基于HPS教學(xué)理念的“生物膜的流動鑲嵌模型”的教學(xué)設(shè)計

傅秋月+邵興海+陳永晶+楊華

【摘 要】基于HPS教學(xué)理念，對“生物膜的流動鑲嵌模型”一課進行科學(xué)史探究取向的設(shè)計，能夠讓學(xué)生重溫不同時代背景下科學(xué)家探究生物膜的方法，同時使學(xué)生懂得科學(xué)實驗的漫長和艱辛，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，從而形成正確的科學(xué)觀念。

【關(guān)鍵詞】HPS 科學(xué)史探究 生物膜結(jié)構(gòu) 教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）03B-0094-02

一、設(shè)計理念

我國高中生物課程標準提出，要注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史，讓學(xué)生理解科學(xué)研究方法，掌握科學(xué)本質(zhì)，是發(fā)揮自然科學(xué)這種潛在教育的重要途徑。在當今提倡科學(xué)素質(zhì)教育的大環(huán)境下，我們迫切需要一種有效的方法來促進學(xué)生對生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，而HPS教育模式即是一種可靠的選擇。

HPS教育是科學(xué)史（history of science）、科學(xué)哲學(xué)（philosophy of science）和科學(xué)教育（science teaching）的縮寫。最早由奧地利科學(xué)家馬赫提出，后來由英國學(xué)者奧斯本（J.Osborn）和盂克（M.Monk）把它發(fā)展成為中小學(xué)科學(xué)課程的一種新的教學(xué)模式，我國于1997年引入。此模式旨在讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探究科學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力和批判精神，進而提高科學(xué)素養(yǎng)。基于HPS教學(xué)模式，筆者對人教版必修1“生物膜的流動鑲嵌模型”一課進行了設(shè)計，滲透科學(xué)探究的過程與方法，以期讓學(xué)生學(xué)習(xí)新知的同時感悟科學(xué)，感受科學(xué)探究的艱辛和樂趣。

二、“生物膜的流動鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計

（一）演示現(xiàn)象，情境激惑

多媒體播放實驗過程：實驗人員用顯微注射技術(shù)把伊紅注入變形蟲體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)伊紅很快擴散到整個細胞。設(shè)疑：觀察變形蟲的變形運動，伊紅物質(zhì)能夠逸出細胞嗎？這說明了細胞膜的什么功能？細胞膜的這種功能與其結(jié)構(gòu)有關(guān)系嗎？

設(shè)計目的：觀察變形蟲的變形運動，同學(xué)們在興趣盎然中直觀看到細胞膜的流動性。同學(xué)們已經(jīng)初步具備了功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的觀點，所以不難推斷出細胞膜的選擇透過性是與其結(jié)構(gòu)有關(guān)系。那么細胞膜是由什么材料組成的？具有什么結(jié)構(gòu)呢？通過問題引入新課，激起學(xué)生的求知情感。

（二）討論交流，引出觀念

同學(xué)們根據(jù)前面學(xué)過的知識展開討論，并發(fā)表自己的看法。比如同學(xué)甲認為細胞膜有脂質(zhì)這種結(jié)構(gòu)，所以脂溶性的物質(zhì)能夠通過細胞膜。同學(xué)乙認為就像變形蟲的細胞膜可以變動一樣，其他的生物膜也是流動的。

（三）穿越時光，感悟科學(xué)

循著科學(xué)家探究的腳步，借助多媒體，講解幾個經(jīng)典實驗。首先，重溫“對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”。其次，引導(dǎo)學(xué)生以學(xué)習(xí)小組的形式進行合作學(xué)習(xí)，歸納和完成以下表格。教學(xué)中，要啟發(fā)學(xué)生思考，從科學(xué)家的探究歷程中你有什么感悟？在生物膜模型的建立過程中，什么因素起到了關(guān)鍵性作用？你認為他們的實驗的巧妙之處在哪里？

設(shè)計目的：生物膜結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史主要包括四個需要探究的科學(xué)主題。研究生物膜，首先要知道生物膜是由什么組成的，這是第一個科學(xué)主題。知道膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)后，就是探究它們是怎么構(gòu)成生物膜的，這就是第二和第三個主題。知道脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的排列之后科學(xué)家們就得到了“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”這個靜止的生物膜模型，但是這個模型很快就遭到了質(zhì)疑。于是就有第四個科學(xué)主題：研究生物膜結(jié)構(gòu)是靜止的還是流動的。每個主題的探索過程都具備了科學(xué)探究的主要步驟，即“提出問題一作出假設(shè)—實驗驗證—得出結(jié)論”。讓學(xué)生重溫歷史，一方面讓學(xué)生在合作學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)建立生物膜模型，形成以四個科學(xué)結(jié)論為主要線索，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法；另一方面，讓學(xué)生沿著科學(xué)家探索的道路，體驗科學(xué)家的思想和精神，感受科學(xué)探索的艱辛和樂趣，理解科學(xué)技術(shù)和社會因素對科學(xué)發(fā)展的制約，從而滲透HPS的教學(xué)理念。

教師講解目前為大多數(shù)人接受的“生物膜的流動鑲嵌模型”。學(xué)生歸納，總結(jié)該模型特點。

設(shè)計目的：培養(yǎng)學(xué)生歸納分析、總結(jié)能力。

教師追問：流動鑲嵌模型是不是完美無缺了呢？學(xué)生很容易想到隨著科學(xué)的進步，生物膜模型還會不斷被修正。

設(shè)計目的：滲透科學(xué)的本質(zhì)觀——人類對自然界的認知是永無止境的。細胞膜的更為精確、細微的結(jié)構(gòu)會隨著技術(shù)的進步和人類的探究不斷完善。

（四）加深理解，模型建構(gòu)

小組之間相互交流，根據(jù)已歸納出的生物膜結(jié)構(gòu)特點的理解，教師結(jié)合學(xué)生特點，實施分組和討論制作生物膜模型的方案，兩周后請其中若干組學(xué)生派代表上臺展示自己組建的模型，介紹本組的成員，模型制作的過程中有哪些困難等，同時請其他組認真聆聽，指出該組所建的模型的優(yōu)點和缺點。

（五）深化感悟，總結(jié)提升

教師與學(xué)生一起進行反思和總結(jié)，并結(jié)合發(fā)現(xiàn)史讓學(xué)生談?wù)剛€人的體會，幫助學(xué)生深刻理解科學(xué)探究本質(zhì)。最后總結(jié)人類社會的進步，技術(shù)是關(guān)鍵性原因，而技術(shù)的成功，則需要一代代的科學(xué)家經(jīng)過堅持不懈的探索，一步步地接近科學(xué)的本質(zhì)。每一次小小的成功最終形成了科學(xué)發(fā)現(xiàn)史上的一大步，這個過程是漫長和艱辛的。希望同學(xué)們在生活中要有一雙發(fā)現(xiàn)問題的眼睛，大膽提出疑問，敢于探究。

三、教學(xué)反思

在本節(jié)課中學(xué)生沿著科學(xué)家探索的道路，領(lǐng)悟了科學(xué)研究的方法與科學(xué)的本質(zhì)，其獲取的不只是知識，還有生物科學(xué)素養(yǎng)的提高，尤其是探究能力的提高。學(xué)生結(jié)合探究歷程，感悟很多。如學(xué)生從歐文頓的科學(xué)探究意識到這是一個很嚴謹?shù)?、艱辛的、枯燥的工作，要經(jīng)歷很多的嘗試才能有結(jié)果?？茖W(xué)家這種堅持不懈，吃苦耐勞的精神，持之以恒的態(tài)度值得我們學(xué)習(xí)。實驗技術(shù)的進步推動了對生物膜結(jié)構(gòu)的建立，例如，光學(xué)顯微鏡的發(fā)明，使人們在宏觀上直觀看到了膜的存在，而電子顯微鏡的誕生讓人類徹底看清了生物膜的結(jié)構(gòu)；熒光標記法證明了細胞膜具有流動性，同時也間接證明了膜蛋白的識別作用。沒有這些技術(shù)的支持，人類的認識很難提高。在做實驗時要有嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，假說也要通過觀察的實驗進一步驗證和完善，生物膜模型是在很多科學(xué)家的理論基礎(chǔ)和依據(jù)下建立的。

【參考文獻】

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[4]蔡其勇.科學(xué)哲學(xué)的文化轉(zhuǎn)向及其對科學(xué)教育的影響[J].教育研究，2008（6）

【作者簡介】傅秋月（1989— ），女，廣西師范大學(xué)碩士研究生；楊 華（1955— ），男，廣西師范大學(xué)教授。

（責編 盧建龍）