利用生物科學史進行探究性教學

肖瑞蘭

摘要 以高中生物必修一第四章第二節“生物膜的流動鑲嵌模型”為例，介紹如何利用生物科學史上的經典實驗組織探究性學習，并結合案例對探究性教學過程進行反思。

關鍵詞 探究性教學 教學反思 生物科學史

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼B

1 教材分析

本節是高中生物《必修1*分子與細胞》第四章“細胞的物質輸入和輸出”第二節“生物膜的流動鑲嵌模型”的內容。在必修一第三章第一節“細胞膜——系統的邊界”一節已知組成細胞膜的成分主要是磷脂和蛋白質;在第四章第一節“物質跨膜運輸的實例”中又明確細胞膜可以控制物質進出，并且對進出細胞的物質是有選擇性的。

2 教學過程

教師提出引課疑問：為什么生物膜可以控制物質進出？這與生物膜的結構有什么關系？

學生活動：自主閱讀課文“對生物膜結構的探索歷程”部分，概括總結關于生物膜研究的科學史。

教師提供背景知識：磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸組成的分子，磷酸的“頭部”是親水的，脂肪酸的“尾部”是疏水的。教師要求學生觀察教科書P66“思考與討論”磷脂分子結構式及模型，同時出示自制的模型。

學生小組討論①：為什么磷脂分子在空氣一水界面上鋪展成單分子層，而科學家如何從這一現象推導出“脂質在細胞膜中必然排列為連續的兩層”這一結論的？

各小組積極分析科學史，但突破以上問題明顯遇到一些困難，產生了很多疑問：有的小組提問如何理解“疏水”“親水”;有的小組要求解釋“空氣——水”界面;有的小組置疑生物膜應該不是由一個磷脂分子構成的;還有一個小組在爭論問題的關鍵“2倍”的事情。只有一個小組的討論結果對以上問題有所突破，他們直接繪制出了磷脂分子排布方式。

教師并沒有直接解決各組的疑問，而是先請各小組向全班出示自己的疑問，然后請繪圖小組代表按照他們繪圖的思路解釋了他們對各個小組疑問的理解，他們較正確地解釋了各小組的困惑。爭論“2倍”問題小組受到啟發，積極地修正自己的結論。其后，教師提供給學生第二個討論問題。

小組討論②：磷脂分子如何構成細胞膜？

有了討論①的鋪墊，各小組都有了一定的思路，討論更加積極熱烈，很快都在自己的稿紙上繪制出了自己的設想。教師挑選有代表性的三個小組在黑板上用模型展示了討論結果。

在展示過程中，學生大受啟發，積極性繼續高漲，師生集體商討最佳模型。此時，教師再展示圖片對模型進行完善強化，進一步加深學生印象。

小組討論③：除脂質外，蛋白質也是細胞膜的成分，那么蛋白質位于細胞膜的什么位置呢？

教師提醒學生回歸課本，再次閱讀P66內容，提醒學生用蛋白質分子模型補充完善之前構建的磷脂雙分子層模型，進一步健全細胞膜結構模型。有了之前的思路，結合課本科學史的概述，學生很快完成。

教師再質疑：這一模型是靜態的嗎？

各小組均注意到了教科書中關于細胞膜流動性的實驗介紹，但不太理解該實驗內容。某學生直接提問：“只是蛋白質分子在運動嗎，怎么運動？”教師表揚該學生提問的針對性，然后播放了生物膜結構及其流動性結構特點的演示動畫，讓學生更直觀地觀察蛋白質和磷脂分子在膜上的排布及運動情況。至此，學生臉上的表情由一路的疑惑、頓悟、再疑惑，到滿足和信服。然后，教師指出細胞膜與生物膜的異同，再進行課堂小結（圖1）。

最后，教師組織學生對本節課發表感想。學生由衷贊嘆科學家思維的嚴謹、實驗設計的嚴謹巧妙，以及顯微鏡、同位素標記技術等對科學研究的巨大貢獻。學生認識到：科學家的每一個發現或發明都必然經歷了漫長艱辛的探索過程，是眾人智慧的結晶，科學學說的建立過程是一個不斷開拓、繼承、修正和發展的過程，科學發現需要科學思維和實驗的結合。學習也不是一件簡單的事情，需要像科學家那樣有潛心研究、不怕困難、堅持不懈、善于與他人相互借鑒相互學習的精神。學生在教師的指導下進行的探究實際上是簡化了的模擬活動。

3 教學反思

3.1 充分運用科學史組織探究性學習

美國科學家薩頓曾說：“一部科學史，在很大程度上就是一部工具史，這些工具，無論有形或無形，都是由一系列人物創造出來的，以解決他們遇到的某些問題，每種工具和方法都是人類智慧的結晶。”科學史的內容在很大程度上反映了科學家的探究活動與方法，是理解科學探究、掌握科學方法的良好范例。教師利用科學史組織探究性學習，可以讓學生站在巨人的肩膀上，親歷探究過程、領悟科學方法、獲取科學知識、提高科學精神、激發學習興趣。在教學中，教師應充分運用科學史組織探究性學習。

3.2 精心設計探究過程，合理調控探究難度

探究活動對學生的思維能力提出了一定的要求，教師在課前一定要認真分析，精心設計，控制好問題的難度和梯度，適時啟發引導學生，確保探究活動順利、有序進行。例如，本案例中教師首先要求學生閱讀課本內容，完成科學史的表格，使得學生對本節課將要突破的問題形成初步的認識;然后設計了逐層遞進的討論問題，引導學生一步步分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學家的魅力，始終保持高昂的興趣。再如，本案例中教師找到了能繪制出模型圖的小組代表來解答其他各個小組的各種疑問。這樣既讓思維能力較強的學生得到了鍛煉和表現的機會，又讓更多沒有及時形成較成熟思路的學生得到了啟發，降低了他們的思維難度，有利于他們形成自己的結論。

3.3 敢于放手，相信學生

課程改革多年來一直致力于實現“將課堂交給學生”，可至今為止，能真正做到這一點的教師依舊少之甚少，包括筆者自己在內，多數課堂依舊不敢大膽放手，一直在試探與摸索中試圖改變傳統教學模式，但成功的案例不多。本節課上，教師只做了布置任務、提出問題、做小結幾步工作，其余知識性的內容基本都是學生自己完成的，他們互相合作、互相質疑、互相啟發，氣氛積極熱烈。整節課后筆者感覺不僅酣暢淋漓，更驚訝于學生力量的強大，他們只要有了清晰的引導方向，很多問題都是可以自己來完成的。所以教師適當的放手，可能會得到讓人意想不到的結果。但放手不等于不管，自主學習并不意味著全讓學生自己學，教師要深入了解和研究學生，在學生自主學習過程中要注意引導，當學生對知識不理解或操作不規范時要及時幫助。這樣才能確保教學活動順利快捷地進行，使學生獲得知識、能力，并使智力得到發展，從而完成教學目標。

3.4 利用多媒體等多種教學手段充分為學生服務

本節課筆者采用了多媒體和自制教具兩種教學手段輔助教學，最終效果證實這為教學過程出了大力。如，當教師出示自制的磷脂分子模型時，學生眼前一亮，產生了興趣，自然而然就會主動去研究，重難點突破起來就容易了很多。再如，當學生都通過討論大體認識了磷脂雙分子模型后，教師用圖片和動畫對這一模型進行了演示，這種直觀形象的方式使得學生對知識的印象更加清晰明確，學習起來輕松了很多。這些不同的教學手段促進了教學形式的多樣、教學過程的優化和教學質量的提高，給課堂教學的改革注入了新鮮的空氣。所以，多媒體等多種教學手段在課堂上的使用是很有價值的，但必須精心準備，恰當使用，否則可能花里胡哨，流于形式，結果適得其反。

參考文獻：

[1]周紅.用生物科學發現史進行探究性學習[J].生物學教學，2005，（7）：14-15.

[2]李新民.高中生物探究式教學模式的構建及實踐[J].中小學教師培訓.2014，（3）：20-21.