問(wèn)題1：磷脂在細(xì)胞膜中是怎樣分布的呢？

教師展示磷脂分子的小資料，學(xué)生根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用手勢(shì)來(lái)展示磷脂分子。學(xué)生以小組為單位利用教具建構(gòu)細(xì)胞膜中磷脂分子的排布模型并作簡(jiǎn)要分析。

教師展示[資料3──實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證]：荷蘭科學(xué)家實(shí)驗(yàn)。根據(jù)資料，學(xué)生不難得出細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層，驗(yàn)證了我們模型構(gòu)建的科學(xué)性。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)細(xì)胞膜的內(nèi)外生活環(huán)境的分析，讓學(xué)生嘗試構(gòu)建模型，并闡述構(gòu)建理由，使學(xué)生理解結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，體現(xiàn)學(xué)生“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式。

2.問(wèn)題2：蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中又是怎樣分布的呢？

教師展示[資料4──實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]羅伯特森在電鏡下對(duì)細(xì)胞膜的觀察。學(xué)生根據(jù)相關(guān)知識(shí)，以小組為單位利用教具建構(gòu)細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)分子的排布模型并作簡(jiǎn)要分析。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)繼續(xù)對(duì)資料分析，再次進(jìn)行模型構(gòu)建，強(qiáng)化“功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)”的觀點(diǎn)。通過(guò)對(duì)電子顯微鏡的介紹，使學(xué)生意識(shí)到技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了科學(xué)探究的發(fā)展。

（三）新技術(shù)帶來(lái)新模型

教師展示[資料5]熒光標(biāo)記技術(shù)──細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。教師提問(wèn)：（1）實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？學(xué)生給出答案。教師繼續(xù)展示磷脂分子的運(yùn)動(dòng)示意圖。師生共同分析、歸納得到生物膜具有流動(dòng)性。教師提問(wèn)：會(huì)運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜中到底如何排布呢？教師展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：研究發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易通過(guò)人工的無(wú)蛋白質(zhì)的脂雙層，但氨基酸、葡萄糖等不能通過(guò)無(wú)蛋白質(zhì)的脂雙層。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大膽猜想，以小組為單位再次利用教具構(gòu)建細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)分子的排布模型。

教師展示[資料6──實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證]冰凍蝕刻電子顯微鏡下的細(xì)胞膜圖片。學(xué)生觀察圖片得出蛋白質(zhì)并不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌或貫穿于在脂質(zhì)雙分子層中的。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)第三次構(gòu)建模型，進(jìn)一步突出模型建構(gòu)方法：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、推理想像→提出假說(shuō)→進(jìn)一步驗(yàn)證完善→不斷發(fā)展，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點(diǎn)出發(fā)分析問(wèn)題。

（四）智慧升華，形成共識(shí)

教師播放動(dòng)畫(huà)演示細(xì)胞膜流動(dòng)鑲嵌模型，并布置自學(xué)任務(wù)：繪制細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，要求：（1）準(zhǔn)確繪制出細(xì)胞膜的基本支架、蛋白質(zhì)的三種位置。（2）準(zhǔn)確標(biāo)注出各部分的結(jié)構(gòu)名稱。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示和學(xué)生自己繪制示意圖，強(qiáng)化生物膜“流動(dòng)鑲嵌模型”的基本內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)。

（五）課堂小結(jié)

師生共同回顧對(duì)生物膜的探索歷程。教師提問(wèn)：從生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程中，你受到哪些啟發(fā)？生物膜的流動(dòng)鑲嵌模否已完美無(wú)缺呢？學(xué)生暢所欲言表達(dá)自己的看法。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)探索歷程的回顧，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神和科學(xué)品質(zhì)滲透。

四、板書(shū)設(shè)計(jì)

五、教學(xué)反思

本節(jié)內(nèi)容教學(xué)過(guò)程在設(shè)計(jì)時(shí)，本著以學(xué)生在學(xué)習(xí)與發(fā)展中的主體地位為核心的思想，根據(jù)學(xué)生已有的生物膜的基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)設(shè)置問(wèn)題，提供資料，讓學(xué)生作出假設(shè)并建構(gòu)模型，再以提供科學(xué)家的有關(guān)實(shí)驗(yàn)加以證明，有效地幫助學(xué)生梳理并體驗(yàn)建構(gòu)模型的方法。