基于“模型建構”的“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學設計

王應慧

摘 要：本節課以科學家探索生物膜的科學史為基礎，聚焦生物學核心素養，以“問題串”為主線凸顯脈絡，層層深入，引導學生逐步分析科學家的實驗和結論。利用模型建構突破結構與功能相適應的難點，并在模型建構過程中通過小組的討論、合作、質疑等環節來體現生物學學科的育人價值。

關鍵詞：科學史;核心素養;模型建構;教學設計

一、教材分析及設計思路

本節是人教版高中生物必修一《分子與細胞》中第四章第二節的內容。第四章共有三節，第一節主要從實驗實例來說明細胞膜是選擇透過性膜，這種膜的特性與結構有關，所以第二節內容是學習生物膜的結構，生物膜的結構又是解釋第三節內容“物質跨膜運輸的方式”的基礎。由此可見，本節《生物膜的流動鑲嵌模型》在第四章中起著承上啟下的作用，并體現出了結構與功能相適應的觀點。

本節課采用“提出問題→提供資料→做出假設（構建模型）→實驗驗證”的教學模式。對探索歷程的內容教學以“問題串”的形式凸顯脈絡，層層深入，引導學生逐步分析科學家的實驗和結論。具體教學程序如下：

二、教學目標

基于課程標準的內容要求，并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂了如下教學目標：

（一）通過分析科學家建立生物膜模型的過程，體會“提出假說”這一科學探究方法，提升科學思維能力。

（二）通過嘗試建構生物膜的物理模型，形成結構與功能相適應的生命觀念。

（三）通過生物膜結構發現史的學習，正確認識技術手段在科學研究中所起的作用;感受科學發展是一個長期而艱辛的過程，培養崇尚科學的社會責任。

三、教學過程

（一）猜謎活動，導入新課

教師呈現猜謎詩《是誰》，學生討論回答詩中的“誰”是細胞膜。教師引導學生回顧生物學觀點得出生物膜的結構和功能是相適應的，那么什么樣的結構才使得生物膜能完成以上的功能呢？

設計意圖：通過謎語活動點燃學生的好奇之火，激發學生對生物膜結構的強烈興趣和渴望探索的動機。

（二）設置問題串，重溫探索歷程

1.問題1：磷脂在細胞膜中是怎樣分布的呢？

教師展示磷脂分子的小資料，學生根據磷脂分子的結構特點用手勢來展示磷脂分子。學生以小組為單位利用教具建構細胞膜中磷脂分子的排布模型并作簡要分析。

教師展示[資料3──實驗驗證]：荷蘭科學家實驗。根據資料，學生不難得出細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層，驗證了我們模型構建的科學性。

設計意圖：通過對細胞膜的內外生活環境的分析，讓學生嘗試構建模型，并闡述構建理由，使學生理解結構與功能相適應的觀點，體現學生“自主、探究、合作”的學習方式。

2.問題2：蛋白質在細胞膜中又是怎樣分布的呢？

教師展示[資料4──實驗現象]羅伯特森在電鏡下對細胞膜的觀察。學生根據相關知識，以小組為單位利用教具建構細胞膜中蛋白質分子的排布模型并作簡要分析。

設計意圖：通過繼續對資料分析，再次進行模型構建，強化“功能與結構相適應”的觀點。通過對電子顯微鏡的介紹，使學生意識到技術進步推動了科學探究的發展。

（三）新技術帶來新模型

教師展示[資料5]熒光標記技術──細胞融合實驗。教師提問：（1）實驗的現象是什么？（2）實驗結論是什么？學生給出答案。教師繼續展示磷脂分子的運動示意圖。師生共同分析、歸納得到生物膜具有流動性。教師提問：會運動的蛋白質分子在細胞膜中到底如何排布呢？教師展示實驗現象：研究發現脂溶性物質容易通過人工的無蛋白質的脂雙層，但氨基酸、葡萄糖等不能通過無蛋白質的脂雙層。學生根據實驗現象，大膽猜想，以小組為單位再次利用教具構建細胞膜中蛋白質分子的排布模型。

教師展示[資料6──實驗驗證]冰凍蝕刻電子顯微鏡下的細胞膜圖片。學生觀察圖片得出蛋白質并不是全部平鋪在脂質的表面，有的蛋白質是鑲嵌或貫穿于在脂質雙分子層中的。

設計意圖：通過第三次構建模型，進一步突出模型建構方法：實驗現象、推理想像→提出假說→進一步驗證完善→不斷發展，進一步引導學生從“結構與功能相適應”的觀點出發分析問題。

（四）智慧升華，形成共識

教師播放動畫演示細胞膜流動鑲嵌模型，并布置自學任務：繪制細胞膜的亞顯微結構示意圖，要求：（1）準確繪制出細胞膜的基本支架、蛋白質的三種位置。（2）準確標注出各部分的結構名稱。

設計意圖：通過動畫演示和學生自己繪制示意圖，強化生物膜“流動鑲嵌模型”的基本內容，突出教學重點。

（五）課堂小結

師生共同回顧對生物膜的探索歷程。教師提問：從生物膜結構的探索歷程中，你受到哪些啟發？生物膜的流動鑲嵌模否已完美無缺呢？學生暢所欲言表達自己的看法。

設計意圖：通過對探索歷程的回顧，對學生進行科學精神和科學品質滲透。

四、板書設計

五、教學反思

本節內容教學過程在設計時，本著以學生在學習與發展中的主體地位為核心的思想，根據學生已有的生物膜的基礎知識，通過設置問題，提供資料，讓學生作出假設并建構模型，再以提供科學家的有關實驗加以證明，有效地幫助學生梳理并體驗建構模型的方法。