利用科學(xué)史開展“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

在教學(xué)過程中，能否調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性是一節(jié)課成敗的關(guān)鍵。在教學(xué)活動(dòng)中，要使學(xué)生能夠在“教”的指引下，自主地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，完成教學(xué)目標(biāo)。筆者在“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”一節(jié)進(jìn)行了嘗試。引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣進(jìn)行問題探究，使整個(gè)教學(xué)過程充滿探索的樂趣，取得了一定的成效。

一、教學(xué)情景

1．導(dǎo)入

細(xì)胞結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)有著漫長(zhǎng)的歷程，直到德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺提出了“細(xì)胞學(xué)說”，人們才公認(rèn)為細(xì)胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位。生物體由許多細(xì)胞構(gòu)成，那細(xì)胞的邊界是什么？（細(xì)胞膜）（屏幕展示細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型）請(qǐng)問，該模型是怎樣建立和完善的？

2．探究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)

屏幕展示光學(xué)顯微鏡下植物的表皮細(xì)胞、人血液中的紅細(xì)胞等結(jié)構(gòu)圖。

講述：請(qǐng)同學(xué)們瞪大眼睛仔細(xì)看，能不能看清細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？（看不清）因?yàn)榧?xì)胞膜很薄，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜厚度只有約8　nm。

細(xì)胞非常的小，細(xì)胞膜如此的薄，許多科學(xué)家在前后100多年的時(shí)間里進(jìn)行無數(shù)次大膽的推測(cè)、想象和實(shí)驗(yàn)，反復(fù)探究，最終弄清了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。科學(xué)研究離不開大膽的推測(cè)和想象，現(xiàn)在就請(qǐng)大家打開思維的大門，展開想象的翅膀，一起來探索細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。

（1）探究細(xì)胞膜的化學(xué)成分

資料1：1895年，歐文頓用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)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性不一樣：脂容性的物質(zhì)比非脂容性的物質(zhì)更易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。

講述：從中可得知細(xì)胞膜含有什么成分？

資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將細(xì)胞膜從細(xì)胞中分離出來，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜會(huì)被脂質(zhì)溶劑溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。

講述：從中可得知細(xì)胞膜的成分是什么？（含脂質(zhì)和蛋白質(zhì)）據(jù)科學(xué)進(jìn)一步提純、分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)。此外，還有少量糖類。

總結(jié)：細(xì)胞膜的化學(xué)成分為磷脂、蛋白質(zhì)、糖類。

講述：那么，構(gòu)成細(xì)胞膜的磷脂分子、蛋白質(zhì)分子和糖類又是怎樣進(jìn)一步組合形成完整的細(xì)胞膜的呢？科學(xué)家對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的探索。

（2）探索細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)

資料3：1925年荷蘭科學(xué)家高特和格倫德把紅細(xì)胞的磷脂抽提出來，在水面排成單分子層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷脂分子排成單層后的面積恰恰等于紅細(xì)胞表面積的兩倍。

講述：為什么會(huì)出現(xiàn)上述情況？

總結(jié)：細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層組成的。

講述：我們知道，細(xì)胞膜的主要成分是磷脂分子和蛋白質(zhì)分子，那么，蛋白質(zhì)分子分布在細(xì)胞膜的什么位置呢？

資料4：20世紀(jì)40年代，曾經(jīng)有學(xué)者推測(cè)磷脂雙分子層兩邊各覆蓋著蛋白質(zhì)。直到1959年，羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜清晰的“暗—亮—暗”的3層結(jié)構(gòu)。

閱讀并討論：你認(rèn)為暗的是什么？亮的又是什么？

總結(jié)：羅伯特森結(jié)合其他科學(xué)家的研究成果，最后認(rèn)為暗的是蛋白質(zhì)，亮的是磷脂分子，并且由此構(gòu)建了“蛋白質(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)”3層結(jié)構(gòu)模型。

講述：當(dāng)時(shí)羅伯特森提出的3層結(jié)構(gòu)模型有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）蛋白質(zhì)分子都覆蓋在磷脂雙分子層的兩側(cè)。（2）構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子和磷脂分子都是靜止不動(dòng)的。隨著科學(xué)的發(fā)展，3層結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)逐漸受到人們的質(zhì)疑。那么蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層是如何排布的呢？

資料5：隨著近代科學(xué)技術(shù)手段不斷應(yīng)用于生物膜的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)不是全部平鋪在磷脂的表面，而是蛋白質(zhì)或鑲嵌，或貫穿，或覆蓋于磷脂分子中。而糖類連接在蛋白質(zhì)的表面。

（3）探究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

資料6：1970年費(fèi)雷和埃迪登用紅色熒光染料對(duì)小鼠細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)志，用綠色熒光染料對(duì)人細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)志，然后，讓這兩種細(xì)胞融合，發(fā)現(xiàn)一半呈紅色一半呈綠色，經(jīng)過40分鐘培養(yǎng)后，紅色熒光點(diǎn)和綠色熒光點(diǎn)均勻分布。

閱讀并討論：這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明什么？為什么？

總結(jié)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性。

（4）簡(jiǎn)介細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型

資料7：1972年，桑格和尼克森提出了細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。

強(qiáng)調(diào)總結(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動(dòng)性。

二、體會(huì)與反思

教學(xué)中巧妙地將科學(xué)家探索細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)歷程的科學(xué)史進(jìn)行組織、分析，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的探索歷程進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。更好地體現(xiàn)了《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的“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)”的新理念。上述案例表現(xiàn)了多方面的優(yōu)點(diǎn)。

1．創(chuàng)設(shè)了情境問題，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望

學(xué)生都具有好奇、愛探索、易感染的心理特點(diǎn)。如果僅用知識(shí)介紹的傳統(tǒng)教學(xué)模式不能適應(yīng)學(xué)生的這一心理特點(diǎn)。教學(xué)中準(zhǔn)確地引進(jìn)細(xì)胞膜的發(fā)現(xiàn)過程的史實(shí)資料，巧妙地設(shè)計(jì)探究性問題，很容易吸引學(xué)生的注意力和激發(fā)學(xué)習(xí)欲望。如，當(dāng)資料6中人、鼠細(xì)胞雜交時(shí)，就是班上幾位平時(shí)不愛聽講的學(xué)生學(xué)習(xí)熱情也明顯提高，并與我們一起思考、回答問題。

2．實(shí)現(xiàn)了師生角色轉(zhuǎn)變，學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革

教材上關(guān)于細(xì)胞膜的知識(shí)都是簡(jiǎn)單的結(jié)論性介紹，學(xué)生一般都是被動(dòng)地接受。但通過科學(xué)史有關(guān)資料和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的分析，例如，采用“提出問題—分析經(jīng)典實(shí)驗(yàn)或材料—師生討論—得出結(jié)論”進(jìn)行探究式教學(xué)，較好地避免了學(xué)生死記硬背和被動(dòng)接受知識(shí)，使學(xué)生順利完成由知識(shí)接受者到知識(shí)探索者的角色轉(zhuǎn)換。同時(shí)也幫助了學(xué)生合作探究，增加了師生、生生互動(dòng)的機(jī)會(huì)，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

因此，引用科學(xué)史不失為一條探究性教學(xué)的好途徑。在人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《生物》教材中有很多章節(jié)都可以推廣這種探究教學(xué)，如酶的發(fā)現(xiàn)、光合作用發(fā)現(xiàn)、生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)等。

當(dāng)然，采用科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)也會(huì)存在一些問題：（1）如何處理好學(xué)生思考與時(shí)間的關(guān)系？在上述案例中，我怕來不及完成教學(xué)任務(wù)，有些地方?jīng)]有留給學(xué)生思考討論的余地。（2）探究問題的設(shè)計(jì)一定要和科學(xué)史有機(jī)結(jié)合，否則只是對(duì)科學(xué)史的簡(jiǎn)單回憶而已。如何利用好科學(xué)史進(jìn)行探究教學(xué)？這是值得進(jìn)一步探討的問題。

（作者單位　江西省寧都中學(xué)）