以“細胞膜的功能 為例談如何突破核心概念教學

高中生物學課程標準強調“培養學生生物學素養”，并指出“生物科學素養體現了個體對生物學核心基礎知識的理解與運用能力”由此可見，“核心概念”教學構成了生物學教學的基礎框架，為教師把握教學重難點提供了根本依據。學生只有在深刻理解和準確掌握了生物學科中的核心概念，才能構建良好的學科知識體系，并能加以運用。本研究以人教版高中生物必修一第三章第一節“細胞膜的功能”這一核心知識點為例，探討基于核心概念建構生物學課堂教學的有效策略。

一、教學內容分析

“細胞膜的功能”位于人教版高中生物學必修一第三章第一節，是在學生了解了組成細胞的各種物質及各種物質功能的基礎上講述的，也是繼細胞膜系統的出現后又一次闡述細胞作為一個相對獨立的生命單位是如何保持自身與外界相隔離的，且通過這種保護讓細胞內部存在有利于生命活動正常開展所特有的化學反應條件；此外該節知識是以后講到“細胞的物質轉運”等內容時的重要鋪墊知識。由于教材第四章才系統闡述生物膜的結構特征（包括流動鑲嵌模型）、生物膜研究的歷史發展過程以及細胞物質運輸的不同方式，再加上課程標準中對于細胞膜的功能定為“簡述”要求，所以教材中只是深入淺出地介紹了細胞膜的其中三種功能，至于其他功能，則以開放的處理方式，鼓勵有興趣的學生自己去探究。

二、確定核心概念

根據對核心概念的理論解析，結合《普通高中生物學課程標準》（2017年版）的教學要求及教材知識體系，將“細胞膜的功能”的核心概念界定為：“細胞膜作為屏障實現細胞內外環境隔離、控制物質進出細胞及參與細胞間信息交流”。該核心概念下設三個次級概念，并輔以相應的事實性知識作為支撐：1.細胞膜作為屏障實現細胞內外環境隔離：細胞膜作為細胞的邊界結構，實現了細胞內環境與外界環境的物理分隔；細胞膜能維持細胞內穩態的相對恒定。2.細胞膜能夠控制物質進出細胞：細胞膜具有選擇性通透特性，能夠調控特定物質的跨膜運輸，實現物質進出的選擇性控制；細胞膜的物質調控功能依賴于其生理活性，僅在活細胞中才能正常發揮作用；細胞膜的選擇性屏障功能存在一定限制，部分環境有害物質仍可突破其防御機制進入細胞。3.細胞膜參與細胞間的信息交流：細胞間信息交流呈現多樣化的途徑；細胞間信息交流依靠信號分子、受體、胞間連絲等關鍵組分。

三、圍繞核心概念選擇教學策略

1.采用情境創設與問題鏈遞進策略，引導學生構建并理解核心概念。不要停留在對生物學概念的簡單記憶上，要關注生物學概念是怎樣形成的、為什么要這樣構建它、它的適用范圍在哪里等問題；而對生物學大概念和小概念之間存在的內在邏輯聯系要有清晰的認識。

[教學片段1]細胞膜作為屏障實現細胞內外環境隔離

資料1：目前科學界普遍認為，地球生命起源于原始海洋，其演化過程大致分為以下階段： ① 無機分子到有機小分子：元素的相互作用產生出許多無機化合物，由此又產生多種簡單有機化合物最終匯集到海洋中。 ② 有機小分子到生物大分子：由簡單的有機物發展出各種生物小分子，如氨基酸、糖分、有機堿基、嘌呤、嘧啶由生物小分子發展成多種生物大分子，如蛋白質、核酸、脂質等。 ③ 大分子相互作用形成團聚體：核酸和蛋白質等物質相互作用，形成團聚體。 ④ 團聚體演化成原始細胞：團聚體形成具有一定結構的隔離系統，這隔離系統的逐漸完善化就出現了原始生命—原核細胞。

提問1：生命物質主要指什么？（核酸、蛋白質等）

提問2：團聚體算原始生命嗎？原始生命是指什么？（不算；是指原核細胞）

教師引導學生分析：原始生命得具有新陳代謝和生殖作用，團聚體只是有機物進行相互作用形成類似小球一類的結構，這類結構不穩定，不具有真正的生殖作用，而細胞才是最基本的生命系統。

提問3：原核細胞形成過程的隔離系統是指什么？ （細胞膜）

提問4：那么你覺得在原始生命形成過程最關鍵的階段是什么？為什么？（細胞膜的出現；因為它使生命物質與外界環境有效隔離，從而建立起相對獨立的代謝和遺傳體系，標志著原始細胞的誕生）

追問5：那請猜測病毒先出現，還是原核細胞先出現？（原核細胞，病毒是非細胞形態的專性寄生生物，必須依賴宿主細胞才能完成生命活動）

提問6：細胞膜的隔開作用有什么意義？（保障了細胞內部環境的相對穩定）

通過以上情境資料和6個層層遞進的問題的引導，學生已經明確了“細胞膜作為屏障實現細胞內外環境隔離”這個次級概念的前因后果及延伸出來的意義，并提高了學生分析資料和思維發散的能力，在此基礎上還能深刻領悟到細胞膜的屏障功能是細胞膜在生命活動中起最重要作用的原因。

2.通過實驗視頻解析法，推動學生對核心概念的深度理解。視頻實驗是新型教學手段的一種，將一些在課外操作的實驗拍攝成3-5分鐘的視頻，在課堂上呈現出來，引導學生分析。在課堂上分析視頻實驗，既可以充分利用了學生的課余時間，又使課堂的教學時間能集中重點學習理論知識，從而有效突破核心概念。

[教學片段2]細胞膜能夠控制物質進出細胞

視頻實驗一：番茄的水培實驗。學生觀察實驗視頻：將番茄水培在相同濃度鈣離子、鎂離子、硅酸根離子的溶液中，記錄初始濃度，一段時間后再次測量培養液中的各離子濃度，繪制柱形圖展示。結果顯示，培養液中鈣離子、鎂離子濃度下降，而硅酸根離子濃度升高。以此視頻實驗引導學生分析離子濃度的變化原因？（番茄細胞吸收鈣離子、鎂離子、水分子，但吸收鈣離子、鎂離子的速度較水分子快，因此培養液中這兩種離子濃度下降。而番茄細胞幾乎不吸收硅酸根離子，因此培養液中這種離子濃度上升）說明細胞膜對離子的吸收有什么特點？（選擇透過性）學生討論回答上述問題，教師小結引出細胞膜選擇性的控制物質進出細胞的功能，再進一步分析什么物質可以進，什么物質可以出，什么物質不可以進出。

視頻實驗二：莧菜脫色實驗。學生觀察實驗視頻：把莧菜放到玻璃燒杯里水煮，同時設置一組室溫下的實驗，在該階段內，可以觀察到水煮之后，水煮燒杯內的水會慢慢變成紅色，但是在室內溫度下并無紅色出現，依據上述現象去分析其中的緣由。學生描述現象：原來的鮮艷花瓣經加熱后慢慢褪色，且水變淺紅。初步分析：高溫破壞了花瓣細胞膜結構，使得細胞內的色素滲入水中。教師引導：為何活著的花瓣還能保持顏色，而加熱之后會流出色素？正常的細胞膜有什么功能？活細胞中起作用的是死細胞還是活細胞？思考得出：活細胞中的細胞膜具有選擇透過性，維持著細胞內環境的穩定性，高溫使細胞膜失活、結構破壞，從而使色素擴散到細胞外。因此，得出結論：說明了細胞膜控制物質進出的功能離不開它的完整性和細胞的生命狀態。

3.實施角色模擬教學法，強化學生對核心概念的功能性認知。由于高中生物教學中的部分內容難教且難以學懂，如學科概念多、原理復雜、過程動態性強等，所以在傳統的以教師講授為主的教學方式下，很難獲得較滿意的效果；如若缺乏創新的教學方式，則會使學生很難理解抽象的知識點，也談不上有趣味性。為了克服以上問題，可以在課堂教學中穿插角色扮演等方法，因為這種方法由于比較形象、有互動性的特點，可以較好地化解以上困難。利用師生將課本上較為抽象的內容演繹成形象的活動等方式，可以讓學生親自經歷生活中的情景模擬，并使他們與師生成為其中的一分子，在某種程度上感受科學家為尋求真理而為之努力的過程，使學生們體會到學習的樂趣。

[教學片段3]細胞膜參與細胞間的信息交流

教師先提出問題：想象你們每個同學都是一個獨立的細胞，當需要共同完成某項生理功能時： ① 是否需要與其他“細胞同學”保持溝通？ ② 自然界為細胞準備了哪些“通訊手段”？ ③ 這些通訊方式需要什么“硬件設備”（細胞結構）支持？請帶著這組問題研讀課本相關內容。

然后安排每6名學生為一個小組，其中一名學生作為協調員，其他學生分別扮演靶細胞、信號細胞、受體、胞間連絲、激素等角色，小組協作設計細胞不同通訊情景劇（信息交流方式），每個角色需說明自己在信息傳遞中的功能，并體會細胞膜在這些過程中所起的作用。小組合作討論后，選出3個小組進行表演，每個角色需說明自己在信息傳遞中的功能。教師總結與引導學生聯系人類社交的方式去類比理解細胞間的信息交流。

4.采用類比推理教學法，促進學生將生物概念向生活經驗遷移轉化。教師提出問題：請比較學校的圍墻系統和細胞膜的功能。 ① 空間分隔作用（限定校園范圍）。細胞膜的功能是什么？ （屏障） ② 選擇性通行功能（師生、訪客）對應于細胞膜的什么性質？ （選擇透過性）③ 信息交互功能（門衛接待）相似于細胞膜上的哪項功能？（識別和信息交流）教師創設“校園圍墻-細胞膜”的生活化類比情境，在學生形象對比中讓學生自主歸納出細胞膜的功能；將抽象的知識，在寬松愉悅的環境中，讓學生內化于心。

責任編輯 徐國堅