例談在高中生物教學中滲透生物科學史的學習

【摘要】詳細講解生物膜的流動鑲嵌模型，引導學生初步認識“實驗觀察——提出假說——設計實驗——驗證假說——建立模型”的科學研究方法，培養學生養成良好的科學精神。

【關鍵詞】高中新課程生物科學史科研方法科學精神

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06B-0095-02

注重生物科學史的學習，是普通高中新課程改革背景下《普通高中生物課程標準》中明確提出的要求。新課標中是這樣描述的：“科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神，這對提高學生的科學素養是很有意義的。”按照新課標的要求，在高中生物新教材中也相應增加了關于生物科學史方面的內容。例如，關于生物膜的結構這一教學內容，舊教材的教學安排是，生物膜的結構和功能兩個內容合在一起作為一個課時的教學內容，教材中只是描述了膜的組成成分和結構特點，并沒有關于膜結構探究的科學史方面的內容。而新教材則把關于生物膜結構的內容作為獨立的一節內容，即生物必修第四章第二節“生物膜的流動鑲嵌模型”，教學內容上增加了生物膜結構的探索歷程的科學史，課時安排為1課時。這一變化體現了新課程改革的理念和要求。下面就以本人如何開展“生物膜的流動鑲嵌模型”的教學為例，談談自己的一些做法和體會。

一、課前準備

充分利用教材中提供的科學史材料，制作多媒體教學課件輔助教學，設計學生的探究活動內容。

二、教學過程

（一）問題探討，情景導入。

師：上節課我們通過紅細胞、洋蔥表皮細胞等“物質進出細胞方式”的實例，探討了細胞膜的“選擇透過性”。根據結構與功能相適應的觀點分析，有塑料袋、普通布、彈力布三種材料，用哪種材料做細胞膜，更適于體現細胞膜的功能？為什么？

生：討論、發言。

師：同學們選擇材料時都考慮了材質，的確，細胞膜的功能是與其結構有密切的關系，這節課就讓我們共同來學習有關生物膜結構方面的知識。

（二）合作探究、精講點撥。

師：科學家對膜結構的探究歷程是充滿了科學智慧的過程，下面讓我們一起來學習和感受這一歷程。

1．探究膜的成分。

師：通過多媒體輔助展示1895年歐文頓的實驗過程的動畫。提問學生：從歐文頓的實驗現象，我們能夠得出什么樣的推論？

生：細胞膜是由脂質組成的。

師：生物膜除了脂質外還有其他成分嗎？再展示20世紀初科學家的有關實驗資料并提問學生，由這個資料我們又能得出什么樣的推論？

生：生物膜的成分中有蛋白質。

師：以上通過實驗得到的推論和假說隨著科技的進步，得到了證實，生物膜主要由磷脂分子和蛋白質分子組成。（教師對學生滲透科學研究方法的教育，由此可見在生物學研究上假說和推論的提出需要以實驗和觀察為依據，需要嚴謹的推理和大膽的想象，還需要通過實驗和觀察進一步的驗證和完善。）

2．探究分子排列（膜的結構）。

師：我們先來了解磷脂分子的結構（結合圖片進行講解），根據磷脂分子的結構特點我們來完成第一個問題。

活動一：繪制磷脂分子在空氣——水界面上分布圖。

生：討論，繪圖。

（參考模式圖）

師：通過實物投影展示一些學生的作品，并請學生進行講解。

師：肯定學生，從同學們所畫的圖說明了大家能夠很好地理解了磷脂分子的結構特點。

師：我們再來完成第二個問題。

活動二：繪制磷脂分子在水中的分布圖。

生：討論，繪圖。（教師巡堂指導）

（參考模式圖）

師：展示學生作品，并讓學生講解。

師：大家都想到了在水中磷脂分子的結構特點與其所處的環境相適應。

師：下面我們來完成難度較大的第三個問題。

活動三：繪制磷脂分子在細胞膜上的排列方式圖。

生：討論，繪圖。（由于問題的難度逐漸增大，適當給學生更多一些的思考和討論時間，讓學生進行充分的思想交流和碰撞。）

師：展示學生作品（注意選取不同結果的有代表性的學生作品進行展示），讓學生講解。聽完學生的講解之后，教師先不急著下結論，而是由下面的學生來判斷正誤。

（參考模式圖）

師：為什么大家認為以上兩種畫法是正確的？

生：是1925年兩位荷蘭科學家的實驗給了我們提示。（由學生來描述實驗的過程和結論）

活動四：構建生物膜流動鑲嵌模型。

師：蛋白質也是組成膜的重要成分，蛋白質分子在膜上又是如何排列的呢？展示1959年羅伯特森在電鏡下看到的細胞膜的圖片及其提出的假說“三明治”模型。

師：羅伯特森的推論是否科學呢？我們來看兩則相關材料：（1）隨著科技的進步，人們發現蛋白質并不是全部平鋪在磷脂表面的，有的是鑲嵌在脂雙層中；（2）1970年科學家進行的人—鼠細胞融合實驗。

師：根據這兩則材料，請同學們繪制蛋白質分子在膜上的排列分布圖，并用一句話描述生物膜的結構特點。

生：討論、繪圖。（經過前邊的層層遞進式的設問和訓練，學生已經能夠水到渠成地畫出了生物膜的結構模型。）

（參考模式圖）

師：展示學生作品，進行點評，給予學生肯定。同學們所畫出來的模型正是1972年桑格和尼克森兩位科學家提出的生物膜的流動鑲嵌模型。引導學生歸納出生物膜流動鑲嵌模型的特點。

師：通過這節課內容的學習，還使我們認識和了解了科學家進行科學探究的一些方法、步驟，那位同學來歸納這些方法、步驟？（引導學生歸納出科學探究的方法：實驗觀察——提出假說——設計實驗——驗證假說——建立模型）

（三）練習鞏固。

通過完成教師設計的課題練習，鞏固教學內容。

二、課后反思

按照上述教學設計完成本節內容的教學之后，有很多的體會和感想，最重要的有以下幾點：

1．生物科學史為生物教師提供了豐富的教學素材，為活躍課堂教學氣氛提供了很大的幫助。

新教材中有豐富的生物科學史，筆者在本節課的教學中充分利用這些素材，設計層次分明的教學環節，組織學生按照教師的思路進行逐步探究。教學過程生動、活躍，學生容易融入，這種效果是舊教材很難達到的。

2．學生通過實踐和探究，激發了學習興趣，培養了求實、創新的科學精神和態度。

在這節課中，學生也獲得了很多的收獲。通過繪圖使學生的生物繪圖技能得到訓練和提高；通過討論交流使學生學會鑒別、選擇、運用和分享信息；通過問題的層層設置鍛煉了學生的科學探究能力；學生通過自己繪圖總結和歸納出流動鑲嵌模型的結構特點，使他們對生物學的概念、規律和模型的基礎知識掌握得更加牢固。更為重要的是，通過生物科學史的學習激發了學生的學習興趣，培養了學生求實、創新及用于實踐的科學精神和科學態度，使學生進一步認識生物科學和技術的性質。可見利用科學史的材料進行探究，能夠更好地實現新課程提出的知識、能力、情感態度和價值觀的三維課程目標。

3．教師作為師者，更應重視生物科學史的學習。

由于是第一次接觸和使用新教材，面對學生提出的一些問題和質疑準備得不夠充分，筆者課后查找解決學生提出的這些問題時發現，這些問題實際上也與這部分的生物科學史有關，只是教材中沒有列出這部分內容而已。這也提醒我們廣大生物教師，不僅要重視教材中的生物科學史，也要重視和關注其他有關的生物科學史實，要以嚴謹的科學態度面對教學工作。

總之，這個課例的教學使筆者認識到，利用生物學史的材料進行探究是新課改生物學教學中常用的一種方法。教師應根據課標中的相關內容的要求，對科學史的材料進行適當的選擇和組織，設計好教案。在教學中，教師要著重引導學生深入思考科學家的工作過程，領悟科學家是如何發現問題、尋找證據、合理推理的，體驗科學家不斷深化對問題的認識過程和科學探索的精神。這不僅有助于學生理解生物學的基本事實、概念和原理，而且有助于培養學生提出問題、運用科學方法解決問題的能力。從而實現課程標準提出的知識、情感態度和價值觀、能力的三維目標。