“細胞膜”一節體驗式教學嘗試*

鄭晴晴 陳龍珠

（紹興市第一中學 浙江紹興 312000）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出，生物學學科核心素養是學生獲得的持久能力和品格，是學生終身受益的學習成果。學科核心素養其中就包括科學思維?！翱茖W思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力［1］。體驗式教學是指教師通過創設某種情境，以理論為指導，通過一定方式引導學生感知、體驗知識，最終，內化為自己的見解并運用知識［2］。學生在解決問題的實踐體驗中不僅獲得了知識，而且習得了生物學科的思維和研究方法。本文以“細胞膜”一課為例探討如何運用體驗式教學培養學生的科學思維。

1 創設情境，激發動機

動機的形成是體驗式學習的啟動階段，只有具備了學習的欲望才會有進一步學習的沖動和行為。而興趣的產生往往以真實的情境為契機，且此情境應具備一定的問題性，基于對問題的解決激發了學生強烈的學習需求，才會進一步展開體驗式學習活動。本節課中，為激發學生的好奇心，教師先向學生展示一盤炒莧菜，不少學生會有疑問莧菜汁為什么會變紅？學生好奇心被充分調動，自然而然融入到課堂氛圍中。教師適時提問：這種現象與細胞的什么結構有關？ 體現了細胞膜的什么功能？細胞膜為什么會有選擇透性？需要具備怎樣的物質基礎？ 其結構基礎是什么？

2 分析史實，動手實踐

建構主義理論認為學習不是簡單地由教師向學生直接灌輸知識的過程，而是強調學生的認知主體作用，即在教師的指導下，學生根據外在信息及自身已有的背景知識進行知識體系構建的過程。構建過程可以體驗的形式進行，結合學生的生活體驗、情感體驗，也可以學生體驗科學發現過程的形式展開，例如，通過文字資料、圖片分析，讓學生重溫科學家科學發現的歷程，體驗科學思維的基本過程并總結科學探究的一般方法。在本節課中，結合科學史資料和教師準備的工具，師生共同展開構建細胞膜模型這一主題的探索、分析與實踐活動，學生結合體驗過程總結得出“流動鑲嵌模型”的理論內容。

2.1 E.Overton 實驗：細胞膜成分的確定 通過對資料1、資料2 的分析，教師引導學生得出組成細胞膜的主要成分為蛋白質和磷脂。提問：磷脂和蛋白質是如何構成細胞膜的？

資料1：1895年E.Overton 在研究植物細胞的透性時，發現脂溶性物質易透過細胞膜，不溶于脂質的物質透過細胞膜十分困難，并且細胞膜很容易被脂溶性溶劑溶解。

資料2：科學家分析細胞膜化學成分后發現，細胞膜會被蛋白酶分解 （蛋白酶是生物體內普遍存在的只對蛋白質分解起催化作用的物質）。

2.2 模型構建活動1：磷脂分子結構模型 由于高一新生有機化學知識相當薄弱，所以師生共同分析資料3，以助學生理解磷脂分子的結構特點（圖1）。學生結合磷脂分子的結構特點，利用材料包里的紅色扭扭棒和白色泡沫球搭建磷脂分子結構模型（圖2）。將微觀的抽象結構轉化為宏觀的直觀模型，學生對磷脂分子的結構有了深入的認識，為磷脂雙分子層模型的搭建做好鋪墊。

圖2 磷脂分子模型

2.3 模型構建活動2：磷脂雙分子層結構模型 學生對磷脂分子的結構特點和化學性質有了清晰的認識后，4 人一組合作，結合細胞膜的內、外環境，利用材料袋中的紅色扭扭棒、白色泡沫球和雙面膠共同搭建模型①：空氣-水界面中的磷脂分子排列模型；模型②：構成細胞膜的磷脂分子排列模型。每組推選一位學生展示模型并說出搭建理由。

這一環節對學生而言難度較大。教師循循善誘、由淺入深地帶領學生思考以突破難點：磷脂分子頭部和尾部的親水性如何？若將許多個磷脂分子“丟”在水面上，它們可能怎樣排布？ 若將這些磷脂分子全部“浸沒”在水溶液中，它們又將如何排布才能保持穩定？ 細胞膜內、外是怎樣的環境？

在全員參與的基礎上，教師要重視學生在過程與實踐體驗中的情感體驗，充分地肯定和表揚學生積極解決問題、互幫互助和樂于分享的特質。例如，在模型②展示環節中，有的組展示出一個圓形的平面磷脂雙分子層；有的組展示出平面的上、下各一層磷脂分子；有的組展示出立體的局部細胞膜脂雙層。教師呈現資料4，學生確定了細胞膜的磷脂分子是雙層結構。雙層模型展示的差異化激發了學生對于局部與整體的思考，教師適時加以引導分析，學生深刻意識到細胞膜中的脂雙層應是一個立體的球形，而不是一個平面。隨后學生適時調整各組模型。

資料4：1925年，荷蘭科學家E.Gorter 和F.Grendel 用丙酮從人的成熟紅細胞膜中提取脂質，在空氣-水界面上鋪展成單分子層，實驗結果測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2 倍。

2.4 模型構建活動3：蛋白質分布模型 細胞膜中的蛋白質是如何分布于脂雙層的？ 學生結合資料5，利用材料包中代表蛋白質的黃色棉花團，在已搭建好的脂雙層中搭建蛋白質的分布模型，由小組代表展示模型并說出搭建依據。

在展示環節又出現了差異：有的組基于資料5 的分析，將黃色的棉花團粘貼在脂雙層的兩側；有的組將黃色的棉花團粘貼在脂雙層的兩側及內部，他們認為蛋白質分子同磷脂分子一樣也有水溶性和脂溶性的基團，不應只分布在脂雙層兩側。如何驗證后者的假說？ 教師呈現更為先進的電鏡冰凍蝕刻技術實驗結果，學生經分析后認識到蛋白質應是貫穿、鑲嵌或覆蓋在細胞膜表面，即細胞膜的脂雙層具有不對稱性。隨后，各組學生對模型再次進行適當修正，教師對資料5 實驗結果進行補充解釋。

通過“提出問題—分析資料—提出模型假說—科學史驗證—得出結論”這一系列環節的體驗，學生真切地感受到科學的發展并非一帆風順，時有爭議是接近真相過程中的正?，F象，而科學的修正與發展更是離不開先進的技術支撐。

模型經修正后，教師呈現變形蟲吞噬食物的動畫，學生推理得知細胞膜中的磷脂和蛋白質分子并不是固定不動的。教師結合“人、鼠細胞融合實驗”加以驗證細胞膜的流動性。

3 體驗內化，學以致用

學生經過實踐的體驗后會對知識形成一定的領悟，即進入體驗學習的關鍵階段——體驗內化階段。學生會形成一定的認知，該認知經過比較、歸納、融合與擴展后就會形成學生的認知結構，而教師就可適時地讓學生以文字的形式將此認知加以呈現。例如，本節課在細胞膜模型構建環節后，教師讓學生總結得出“流動鑲嵌模型”的主要理論內容，并結合模型進行補充（圖4）。在此基礎上，學生可將內化后的知識加以運用，解釋具體問題，進而加深學習的深入性。例如，教師讓學生從結構與功能觀的角度談談如何理解莧菜細胞膜的選擇透性，鞏固加深學生對知識的理解和運用。此外，教師啟發學生思考“流動鑲嵌模型”是否完美無缺？ 小組制作的模型還有哪些缺陷及如何改進？

圖4 細胞膜結構模型

4 教學流程（圖5）

圖5 教學流程圖

5 設計體會

在科學史分析的基礎上進行模型構建，學生的學習方式由被動接受到主動學習，由沉默不語到暢所欲言，由死記硬背到動手實踐。學習形式的轉變使得學生科學思維得到培養。