合理利用科學(xué)史，提高學(xué)生的探究能力

曾志新

一、創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入主題

圖片展示各種各樣的細(xì)胞，引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞的邊界是什么？細(xì)胞膜的成分有哪些？細(xì)胞膜的功能是什么？接著引入細(xì)胞膜的這些功能，它們應(yīng)該有怎樣的結(jié)構(gòu)才能與之適應(yīng)呢？一百多年前的科學(xué)家對(duì)生物膜的功能有著濃厚的興趣，但是由于細(xì)胞膜很薄，光學(xué)顯微鏡無法觀察研究，那該如何入手呢？

設(shè)計(jì)意圖：一節(jié)課要有一個(gè)好的開端，快速、簡(jiǎn)潔地引入課題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是關(guān)鍵。

二、從生理功能入手的科學(xué)探究

資料1：1895年，E.Overton選用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞膜的通透性進(jìn)行上萬次的研究，發(fā)現(xiàn)凡是可溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易穿過細(xì)胞膜。

根據(jù)學(xué)過的知識(shí)，分析上述材料可以得到什么結(jié)論？歐文頓的假說是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的推理分析，還是將膜的成分提出來鑒定的呢？在提出假說后還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行分離、提純和鑒定嗎？歐文頓的上萬次實(shí)驗(yàn)給了你什么啟示？

設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)栴}串引領(lǐng)學(xué)生小組討論探究、激發(fā)思維的火花。在討論中鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)，還讓學(xué)生理解了科學(xué)探究中假說的重要性，也引導(dǎo)學(xué)生知道假設(shè)還必須有實(shí)驗(yàn)的支撐，同時(shí)科學(xué)家的上萬次實(shí)驗(yàn)也培育了學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)。

三、動(dòng)一動(dòng)，模擬制作磷脂分子的結(jié)構(gòu)

資料圖片展示磷脂分子的材料，讓學(xué)生理解磷脂分子的“親水性”和“疏水性”。

活動(dòng)一：把班級(jí)分成8個(gè)小組，根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)，小組利用磁鐵作為磷脂分子頭部、卡紙作為磷脂分子尾部制作了16個(gè)磷脂分子模型。（見圖1）

四、體會(huì)并構(gòu)建雙層磷脂分子結(jié)構(gòu)

資料2：1925年兩位荷蘭科學(xué)家用丙酮從人的紅細(xì)胞中提出脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。

假如你是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家，針對(duì)這一現(xiàn)象你能提出什么假說？（生物膜的磷脂分子應(yīng)該是兩層的）

活動(dòng)三：細(xì)胞膜的兩側(cè)都有水存在，小組利用模型討論并構(gòu)建磷脂分子在細(xì)胞膜中可能的排布方式并說明理由。

設(shè)計(jì)意圖：本來學(xué)生對(duì)磷脂分子一無所知，在教師的講解和模型的引導(dǎo)下，學(xué)生的探究情緒高漲，小組分工合作動(dòng)手構(gòu)建單層、兩層磷脂分子。最后學(xué)生擺出集中雙層磷脂分子模型，并由小組代表說明模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其他小組傾聽、提問、質(zhì)疑，最后師生討論得出在水中磷脂雙分子層的結(jié)構(gòu)就水到渠成了。（見圖3）

拼一拼，單位膜模型的提出。

資料3：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞分離出來，通過化學(xué)分析表明，膜的成分除了脂質(zhì)還有蛋白質(zhì)。

資料4：1959年，羅伯特森在電子顯微鏡下觀察到了細(xì)胞膜顯示的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)，提出生物膜是由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層構(gòu)成的。

我們已經(jīng)知道了磷脂分子的排列方式，那么羅伯特森的實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置呢？（學(xué)生聯(lián)想到“三明治”的模型）

活動(dòng)四：教師引導(dǎo)學(xué)生利用卡紙畫出幾個(gè)不同大小的橢圓形蛋白質(zhì)模型，并剪下備用。根據(jù)羅伯特森的假說，小組構(gòu)建“三明治”靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型。教師請(qǐng)不同小組派代表展示模型并說明本組模型的特點(diǎn)和意義。（見圖4）

你贊同羅伯特森的模型嗎？蛋白質(zhì)除了覆蓋在磷脂分子的表面外，還有沒有其他的方式？

資料5：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)膜蛋白不是全部平鋪在脂質(zhì)表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的。

活動(dòng)五：根據(jù)上述資料，修正小組的“三明治”靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，蛋白質(zhì)的位置可以有哪些呢？（見圖5）

設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)挝荒つＰ偷奶岢鍪巧锬つＰ偷幕ㄟ^引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料以及活動(dòng)三學(xué)生構(gòu)建的“三明治”模型可以看出，學(xué)生的想法和當(dāng)時(shí)科學(xué)家的想法不謀而合！教師應(yīng)充分肯定學(xué)生的想象能力和總結(jié)能力，學(xué)生學(xué)習(xí)的成功感也在做一做的合作過程中進(jìn)一步加強(qiáng)。接著科學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致對(duì)羅伯特森的模型進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)家要具備敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，不斷創(chuàng)新發(fā)展的品質(zhì)。

五、體驗(yàn)新技術(shù)帶來的成功

細(xì)胞膜是否像小白板中的模型是靜止不動(dòng)的呢？教師播放變形蟲吞噬草履蟲、白細(xì)胞吞噬病菌的動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生直觀地感知靜態(tài)模型無法解釋這些現(xiàn)象，生物膜的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的彈性結(jié)構(gòu)。假說還需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)來支撐，有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)的呢？

資料6：動(dòng)畫展示1970年科學(xué)家利用熒光標(biāo)記法進(jìn)行小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。

通過這一科學(xué)實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？學(xué)生在這一過程中自然而然能夠得出生物膜是具有流動(dòng)性的這個(gè)結(jié)論。

六、完善小組流動(dòng)鑲嵌模型作品

通過對(duì)比桑格和尼克森的流動(dòng)鑲嵌模型，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)，自己構(gòu)建的模型和流動(dòng)鑲嵌模型有一個(gè)區(qū)別：缺乏糖蛋白的結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生利用卡紙剪出多糖的結(jié)構(gòu)并放在相應(yīng)的蛋白質(zhì)的位置上。一幅完整的生物膜模型終于大功告成。各小組紛紛派代表展示作品，成功的喜悅感油然而生，同時(shí)也為下一步順理成章理解生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。及時(shí)表?yè)P(yáng)他們是當(dāng)代的桑格和尼克森。（見圖6）

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是探究活動(dòng)的結(jié)束，通過小組展示流動(dòng)鑲嵌模型，充分肯定他們的探究成果。學(xué)生在探究過程中也對(duì)科學(xué)探究的方法和思維有了深刻的體驗(yàn)，課堂氛圍達(dá)到了高潮。

小結(jié)流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。

【教學(xué)反思】

本節(jié)課是在我校開展的“小組合作 先學(xué)后導(dǎo)”的教學(xué)改革背景下，我代表高一生物備課組開設(shè)的一節(jié)生物課，我認(rèn)為主要有以下幾個(gè)亮點(diǎn)：

（1）以問題為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)。教師在整個(gè)過程中改變角色，只是充當(dāng)了組織者和引導(dǎo)者的角色，把課堂充分地還給學(xué)生思考探究。實(shí)踐證明，這樣的教學(xué)效果比起單一講授，學(xué)生的探究能力有了明顯的提高。

（2）做中學(xué)的教學(xué)理念。以生物膜的探索歷程為線索，通過小組合作、學(xué)生設(shè)計(jì)模型進(jìn)行逐步推理、探索、認(rèn)識(shí)生物膜的模型，使原本枯燥無味的探索史變得生動(dòng)，最后學(xué)生制作的生物模型基本與科學(xué)家一致，成功的喜悅驅(qū)動(dòng)他們更主動(dòng)地學(xué)習(xí)探究。

（3）充分利用科學(xué)史的情感教育。本節(jié)課不僅要學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般方法，更重要的是通過學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索歷程，讓學(xué)生體驗(yàn)到人類對(duì)生物膜的探索是一個(gè)不斷深化、完善、永不止境的過程，要學(xué)習(xí)科學(xué)家敢于質(zhì)疑、不怕失敗、鍥而不舍的精神。

（作者單位 廣東二師附中生物課組）