基于核心素養(yǎng)下科學(xué)思維的培養(yǎng)

侯宗梅　汪英

摘要：在“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)的教學(xué)中，通過組織學(xué)生分析科學(xué)史、圖片的觀察、動畫演示、模型的認(rèn)識和構(gòu)建等過程，了解生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，并解釋生物膜具有流動性和選擇透過性的原因。

關(guān)鍵詞：生物膜;流動鑲嵌模型;教學(xué)設(shè)計;高中生物學(xué)

一、教材分析

“生物膜的流動鑲嵌模型”出自人教版《分子與細(xì)胞》第四章第二節(jié)，在此之前學(xué)生已經(jīng)初步掌握了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，能說出生物膜由細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜、核膜等組成，并且能理解這些膜結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和功能上有緊密的聯(lián)系;也理解到細(xì)胞和外界進(jìn)行物質(zhì)的交換需要通過細(xì)胞膜這一基本結(jié)構(gòu)，但細(xì)胞膜到底有怎樣的結(jié)構(gòu)賦予其具備控制物質(zhì)進(jìn)出這一功能，這就是本節(jié)內(nèi)容所要聚焦的核心概念——生物膜的流動鑲嵌模型。

二、教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)內(nèi)容基于大量史實，其中蘊(yùn)含了多種科學(xué)方法，教師在處理教學(xué)內(nèi)容時，可以依據(jù)觀察-認(rèn)識-理解-應(yīng)用的學(xué)習(xí)進(jìn)階，從知道生物膜、認(rèn)識生物膜、理解生物膜的角度出發(fā)，最終解釋生物膜結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。

1.生命觀念。生物膜是一層選擇透過性膜，具有流動性的膜結(jié)構(gòu)。

2.科學(xué)思維。學(xué)生自主構(gòu)建生物膜的結(jié)構(gòu)，體驗?zāi)Ｐ徒?gòu)的一般方法。

三、教學(xué)過程

（一）引入興趣活動，導(dǎo)入新課

教師于課前讓學(xué)生自選三種不同材料制作“細(xì)胞”（氣球、鋼球、泡沫球），學(xué)生蒙上眼睛，讓學(xué)生通過觸摸等活動從中選擇觸感最像“細(xì)胞”的材料，并說出選擇的理由。

設(shè)計意圖：從學(xué)生的角度出發(fā)，讓學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)知情境制作細(xì)胞，并篩選出最像細(xì)胞的材料，引出本節(jié)的核心內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的追疑興趣，展示對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。

（二）展示問題，認(rèn)識生物膜的模型

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，解決以下問題：根據(jù)歐文頓的實驗現(xiàn)象，你會進(jìn)行怎樣的解釋？設(shè)計意圖：理解相似相溶，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力。

教師展示20世紀(jì)初，科學(xué)家利用化學(xué)分析的方法指導(dǎo)了膜的組分確實含有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，教師進(jìn)一步設(shè)疑，如何設(shè)計實驗來證明自己的假設(shè)是正確的呢？

教師進(jìn)一步提出問題：磷脂分子是怎樣構(gòu)成生物膜的？只是簡單的組分堆砌？過渡到E.Gorter和F.Grendel的實驗。

（三）羅伯特森的實驗

教師PPT播放細(xì)胞膜電子顯微鏡圖片，讓學(xué)生思考：（1）圖示中你看到了什么？電鏡下呈現(xiàn)的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)，“暗”的部分指的是什么？“亮”的部分指的是什么？（2）試建構(gòu)在電鏡下所看到的模型是怎樣的？

設(shè)計意圖：利用科學(xué)史實進(jìn)一步完善生物膜模型，讓學(xué)生從中體驗到科學(xué)發(fā)展需要技術(shù)的支持。并且通過學(xué)生列舉生活中的實例，敢于對已有的模型進(jìn)行質(zhì)疑。

（四）提出流動鑲嵌模型的內(nèi)容

1.熒光標(biāo)記技術(shù)。在流動鑲嵌模型提出來之前，人們認(rèn)為生物膜為靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，人們提出了哪些證據(jù)說明生物膜不是靜態(tài)的結(jié)構(gòu)？科學(xué)家又通過什么樣的方法證明了生物膜不是靜態(tài)的結(jié)構(gòu)？通過該實驗說明了生物膜具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點？

設(shè)計意圖：論證生物膜不是靜態(tài)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生敢于對已有的結(jié)論提出自己的見解，從而更深入地了解生物膜的結(jié)構(gòu)特點。

2.桑格和尼克森的實驗。教師引導(dǎo)學(xué)生對自己所構(gòu)建的生物膜模型進(jìn)行進(jìn)一步的修正，可進(jìn)一步設(shè)問：（1）細(xì)胞膜中除了有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)以外，還有什么成分？（2）根據(jù)自己所構(gòu)建的模型，表達(dá)該模型包括的內(nèi)容有哪些？（3）進(jìn)一步提問生物膜的結(jié)構(gòu)特性與其組成的關(guān)系？

設(shè)計意圖：學(xué)生通過認(rèn)識模型到理解模型的思維進(jìn)階過渡，進(jìn)一步加強(qiáng)對于流動鑲嵌模型的理解。

教師進(jìn)一步追疑：已有的流動鑲嵌模型被大多數(shù)人認(rèn)同，試著查閱相關(guān)資料，找出其他科學(xué)家對于生物膜結(jié)構(gòu)的不同的認(rèn)識。

設(shè)計意圖：通過查閱資料，了解生物膜結(jié)構(gòu)的其他模型，讓學(xué)生形成批判性思維，科學(xué)學(xué)說是不斷發(fā)展的。

作業(yè)布置：小組合作利用廢舊物品或自選物品制作生物膜模型。

設(shè)計意圖：通過動手制作流動鑲嵌模型，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力。

四、教學(xué)反思

生物科學(xué)史是高中生物學(xué)習(xí)中非常重要的一環(huán)，除了學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識外，學(xué)生應(yīng)通過科學(xué)史學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探索求知精神，因此教師需要認(rèn)真設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容教師從設(shè)問生物膜的結(jié)構(gòu)這一問題入手，通過展示史料，提出系列問題，循循善誘，引導(dǎo)學(xué)生去觀察、分析、建構(gòu)、歸納生物膜的模型。在教材中提到的多種技術(shù)手段運用于科學(xué)研究，豐富了學(xué)生的視野，讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)的方法以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在教學(xué)時貫穿自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)化了學(xué)生在教學(xué)中主體性的作用，但由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力有差異，在關(guān)注每一個學(xué)生方面，這點還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。

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