汪帆姚寶駿＊（江西師范大學(xué)教師教育研究中心江西南昌 330022）

基于5E教學(xué)模式下“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)的教學(xué)過程設(shè)計

汪帆姚寶駿＊（江西師范大學(xué)教師教育研究中心江西南昌 330022）

利用5E教學(xué)模式對人教版生物必修一第四章第二節(jié)“細胞膜的流動鑲嵌模型”進行教學(xué)設(shè)計，用“引入”“探究”“解釋”“精致”“評價”五個環(huán)節(jié)可以很好地突破傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的局限，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)的知識體系，體會結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點。

傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計 5E教學(xué)模式 生物膜的流動鑲嵌模型 自主建構(gòu)

文件編號：1003－7586（2017）01－0041－04

1 引言

自1987年起，我國高中生物課程歷經(jīng)多次改革，取得了顯著的成效。為適應(yīng)時代發(fā)展的需求，《普通高中生物課程標準（實驗）》，提出“提高生物科學(xué)素養(yǎng)”“面向全體學(xué)生”“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”“注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系”的課程基本理念，更強調(diào)學(xué)習(xí)是一個主動建構(gòu)知識、發(fā)展能力、形成正確、情感、態(tài)度與價值觀的過程。而傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計存在諸多問題，不能很好地貫徹新的課程理念。因此，要改變過去機械傳授式的教學(xué)方法，讓課堂成為主動、探究、自主建構(gòu)知識的場所。5E教學(xué)模式將教學(xué)過程分為引入（Engagemen）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）及評價（Evaluation）5個階段。下面以“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)為例進行教學(xué)過程設(shè)計，探討應(yīng)用5E教學(xué)模式進行教學(xué)設(shè)計，以改善傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的局限性，從而幫助學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)的知識，促進教學(xué)任務(wù)的完成。

2 傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計存在的問題

傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計的局限性主要表現(xiàn)在線性傾向、決定論傾向、封閉性和消極的反饋機制等幾個方面。

（1）線性指傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計具有線性系統(tǒng)的特征，即線性因果關(guān)系假設(shè)和整體是其各部分之和。這種線性、無維度的特征造成了設(shè)計過程中的機械性，并阻礙著設(shè)計流程的開放性，無法應(yīng)對環(huán)境的突變。對于系統(tǒng)外部環(huán)境的變化，如社會文化環(huán)境的影響等，這種自我封閉式的學(xué)習(xí)環(huán)境顯然難以應(yīng)對。

（2）傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計理論具有明顯的決定論傾向，因而帶有可預(yù)見性的特征。在教學(xué)設(shè)計過程中，教師可以預(yù)知每一步驟或操作之后的情況，因而可以預(yù)期目標的達成。設(shè)計者通過界定和描述學(xué)生的行為目標可以反映這些變化，并堅信通過實施為教學(xué)所開列的“處方”，就一定能夠達到既定的目標。

（3）傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計理論把教學(xué)設(shè)計過程視為一種封閉的系統(tǒng)，其主要隱喻就是將人類視為自我調(diào)節(jié)、自行加工的機器，而不是去探究教學(xué)系統(tǒng)與其環(huán)境中其他所有系統(tǒng)間的交往互動關(guān)系，僅尋求自身的系統(tǒng)性和完整性，而嚴重地脫離應(yīng)用的情境。

（4）系統(tǒng)通過自我調(diào)節(jié)和控制能力，來抵消和修正與系統(tǒng)的預(yù)定目標不一致的外力以及錯誤，從而去除或修正錯誤，引導(dǎo)著教學(xué)設(shè)計過程趨于穩(wěn)定和平衡。顯然,這種反饋機制是在一種封閉的系統(tǒng)中運作的，是一種被動的反饋，無法解釋瞬時的事件、突然的變化或系統(tǒng)與其環(huán)境的相互聯(lián)系、相互依賴。

3 5E教學(xué)設(shè)計理念

5E教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究所（BSCS）開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的教學(xué)模式。這種教育模式將教學(xué)過程分為引入、探究、解釋、遷移及評價5個階段。其相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式有以下突出特點（表1）。

4 設(shè)計案例

“生物膜的流動鑲嵌模型”是人教版生物《必修1·分子與細胞》第四章第二節(jié)的內(nèi)容。教師運用5E教學(xué)模式對這節(jié)進行教學(xué)設(shè)計，可以很好地達到教學(xué)目標。教學(xué)過程如下。

4.1 引入環(huán)節(jié)

教師組織學(xué)生觀察生物實踐課制作的真核細胞三維結(jié)構(gòu)模型，并提出問題：（1）塑料袋、普通布和彈力布3種材料中，哪種材料更適合做細胞膜呢？（2）你覺得什么材料更適合做細胞膜呢？

學(xué)生互相觀察模型，討論教師提出的問題，試著給出創(chuàng)新性的答案。

表15 E教學(xué)模式的特點

教學(xué)意圖：從制作的模型中找出問題，從互相討論中得到啟發(fā)，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.2 探究環(huán)節(jié)

教師給出資料1:歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細胞的通透性進行實驗，發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞。同時，提出問題：（1）歐文頓的實驗說明了什么？（2）細胞膜上的脂質(zhì)具體是什么？（3）除了有脂質(zhì)還有什么物質(zhì)呢？

教師給出資料2:科學(xué)家第一次將膜從脯乳動物的紅細胞中分離出來?；瘜W(xué)分析膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，最豐富的是磷脂。教師給出磷脂的結(jié)構(gòu)圖。磷脂是由甘油，脂肪酸和磷酸等所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。并提出問題：（1）磷脂分子在空氣-水界面上是怎么排布的？畫出你認為可能的排布圖。（2）想象一下如果攪拌后，磷脂的排布會發(fā)生什么變化？

教師給出資料3：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面鋪展成單分子層，測得單分子層的面積為紅細胞表面積的2倍。剛才畫出的磷脂排布圖中，哪幅圖更合理些？

教師提出問題：除了脂質(zhì)外，蛋白質(zhì)也是細胞膜的成分。那么蛋白質(zhì)位于細胞膜的什么位置？并展示資料4，提出問題：羅伯特森在電鏡下觀察細胞膜是暗—亮—暗的“三明治”的結(jié)構(gòu)，得出蛋白質(zhì)全部平鋪于脂質(zhì)表面的靜態(tài)的生物膜結(jié)構(gòu)模型。如果細胞膜是靜態(tài)的，細胞的生長、變形蟲的運動能不能實現(xiàn)？

教師給出事實：其實羅伯特森在電鏡下看得到暗區(qū)都是磷脂的頭部，亮區(qū)是磷脂的尾部。隨著技術(shù)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。

教師給出人鼠細胞融合實驗的資料，提出問題：兩種熒光均勻分布說明了什么？

學(xué)生認真看教師給出的材料，思考由相似相溶原理可得細胞膜成分主要是脂質(zhì)，跟著教師的問題串進一步思考。

學(xué)生學(xué)習(xí)磷脂分子的結(jié)構(gòu)，根據(jù)親水“頭”部和疏水“尾”部的特點畫出其在水-空氣界面可能的排布方式如圖1所示。

圖1 磷脂分子在水—空氣界面的排布方式

學(xué)生思考問題，想象攪拌后，磷脂尾部可能互相融合,畫出圖2。

圖2 攪拌后，磷脂分子的排列示意

學(xué)生思考教師給出的材料，得出磷脂分子兩兩結(jié)合，尾部相連的雙分子排布圖才是合理的。

學(xué)生思考教師給出的資料和結(jié)論，根據(jù)已有的知識提出異議和合理的猜測，明確“三明治”結(jié)構(gòu)的實質(zhì)，并得出細胞膜要有流動性。

教學(xué)意圖：讓學(xué)生自己思考問題，得出結(jié)論，為經(jīng)一步探索做鋪墊；給學(xué)生建構(gòu)自主探究的情境，探究磷脂排布的可能結(jié)構(gòu)；讓學(xué)生自己判斷磷脂排版方式的合理結(jié)構(gòu)，自己得出結(jié)論；讓學(xué)生通過給出的材料和已有知識對蛋白質(zhì)在細胞膜上的排列方式給出合理的假說。并且在探究中，通過資料分析，轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯誤觀念。

4.3 解釋環(huán)節(jié)

學(xué)生先用自己的語言解釋探究結(jié)果，形成初步解釋后。教師給出被大多數(shù)人接受的生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型即桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型的內(nèi)容。

學(xué)生參照流動鑲嵌模型的內(nèi)容，轉(zhuǎn)變自主探究過程中的錯誤概念，理解生物膜流動鑲嵌模型的內(nèi)涵。

教學(xué)意圖：通過對流動鑲嵌模型內(nèi)容的學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變學(xué)生錯誤的前科學(xué)概念。

4.4 遷移環(huán)節(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)生物膜結(jié)構(gòu)特點。通過，給出細胞膜運動的實例，進行信息交流的實例、蛋白質(zhì)運輸物質(zhì)的實例，提出問題：（1）運用生物膜流動鑲嵌模型的內(nèi)容解釋這些功能。（2）蛋白質(zhì)是有很多是極性的，那么全部嵌在生物膜非極性的磷脂尾部的蛋白質(zhì)，是否穩(wěn)定呢？猜想在其行使什么功能時這樣的排布會暫時存在？

學(xué)生思考并回答教師問題：（1）運用流動鑲嵌模型的內(nèi)容解釋其相應(yīng)的功能。（2）根據(jù)相似相溶原理，全部嵌入雙分子層的極性蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。猜想是運輸物質(zhì)時會全部嵌入雙分子層中。

教學(xué)意圖：通過對實例的解釋，進一步理解生物膜流動鑲嵌模型，體會結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點。

4.5 評價環(huán)節(jié)

教師組織學(xué)生互相闡述生物膜結(jié)構(gòu)模型的探索歷程。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的觀點，學(xué)生闡述并修改后的生物膜結(jié)構(gòu)模型的材料及構(gòu)造。教師給出自評表，并提出問題：生物膜的流動鑲嵌模型真的是完善的嗎？同時出示2003年的諾貝爾化學(xué)獎授予了研究細胞膜通道蛋白的科學(xué)家的資料。

學(xué)生闡述生物膜結(jié)構(gòu)模型的探究歷程以及細胞膜模型材料的選擇，完成自評表。

教學(xué)意圖：通過互相討論、自主評價對生物膜流動鑲嵌模型知識的掌握和應(yīng)用，使學(xué)生并體會科學(xué)探究是無止境的。

5 案例解讀

5E教學(xué)模式可以很好的突破傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的局限性。

（1）其與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計理論的線性特征相對應(yīng),非線性的教學(xué)設(shè)計則表現(xiàn)為對初始條件的敏感性和整體主義的基本設(shè)計思路?！耙搿辈糠?，該教學(xué)設(shè)計以展示實踐課制作的真核細胞三維結(jié)構(gòu)模型開始，教師提出最適于做細胞膜材料的問題，學(xué)生的己有知識與教師創(chuàng)設(shè)的情境之間產(chǎn)生了認知沖突。這一敏感的認知沖突是實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點，會激發(fā)學(xué)生進一步探究的欲望。5E教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系的，不是孤立的。這種非線性教學(xué)設(shè)計的整體性的設(shè)計結(jié)構(gòu)，具有更強的靈活性，不僅能夠適應(yīng)系統(tǒng)外部的情境變化，而且也能夠順應(yīng)系統(tǒng)本身的動態(tài)發(fā)展。

（2）5E教學(xué)模式通過與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計理論的決定論傾向相對應(yīng)，“探究”過程的層層深入和“解釋”部分對知識的明確，“遷移”部分對知識的拓展，以及“評價”部分對知識掌握的全方位評價，把復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程及出現(xiàn)的不可預(yù)見的各種錯誤觀念通通轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄍ茖W(xué)的知識體系的過程。

（3）與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的封閉性相對應(yīng)，5E教學(xué)模式是開放的系統(tǒng)。教學(xué)設(shè)計過程的5個步驟表現(xiàn)出相互依賴性。它們之間不是孤立的、相互排斥的，而是相互聯(lián)系、相互作用的動態(tài)的的活動。這種彈性的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計模型能夠適應(yīng)學(xué)習(xí)過程中的非預(yù)期的或未預(yù)知的偶然性，也就是說，能夠充分考慮其應(yīng)用情境中各方因素的影響。

（4）與傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計的消極的反饋機制相對應(yīng)，其反饋機制是積極的。在5E教學(xué)模式開放的系統(tǒng)中，通過層層深入的探究活動，逐漸暴露學(xué)生的錯誤概念，而不是機械的抑制錯誤觀念的表露，這為之后的概念轉(zhuǎn)變和概念界定創(chuàng)造條件，也是后續(xù)學(xué)習(xí)的動力。

6 總結(jié)

傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計理論具有自身的局限性，無法適用于設(shè)計那些以深層次的概念改變、探究、發(fā)現(xiàn)等高級學(xué)習(xí)為目標的教學(xué)系統(tǒng)。5E教學(xué)模式從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣開始，經(jīng)過一系列問題串層層深入，幫助學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)的知識，符合課標提出的理念，也符合學(xué)生的認知規(guī)律。因此，應(yīng)用5E教學(xué)模式對“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)進行教學(xué)過程設(shè)計，更有利于教學(xué)任務(wù)的完成。

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＊為通訊作者