汪興澤（泰興市教師發(fā)展中心 江蘇泰興 225400）

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展來的，在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題時(shí)所表現(xiàn)的價(jià)值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)［1］。在“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計(jì)中基于情境創(chuàng)設(shè)策略，通過做實(shí)驗(yàn)、觀看視頻等真實(shí)情境，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教學(xué)分析

本節(jié)課為人教版高中《生物》必修1 第4 章第2 節(jié)的內(nèi)容，主要介紹科學(xué)家建立生物膜模型的過程。學(xué)生已學(xué)習(xí)了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)及水分的跨膜運(yùn)輸，對(duì)細(xì)胞膜有初步了解，是學(xué)習(xí)此內(nèi)容的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，又為下一節(jié)“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此，本節(jié)課具有承上啟下的重要意義。本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)力圖激發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行歸納與概括、演繹與推理、模型與建模，讓學(xué)生體驗(yàn)對(duì)問題解釋的過程，提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）觀看卵黃膜具彈性的視頻，動(dòng)手做“油水不相容”的實(shí)驗(yàn)，在真實(shí)的情境中培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。

2）對(duì)歐文頓等科學(xué)家設(shè)計(jì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再探究，訓(xùn)練基于事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行歸納與概括、演繹與推理等能力。

3）學(xué)習(xí)生物膜流動(dòng)鑲嵌模型構(gòu)建的科學(xué)史，體驗(yàn)流動(dòng)鑲嵌模型建立的過程和方法。

4）嘗試構(gòu)建生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型，理解該模型的基本內(nèi)容，認(rèn)同科學(xué)的本質(zhì)是科學(xué)探究。

3 教學(xué)方法

我國(guó)古代思想家荀子曾言“聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之?！卑５录印ご鳡柕摹皩W(xué)習(xí)金字塔理論”指出：“我聽過的我會(huì)忘記，我看過的我會(huì)記得，我做過的才會(huì)理解”；杜威指出：真的科學(xué)之所以重要，不在它的結(jié)果，而在它的方法——就是重要在這些積聚的知識(shí)是怎樣來的［2］。布魯納主張學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要像科學(xué)家一樣做科學(xué)。

親身實(shí)踐能激起學(xué)生的感性認(rèn)知，獲得生動(dòng)的表象，促進(jìn)學(xué)生相對(duì)全面而深刻地理解。唯有創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，才能讓學(xué)生感同身受。因此，筆者設(shè)計(jì)讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、觀看視頻，為學(xué)生觀察提供真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的興趣；提供歐文頓等科學(xué)家的研究資料，通過自主合作探究式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生沿著科學(xué)家探究的足跡，思考設(shè)計(jì)好的問題串（難度層層遞進(jìn)），體驗(yàn)對(duì)問題解釋的過程，從而深入理解流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。此外，適當(dāng)結(jié)合講授法、談話法等教學(xué)方法，解答學(xué)生所遇困惑；參照PISA 考試?yán)砟罹x試題，適當(dāng)練習(xí)，鞏固學(xué)生所學(xué)。

4 教學(xué)過程

4.1 導(dǎo)入新課 播放視頻：打碎雞蛋，可見完整的卵黃（圖1-a）；用筷子輕輕戳一戳卵黃，可感知其具有一定的彈性（圖1-b）；稍用力，可見卵黃流出（圖1-c）。未受精的雞蛋，其卵黃可看作一個(gè)巨大的卵細(xì)胞，卵黃膜就是它的細(xì)胞膜。從學(xué)生熟悉的生活經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)入，能迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖1 攪動(dòng)卵黃視頻的截圖

4.2 探究磷脂雙分子層在水溶液中的排列方式 設(shè)計(jì)一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：學(xué)生2 人一組，每組有1 瓶水油混合物，用力搖動(dòng)后靜止片刻。讓學(xué)生觀察“水和油不能相溶”的現(xiàn)象。滴加適量的蘇丹III 染液后再用力搖動(dòng)，靜止片刻?？勺寣W(xué)生親身體驗(yàn)“相似才能相溶”，為理解歐文頓的推測(cè)奠定基礎(chǔ)。

用PPT 展示科學(xué)家對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)探究歷程的相關(guān)資料。通過資料分析，讓學(xué)生沿著科學(xué)家探究的足跡，體驗(yàn)對(duì)問題解釋的過程。首先，歐文頓曾用500 多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行了上萬次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明脂溶性物質(zhì)優(yōu)先通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。據(jù)此，他猜測(cè)細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的。20世紀(jì)初，科學(xué)家第1 次從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出膜，化學(xué)分析表明其主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。

組成細(xì)胞膜的成分是如何構(gòu)建細(xì)胞膜的？ 用PPT展示：初識(shí)生物膜中最普遍存在的卵磷脂。以卵磷脂為代表的磷脂分子具有“兩親性”，頭部一端親水，尾部一端疏水。生活中，人們也會(huì)用到某些具有“兩親性”的物質(zhì)。例如，雙手沾滿了油脂，用自來水無法沖洗干凈，怎么辦？根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)回答“用肥皂、洗手液等”。肥皂、洗手液的有效成分主要是一些“兩親性”物質(zhì)。洗手時(shí)，親脂基團(tuán)結(jié)合油脂，在流水下被親水基團(tuán)帶走，手就洗干凈了。

如果將磷脂置于空氣-水界面，磷脂分子將會(huì)如何排列？ 將其壓入水溶液中時(shí)，又將會(huì)如何排列？ 提出這些問題，激發(fā)學(xué)生想象，啟發(fā)學(xué)生積極思考。2 位荷蘭科學(xué)家戈特（Groter）和格倫德爾（Grendel）用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在水面上鋪展成單分子層（用PPT 展示磷脂在空氣－水界面的排列示意圖），最終測(cè)得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2 倍。于是他們得出：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的2 層。

水溶液中2 層磷脂是如何排列的？ 學(xué)生觀看教師自拍的小視頻：塑料薄膜漂浮在水面上，用玻璃棒從中間壓入水中，在水中輕輕一卷。據(jù)此畫面猜測(cè)水溶液中2 層磷脂的排列方式，并要求學(xué)生在草稿紙上畫出自己所猜測(cè)的。從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理能力。教師提供資料：電子顯微鏡下觀察到的純磷脂在水溶液內(nèi)形成脂質(zhì)體圖片（圖2）。圖片顯示的脂質(zhì)體直徑大小在25 nm～1 mm,封閉的雙層結(jié)構(gòu)中磷脂分子疏水基團(tuán)兩兩相對(duì)在內(nèi)，親水基團(tuán)分別朝向兩側(cè)排列［3-4］。展示具有代表性的學(xué)生所畫示意圖，重視評(píng)價(jià)的診斷作用、鼓勵(lì)作用和促進(jìn)作用。

圖2 純磷脂在水溶液內(nèi)形成脂質(zhì)體的電鏡照片［4］

4.3 流動(dòng)鑲嵌模型的建立過程 了解了細(xì)胞膜上磷脂分子的排列方式，蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜中又是如何分布的？ 提供資料：1959年，羅伯特森在電鏡下觀察到細(xì)胞膜清晰的暗-亮-暗的3 層結(jié)構(gòu)照片。電鏡下觀察到的中間亮層是脂質(zhì)分子，兩側(cè)暗層是蛋白質(zhì)分子。因此，他提出蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)的“三明治”型靜態(tài)生物膜模型（注意：這里的生物膜包括細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜和核膜）。

羅伯特森的觀點(diǎn)是否完美？ 培養(yǎng)學(xué)生基于質(zhì)疑、探究的批判性思維能力。展示人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)示意圖：1970年，科學(xué)家用發(fā)綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，發(fā)紅色熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，通過技術(shù)手段促進(jìn)二者融合。實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。用多媒體展示變形蟲攝取食物的片段，可直接觀察到變形蟲的細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。

可見，“靜態(tài)生物膜模型”并不完美。用多媒體展示：利用電鏡加上冰凍蝕刻技術(shù)觀察到的細(xì)胞膜冰凍蝕刻模式圖。學(xué)生可觀察到細(xì)胞膜內(nèi)、外的蛋白質(zhì)顆粒分布不均勻、不對(duì)稱，也并不是全部鋪在脂質(zhì)表面，而是部分呈鑲嵌分布。在新的實(shí)驗(yàn)和觀察的基礎(chǔ)上，桑格和尼克森提出了為大多數(shù)人所接受的生物膜流動(dòng)鑲嵌模型。其基本內(nèi)容是：磷脂雙分子層構(gòu)成生物膜的基本支架，具有流動(dòng)性。蛋白質(zhì)分子或鑲在磷脂雙分子層的表面，或部分或全部嵌入磷脂雙分子層，或貫穿于整個(gè)磷脂雙分子層。蛋白質(zhì)分子大多數(shù)也是可運(yùn)動(dòng)的。

回顧科學(xué)家建立生物膜模型的過程，促動(dòng)學(xué)生感悟科學(xué)的本質(zhì)。一個(gè)理論從提出到完善，往往需要幾代人、許多科學(xué)家的共同努力；科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了科學(xué)理論的進(jìn)步，科學(xué)理論不是簡(jiǎn)單地否定與肯定，而是基于事實(shí)、證據(jù)，在質(zhì)疑中不斷發(fā)展，在繼承中不斷前進(jìn)。流動(dòng)鑲嵌模型只是一個(gè)與已有證據(jù)較為吻合的理想化模型，人們對(duì)生物膜的認(rèn)知仍在不斷向前發(fā)展。此時(shí)教師簡(jiǎn)單介紹糖被。糖被位于細(xì)胞膜外表，具有保護(hù)、識(shí)別、潤(rùn)滑的作用。

4.4 作業(yè)

1）當(dāng)堂訓(xùn)練，完成教材第69 頁(yè)的基礎(chǔ)題。

2）下圖（圖3）示意由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，它可作為運(yùn)載體，將外源DNA 等導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞。請(qǐng)思考：①脂質(zhì)體能與動(dòng)物細(xì)胞膜融合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？②為什么外源DNA 能被包在雙分子層的水溶液中？ 如果用脂質(zhì)體作為脂溶性藥物的運(yùn)載體，脂溶性藥物將被包在脂質(zhì)體的何處？

圖3 包含外源DNA 的脂質(zhì)體示意圖

3）參照教材第69 頁(yè)的課外制作資料，各小組分工嘗試構(gòu)建“流動(dòng)鑲嵌模型”。讓學(xué)生真正“從做中學(xué)”，培養(yǎng)其合作交流能力。下節(jié)課比一比哪個(gè)小組做得好，通過評(píng)價(jià)促發(fā)展。

5 板書設(shè)計(jì)

以概念圖的形式設(shè)計(jì)板書（圖4），促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化［5］。

圖4 生物膜的組成等相關(guān)概念圖

6 教學(xué)反思

從敲碎雞蛋感知細(xì)胞膜存在的視頻導(dǎo)入新課，用洗手液能洗凈雙手的解釋理解雙親分子，用塑料薄膜壓入水中的存在狀態(tài)猜測(cè)磷脂在水中的排列方式，是關(guān)注學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。設(shè)計(jì)“水油不相溶、相似才相溶”等低成本、低消耗的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，促進(jìn)學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本方法。

維薩里批評(píng)那些只研究蓋倫著作的教授，因?yàn)樗麄兘o學(xué)生講授的內(nèi)容自己并沒有親自觀察過。維薩里甚至告訴自己的學(xué)生，在殺豬店里學(xué)到的東西也比從自以為了不起的教授那里學(xué)到的多［6］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)和探究活動(dòng)所創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練、科學(xué)思維的培養(yǎng)，科學(xué)探究能力的提升等具有不可替代的作用。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)重講授輕實(shí)驗(yàn)、輕探究的現(xiàn)象在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中普遍存在，分析其原因主要有：實(shí)驗(yàn)教學(xué)和探究活動(dòng)準(zhǔn)備耗力、過程耗時(shí)，造成很多要求動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)課被簡(jiǎn)略成說實(shí)驗(yàn)，應(yīng)組織學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)被簡(jiǎn)略成讀、背概念。如何改變不夠重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)和探究活動(dòng)的狀況，切實(shí)提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，仍是任重而道遠(yuǎn)。