合理利用科學史，提高學生的探究能力

曾志新

一、創設情境，導入主題

圖片展示各種各樣的細胞，引導學生回顧細胞的邊界是什么？細胞膜的成分有哪些？細胞膜的功能是什么？接著引入細胞膜的這些功能，它們應該有怎樣的結構才能與之適應呢？一百多年前的科學家對生物膜的功能有著濃厚的興趣，但是由于細胞膜很薄，光學顯微鏡無法觀察研究，那該如何入手呢？

設計意圖：一節課要有一個好的開端，快速、簡潔地引入課題，激發學生學習興趣是關鍵。

二、從生理功能入手的科學探究

資料1：1895年，E.Overton選用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行上萬次的研究，發現凡是可溶于脂質的物質，比不溶于脂質的物質更容易穿過細胞膜。

根據學過的知識，分析上述材料可以得到什么結論？歐文頓的假說是通過對實驗現象的推理分析，還是將膜的成分提出來鑒定的呢？在提出假說后還有必要對膜的成分進行分離、提純和鑒定嗎？歐文頓的上萬次實驗給了你什么啟示？

設計意圖：問題串引領學生小組討論探究、激發思維的火花。在討論中鍛煉了學生的科學思維品質，還讓學生理解了科學探究中假說的重要性，也引導學生知道假設還必須有實驗的支撐，同時科學家的上萬次實驗也培育了學生的科學品質。

三、動一動，模擬制作磷脂分子的結構

資料圖片展示磷脂分子的材料，讓學生理解磷脂分子的“親水性”和“疏水性”。

活動一：把班級分成8個小組，根據磷脂分子的特點，小組利用磁鐵作為磷脂分子頭部、卡紙作為磷脂分子尾部制作了16個磷脂分子模型。（見圖1）

四、體會并構建雙層磷脂分子結構

資料2：1925年兩位荷蘭科學家用丙酮從人的紅細胞中提出脂質，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。

假如你是當時的科學家，針對這一現象你能提出什么假說？（生物膜的磷脂分子應該是兩層的）

活動三：細胞膜的兩側都有水存在，小組利用模型討論并構建磷脂分子在細胞膜中可能的排布方式并說明理由。

設計意圖：本來學生對磷脂分子一無所知，在教師的講解和模型的引導下，學生的探究情緒高漲，小組分工合作動手構建單層、兩層磷脂分子。最后學生擺出集中雙層磷脂分子模型，并由小組代表說明模型的結構特點，其他小組傾聽、提問、質疑，最后師生討論得出在水中磷脂雙分子層的結構就水到渠成了。（見圖3）

拼一拼，單位膜模型的提出。

資料3：20世紀初，科學家第一次將膜從哺乳動物的紅細胞分離出來，通過化學分析表明，膜的成分除了脂質還有蛋白質。

資料4：1959年，羅伯特森在電子顯微鏡下觀察到了細胞膜顯示的暗—亮—暗的三層結構，提出生物膜是由蛋白質—脂質—蛋白質三層構成的。

我們已經知道了磷脂分子的排列方式，那么羅伯特森的實驗，你認為蛋白質位于脂雙層的什么位置呢？（學生聯想到“三明治”的模型）

活動四：教師引導學生利用卡紙畫出幾個不同大小的橢圓形蛋白質模型，并剪下備用。根據羅伯特森的假說，小組構建“三明治”靜態結構模型。教師請不同小組派代表展示模型并說明本組模型的特點和意義。（見圖4）

你贊同羅伯特森的模型嗎？蛋白質除了覆蓋在磷脂分子的表面外，還有沒有其他的方式？

資料5：科學家發現膜蛋白不是全部平鋪在脂質表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中的。

活動五：根據上述資料，修正小組的“三明治”靜態結構模型，蛋白質的位置可以有哪些呢？（見圖5）

設計意圖：單位膜模型的提出是生物膜模型的基石，通過引導學生閱讀資料以及活動三學生構建的“三明治”模型可以看出，學生的想法和當時科學家的想法不謀而合！教師應充分肯定學生的想象能力和總結能力，學生學習的成功感也在做一做的合作過程中進一步加強。接著科學家的新發現導致對羅伯特森的模型進行了補充和完善，引導學生體會科學家要具備敢于挑戰權威，不斷創新發展的品質。

五、體驗新技術帶來的成功

細胞膜是否像小白板中的模型是靜止不動的呢？教師播放變形蟲吞噬草履蟲、白細胞吞噬病菌的動畫，引導學生直觀地感知靜態模型無法解釋這些現象，生物膜的結構應該是一個動態的彈性結構。假說還需要實驗證據來支撐，有什么證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢？

資料6：動畫展示1970年科學家利用熒光標記法進行小鼠細胞和人細胞融合實驗。

通過這一科學實驗，你能得出什么結論？學生在這一過程中自然而然能夠得出生物膜是具有流動性的這個結論。

六、完善小組流動鑲嵌模型作品

通過對比桑格和尼克森的流動鑲嵌模型，學生很容易發現，自己構建的模型和流動鑲嵌模型有一個區別：缺乏糖蛋白的結構。引導學生利用卡紙剪出多糖的結構并放在相應的蛋白質的位置上。一幅完整的生物膜模型終于大功告成。各小組紛紛派代表展示作品，成功的喜悅感油然而生，同時也為下一步順理成章理解生物膜的流動鑲嵌模型打下堅實的基礎。及時表揚他們是當代的桑格和尼克森。（見圖6）

設計意圖：本環節是探究活動的結束，通過小組展示流動鑲嵌模型，充分肯定他們的探究成果。學生在探究過程中也對科學探究的方法和思維有了深刻的體驗，課堂氛圍達到了高潮。

小結流動鑲嵌模型的基本內容。

【教學反思】

本節課是在我校開展的“小組合作 先學后導”的教學改革背景下，我代表高一生物備課組開設的一節生物課，我認為主要有以下幾個亮點：

（1）以問題為導向引導學生自主學習、合作學習。教師在整個過程中改變角色，只是充當了組織者和引導者的角色，把課堂充分地還給學生思考探究。實踐證明，這樣的教學效果比起單一講授，學生的探究能力有了明顯的提高。

（2）做中學的教學理念。以生物膜的探索歷程為線索，通過小組合作、學生設計模型進行逐步推理、探索、認識生物膜的模型，使原本枯燥無味的探索史變得生動，最后學生制作的生物模型基本與科學家一致，成功的喜悅驅動他們更主動地學習探究。

（3）充分利用科學史的情感教育。本節課不僅要學生掌握科學探究的一般方法，更重要的是通過學習科學家的探索歷程，讓學生體驗到人類對生物膜的探索是一個不斷深化、完善、永不止境的過程，要學習科學家敢于質疑、不怕失敗、鍥而不舍的精神。

（作者單位 廣東二師附中生物課組）