核心素養(yǎng)視角下的高中生物教學(xué)以“細(xì)胞膜

劉付香

摘要以人教版高中生物內(nèi)容“細(xì)胞膜一系統(tǒng)的邊界”為例，探討如何在生物課堂教學(xué)中滲透生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 細(xì)胞膜 核心素養(yǎng) 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生后天習(xí)得的終身受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，是學(xué)生在解決真實(shí)情境中生物學(xué)問題時(shí)所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。下面以“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”為例，談?wù)勅绾卧诮虒W(xué)中滲透核心素養(yǎng)。

1教材分析和設(shè)計(jì)思路

“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”是人教版《必修1分子與細(xì)胞》第三章第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)主要介紹細(xì)胞膜的成分和功能，為以后的細(xì)胞器、物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式等內(nèi)容的學(xué)習(xí)做鋪墊。本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)是細(xì)胞膜的成分和功能，教學(xué)難點(diǎn)是用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞制備細(xì)胞膜的方法，細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的重要意義則是本節(jié)課的重難點(diǎn)。為了最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)效率，教師設(shè)計(jì)精彩主線貫穿整節(jié)新課，采用“自主學(xué)習(xí)、合作交流、科學(xué)探究”的學(xué)習(xí)方式、“問題解決、建構(gòu)網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生的主體地位，幫助學(xué)生樹立生命觀念和社會(huì)責(zé)任，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2教學(xué)目標(biāo)

通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、學(xué)習(xí)資料，能夠初步解釋細(xì)胞膜的組成與功能相適應(yīng)，建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念;認(rèn)同細(xì)胞膜作為系統(tǒng)的邊界，對(duì)于細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的重要意義。

通過所學(xué)科學(xué)事實(shí)、概念和證據(jù)，運(yùn)用歸納、演繹等思維方法總結(jié)細(xì)胞膜的成分，解釋細(xì)胞膜的組成與功能相適應(yīng)。

通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、文本閱讀，嘗試提出問題并在獨(dú)立思考和小組討論中形成解釋。

能夠解釋、評(píng)價(jià)膜在生活中的應(yīng)用。

3教學(xué)過程

3.1聯(lián)系生活，引發(fā)體驗(yàn)

教師把雞蛋剝殼，用分蛋器取出蛋黃，將其小心地倒入培養(yǎng)皿中。學(xué)生觀察現(xiàn)象，并嘗試輕輕觸摸蛋黃。教師設(shè)問：蛋黃是否有邊界？這個(gè)邊界是什么呢？學(xué)生紛紛回答。教師解釋：蛋黃就是一個(gè)卵細(xì)胞，卯黃膜成為卵細(xì)胞這一系統(tǒng)的邊界。教師以此導(dǎo)入新課。

設(shè)計(jì)意圖：教師選取生活中學(xué)生十分熟悉的材料，引導(dǎo)學(xué)生通過親手操作，真切、直觀感受到系統(tǒng)邊界細(xì)胞膜的存在。

3.2樹立生命觀念，提升探究能力

教師提出問題：如何獲取細(xì)胞膜呢？圖1中的4種細(xì)胞，哪種細(xì)胞更適合作為獲取細(xì)胞膜的材料，為什么？獲取細(xì)胞膜的實(shí)驗(yàn)原理是什么？實(shí)驗(yàn)如何操作？

設(shè)計(jì)意圖：通過問題討論和情境解決，學(xué)生能輕松掌握“制備細(xì)胞膜的方法”這一難點(diǎn)。教師在引導(dǎo)學(xué)生分析哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，還能使學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，初步培養(yǎng)了學(xué)生的生命觀念。“自主合作，自主探究”的學(xué)習(xí)方式發(fā)揮了學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

3.3觀察概括，培養(yǎng)科學(xué)思維

教師提出問題：細(xì)胞膜由哪些物質(zhì)組成？并提供施一公、顏寧、曹嘉翌3位科學(xué)家的科研論文片段，要求學(xué)生閱讀資料，迅速概括出細(xì)胞膜的成分。

施一公論文的片段：FocA在細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌、藻類和寄生蟲中負(fù)責(zé)短鏈酸的轉(zhuǎn)運(yùn)。甲酸一亞硝酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中所有成員蛋白的分子結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制都是未知的。這個(gè)晶體結(jié)構(gòu)顯示，F(xiàn)ocA構(gòu)成了一個(gè)對(duì)稱的五聚體。盡管FocA與水通道蛋白Aquaporin在序列上缺乏同源性，但它們的單體整體結(jié)構(gòu)卻異常相似。這些結(jié)果意味著FocA應(yīng)該是一個(gè)細(xì)胞膜上的跨膜通道蛋白，而不是此前認(rèn)為的轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白。在結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)方面的進(jìn)一步研究為細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)的類型及具體作用提供重要線索。

顏寧論文的片段：應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FTIR）對(duì)膽囊癌細(xì)胞膜進(jìn)行檢測(cè)，并分析其蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的紅外變化。結(jié)果：膽囊癌細(xì)胞膜上生物大分子蛋白質(zhì)和占主要成分的磷脂分子的紅外光譜存在明顯差異：癌組織中與磷脂相關(guān)的吸收譜帶出現(xiàn)概率高、峰型高尖，相對(duì)吸收強(qiáng)度12957/11650和11740/11400的比值增加;相對(duì)吸收強(qiáng)度11460/11400的比值在正常組織細(xì)胞膜中較高。結(jié)論：膽囊炎性與癌組織細(xì)胞膜上大分子紅外光譜存在不同，通過FTIR對(duì)癌變?cè)缙谏锎蠓肿痈淖冏龀隹陀^反映。

曹嘉翌論文的片段：細(xì)胞膜上的糖類含量很少，一般和蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖蛋白復(fù)合物，和脂質(zhì)結(jié)合形成糖脂復(fù)合物。生物體內(nèi)糖一蛋白間的相互作用是糖生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，此作用往往是由多拷貝數(shù)的糖鏈與簇集狀的糖蛋白受體經(jīng)過特異性結(jié)合所完成的。因此此類糖一蛋白相互作用與許多疾病的診斷、治療和干預(yù)相關(guān)。通過生物實(shí)驗(yàn)對(duì)合成的多價(jià)糖肽類化合物靶向肝癌細(xì)胞（HepG2）的能力作初步的探討，發(fā)現(xiàn)連結(jié)糖基數(shù)目越多的多價(jià)化合物與ASGPR結(jié)合能力越強(qiáng)，其多價(jià)GalNAc糖基使之具備潛在生物學(xué)靶向能力及類腫瘤疫苗的結(jié)構(gòu)特征。

設(shè)計(jì)意圖：當(dāng)前生物學(xué)高考命題，常采用科技論文作為命題情境素材?？萍颊撐木哂姓鎸?shí)性、科學(xué)性和時(shí)代性等特點(diǎn)，教師將精心篩選的科技論文引入到課堂教學(xué)中，注重培養(yǎng)學(xué)生的分析概括能力，有利于提高學(xué)生的科學(xué)思維。

3.4結(jié)合實(shí)踐，樹立社會(huì)責(zé)任

教師提出問題：在正常情況下，細(xì)胞膜的成分會(huì)輕易改變嗎？如果改變了會(huì)怎么樣？教師展示某病人的檢驗(yàn)報(bào)告單，學(xué)生討論該病人細(xì)胞膜成分的變化。

學(xué)生通過小組討論，得出：該病人的細(xì)胞膜產(chǎn)生了甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）等物質(zhì)。教師補(bǔ)充細(xì)胞膜成分發(fā)生改變，需要做進(jìn)一步檢查，以確定體內(nèi)是否出現(xiàn)了癌細(xì)胞。同時(shí)，教師簡(jiǎn)單介紹目前癌癥的治療方式，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同它依然是醫(yī)學(xué)界的一大難題。

設(shè)計(jì)意圖：教師結(jié)合實(shí)踐開展對(duì)病人細(xì)胞膜成分的討論，引導(dǎo)學(xué)生“為攻克醫(yī)學(xué)難題而執(zhí)著奮斗”，從而樹立社會(huì)責(zé)任感。

3.5動(dòng)手操作，提升探究能力

教師提出問題：細(xì)胞膜如此重要，它有哪些功能呢？教師讓學(xué)生用牙簽戳破蛋黃膜，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：教材通過原始海洋生命的出現(xiàn)，引出細(xì)胞膜具有將細(xì)胞與外界環(huán)境隔開的功能，有些學(xué)生難以想象出來。教師通過戳破蛋黃這一實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)到細(xì)胞膜的屏障功能。

教師提示：細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞來說不是單純的一道屏障，它還能控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)、感悟細(xì)胞膜的功能：取數(shù)量相等的熟玉米、生玉米兩份，分別放入盛有等量藍(lán)墨水的燒杯中，10min后用蒸餾水清洗兩組玉米粒，并用解剖刀對(duì)半切開玉米粒。教師引導(dǎo)學(xué)生在操作過程中思考：熟玉米粒為什么被染成黑色，而生玉米粒的顏色卻不變？學(xué)生帶著問題在組內(nèi)討論、探究，最終明白活細(xì)胞的細(xì)胞膜能控制物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，并推理得出活細(xì)胞的細(xì)胞膜能有選擇地控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。

設(shè)計(jì)意圖：通過小組動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能深刻地理解細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，從而培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)探究能力。

教師提出問題：“信息交流”對(duì)于生物來說非常重要，那么，細(xì)胞之間是如何進(jìn)行細(xì)胞交流的呢？教師請(qǐng)幾位學(xué)生通過情景模擬的形式展示“細(xì)胞間的信息交流”。

設(shè)計(jì)意圖：“細(xì)胞間的信息交流”對(duì)于學(xué)生來說比較抽象，難以理解。通過情景模擬的形式來突破這一難題，能取得較好的教學(xué)效果。

3.6歸納總結(jié).構(gòu)建思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)完細(xì)胞膜的全部知識(shí)后，各學(xué)習(xí)小組歸納總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容，并自主構(gòu)建思維導(dǎo)圖，小組之間互評(píng)、修正。教師提出課后拓展題目：細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是怎樣的？

設(shè)計(jì)意圖：教師充分利用板書資源，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)，直觀呈現(xiàn)本節(jié)課的內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有清晰、全面的認(rèn)識(shí)。而拓展內(nèi)容則將本節(jié)課的內(nèi)容與必修1第4章的知識(shí)進(jìn)一步綜合串聯(lián)。

3.7習(xí)題反饋，鞏固本節(jié)知識(shí)

參照布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域的目標(biāo)將習(xí)題設(shè)置為基礎(chǔ)題、能力題?；A(chǔ)題有直接、明確、無歧義的答案，用以檢測(cè)學(xué)生識(shí)記、理解方面知識(shí)點(diǎn)的掌握情況;能力題沒有唯一的正確答案，注重培養(yǎng)學(xué)生答題的主次性、層次性、要點(diǎn)性。

4教學(xué)反思

在“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”的教學(xué)設(shè)計(jì)中，基于核心素養(yǎng)的提升，教師以所創(chuàng)設(shè)的情境主線貫穿課堂，開展問題教學(xué)，活躍了學(xué)生的思維，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與度。同時(shí)，教師充分挖掘了教材中體現(xiàn)核心素養(yǎng)的內(nèi)容，通過自主討論、自主探究、自主構(gòu)建，以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則，促進(jìn)學(xué)生對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)理解、掌握、運(yùn)用，確保了學(xué)生生物核心素養(yǎng)的落實(shí)。

核心素養(yǎng)背景下的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師應(yīng)依據(jù)新課標(biāo)的基本理念和課程目標(biāo)實(shí)施教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和認(rèn)知規(guī)律，創(chuàng)設(shè)問題情境和學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生自發(fā)、有效地自主學(xué)習(xí)。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐過程中，應(yīng)加強(qiáng)思考，提高教學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、針對(duì)性和實(shí)效性，將生物核心素養(yǎng)教育落實(shí)到實(shí)處。