基于HPS教學理念的“生物膜的流動鑲嵌模型”的教學設計

傅秋月+邵興海+陳永晶+楊華

【摘 要】基于HPS教學理念，對“生物膜的流動鑲嵌模型”一課進行科學史探究取向的設計，能夠讓學生重溫不同時代背景下科學家探究生物膜的方法，同時使學生懂得科學實驗的漫長和艱辛，激發學生的想象力和創造力，從而形成正確的科學觀念。

【關鍵詞】HPS 科學史探究 生物膜結構 教學設計

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）03B-0094-02

一、設計理念

我國高中生物課程標準提出，要注重生物科學史的學習。學習生物科學史，讓學生理解科學研究方法，掌握科學本質，是發揮自然科學這種潛在教育的重要途徑。在當今提倡科學素質教育的大環境下，我們迫切需要一種有效的方法來促進學生對生物科學史的學習，而HPS教育模式即是一種可靠的選擇。

HPS教育是科學史（history of science）、科學哲學（philosophy of science）和科學教育（science teaching）的縮寫。最早由奧地利科學家馬赫提出，后來由英國學者奧斯本（J.Osborn）和盂克（M.Monk）把它發展成為中小學科學課程的一種新的教學模式，我國于1997年引入。此模式旨在讓學生發現、探究科學現象的本質，培養其科學探究能力和批判精神，進而提高科學素養?；贖PS教學模式，筆者對人教版必修1“生物膜的流動鑲嵌模型”一課進行了設計，滲透科學探究的過程與方法，以期讓學生學習新知的同時感悟科學，感受科學探究的艱辛和樂趣。

二、“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計

（一）演示現象，情境激惑

多媒體播放實驗過程：實驗人員用顯微注射技術把伊紅注入變形蟲體內，結果發現伊紅很快擴散到整個細胞。設疑：觀察變形蟲的變形運動，伊紅物質能夠逸出細胞嗎？這說明了細胞膜的什么功能？細胞膜的這種功能與其結構有關系嗎？

設計目的：觀察變形蟲的變形運動，同學們在興趣盎然中直觀看到細胞膜的流動性。同學們已經初步具備了功能與結構相適應的觀點，所以不難推斷出細胞膜的選擇透過性是與其結構有關系。那么細胞膜是由什么材料組成的？具有什么結構呢？通過問題引入新課，激起學生的求知情感。

（二）討論交流，引出觀念

同學們根據前面學過的知識展開討論，并發表自己的看法。比如同學甲認為細胞膜有脂質這種結構，所以脂溶性的物質能夠通過細胞膜。同學乙認為就像變形蟲的細胞膜可以變動一樣，其他的生物膜也是流動的。

（三）穿越時光，感悟科學

循著科學家探究的腳步，借助多媒體，講解幾個經典實驗。首先，重溫“對生物膜結構的探索歷程”。其次，引導學生以學習小組的形式進行合作學習，歸納和完成以下表格。教學中，要啟發學生思考，從科學家的探究歷程中你有什么感悟？在生物膜模型的建立過程中，什么因素起到了關鍵性作用？你認為他們的實驗的巧妙之處在哪里？

設計目的：生物膜結構的發現史主要包括四個需要探究的科學主題。研究生物膜，首先要知道生物膜是由什么組成的，這是第一個科學主題。知道膜的主要成分是脂質和蛋白質后，就是探究它們是怎么構成生物膜的，這就是第二和第三個主題。知道脂質和蛋白質的排列之后科學家們就得到了“蛋白質—脂質—蛋白質”這個靜止的生物膜模型，但是這個模型很快就遭到了質疑。于是就有第四個科學主題：研究生物膜結構是靜止的還是流動的。每個主題的探索過程都具備了科學探究的主要步驟，即“提出問題一作出假設—實驗驗證—得出結論”。讓學生重溫歷史，一方面讓學生在合作學習過程中學習建立生物膜模型，形成以四個科學結論為主要線索，學習科學探究的基本方法；另一方面，讓學生沿著科學家探索的道路，體驗科學家的思想和精神，感受科學探索的艱辛和樂趣，理解科學技術和社會因素對科學發展的制約，從而滲透HPS的教學理念。

教師講解目前為大多數人接受的“生物膜的流動鑲嵌模型”。學生歸納，總結該模型特點。

設計目的：培養學生歸納分析、總結能力。

教師追問：流動鑲嵌模型是不是完美無缺了呢？學生很容易想到隨著科學的進步，生物膜模型還會不斷被修正。

設計目的：滲透科學的本質觀——人類對自然界的認知是永無止境的。細胞膜的更為精確、細微的結構會隨著技術的進步和人類的探究不斷完善。

（四）加深理解，模型建構

小組之間相互交流，根據已歸納出的生物膜結構特點的理解，教師結合學生特點，實施分組和討論制作生物膜模型的方案，兩周后請其中若干組學生派代表上臺展示自己組建的模型，介紹本組的成員，模型制作的過程中有哪些困難等，同時請其他組認真聆聽，指出該組所建的模型的優點和缺點。

（五）深化感悟，總結提升

教師與學生一起進行反思和總結，并結合發現史讓學生談談個人的體會，幫助學生深刻理解科學探究本質。最后總結人類社會的進步，技術是關鍵性原因，而技術的成功，則需要一代代的科學家經過堅持不懈的探索，一步步地接近科學的本質。每一次小小的成功最終形成了科學發現史上的一大步，這個過程是漫長和艱辛的。希望同學們在生活中要有一雙發現問題的眼睛，大膽提出疑問，敢于探究。

三、教學反思

在本節課中學生沿著科學家探索的道路，領悟了科學研究的方法與科學的本質，其獲取的不只是知識，還有生物科學素養的提高，尤其是探究能力的提高。學生結合探究歷程，感悟很多。如學生從歐文頓的科學探究意識到這是一個很嚴謹的、艱辛的、枯燥的工作，要經歷很多的嘗試才能有結果?？茖W家這種堅持不懈，吃苦耐勞的精神，持之以恒的態度值得我們學習。實驗技術的進步推動了對生物膜結構的建立，例如，光學顯微鏡的發明，使人們在宏觀上直觀看到了膜的存在，而電子顯微鏡的誕生讓人類徹底看清了生物膜的結構；熒光標記法證明了細胞膜具有流動性，同時也間接證明了膜蛋白的識別作用。沒有這些技術的支持，人類的認識很難提高。在做實驗時要有嚴謹的推理和大膽的想象，假說也要通過觀察的實驗進一步驗證和完善，生物膜模型是在很多科學家的理論基礎和依據下建立的。

【參考文獻】

[1]胡有紅.HPS教學模式在高中生物教學中的應用[J].中學生物學，2012（5）

[2]袁維新.科學教學通論[M].北京：人民出版社，2013

[3]袁維新.HPS教學模式和光合作用發現過程的教學案例[J].生物學教學，2004（12）

[4]蔡其勇.科學哲學的文化轉向及其對科學教育的影響[J].教育研究，2008（6）

【作者簡介】傅秋月（1989— ），女，廣西師范大學碩士研究生；楊 華（1955— ），男，廣西師范大學教授。

（責編 盧建龍）