“細(xì)胞膜”一節(jié)體驗(yàn)式教學(xué)嘗試*

鄭晴晴 陳龍珠

（紹興市第一中學(xué) 浙江紹興 312000）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生獲得的持久能力和品格，是學(xué)生終身受益的學(xué)習(xí)成果。學(xué)科核心素養(yǎng)其中就包括科學(xué)思維?！翱茖W(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力［1］。體驗(yàn)式教學(xué)是指教師通過創(chuàng)設(shè)某種情境，以理論為指導(dǎo)，通過一定方式引導(dǎo)學(xué)生感知、體驗(yàn)知識(shí)，最終，內(nèi)化為自己的見解并運(yùn)用知識(shí)［2］。學(xué)生在解決問題的實(shí)踐體驗(yàn)中不僅獲得了知識(shí)，而且習(xí)得了生物學(xué)科的思維和研究方法。本文以“細(xì)胞膜”一課為例探討如何運(yùn)用體驗(yàn)式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)動(dòng)機(jī)

動(dòng)機(jī)的形成是體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的啟動(dòng)階段，只有具備了學(xué)習(xí)的欲望才會(huì)有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的沖動(dòng)和行為。而興趣的產(chǎn)生往往以真實(shí)的情境為契機(jī)，且此情境應(yīng)具備一定的問題性，基于對(duì)問題的解決激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)需求，才會(huì)進(jìn)一步展開體驗(yàn)式學(xué)習(xí)活動(dòng)。本節(jié)課中，為激發(fā)學(xué)生的好奇心，教師先向?qū)W生展示一盤炒莧菜，不少學(xué)生會(huì)有疑問莧菜汁為什么會(huì)變紅？學(xué)生好奇心被充分調(diào)動(dòng)，自然而然融入到課堂氛圍中。教師適時(shí)提問：這種現(xiàn)象與細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)有關(guān)？ 體現(xiàn)了細(xì)胞膜的什么功能？細(xì)胞膜為什么會(huì)有選擇透性？需要具備怎樣的物質(zhì)基礎(chǔ)？ 其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？

2 分析史實(shí)，動(dòng)手實(shí)踐

建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)不是簡(jiǎn)單地由教師向?qū)W生直接灌輸知識(shí)的過程，而是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的認(rèn)知主體作用，即在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)外在信息及自身已有的背景知識(shí)進(jìn)行知識(shí)體系構(gòu)建的過程。構(gòu)建過程可以體驗(yàn)的形式進(jìn)行，結(jié)合學(xué)生的生活體驗(yàn)、情感體驗(yàn)，也可以學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的形式展開，例如，通過文字資料、圖片分析，讓學(xué)生重溫科學(xué)家科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程，體驗(yàn)科學(xué)思維的基本過程并總結(jié)科學(xué)探究的一般方法。在本節(jié)課中，結(jié)合科學(xué)史資料和教師準(zhǔn)備的工具，師生共同展開構(gòu)建細(xì)胞膜模型這一主題的探索、分析與實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生結(jié)合體驗(yàn)過程總結(jié)得出“流動(dòng)鑲嵌模型”的理論內(nèi)容。

2.1 E.Overton 實(shí)驗(yàn)：細(xì)胞膜成分的確定 通過對(duì)資料1、資料2 的分析，教師引導(dǎo)學(xué)生得出組成細(xì)胞膜的主要成分為蛋白質(zhì)和磷脂。提問：磷脂和蛋白質(zhì)是如何構(gòu)成細(xì)胞膜的？

資料1：1895年E.Overton 在研究植物細(xì)胞的透性時(shí)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)易透過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細(xì)胞膜十分困難，并且細(xì)胞膜很容易被脂溶性溶劑溶解。

資料2：科學(xué)家分析細(xì)胞膜化學(xué)成分后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜會(huì)被蛋白酶分解 （蛋白酶是生物體內(nèi)普遍存在的只對(duì)蛋白質(zhì)分解起催化作用的物質(zhì)）。

2.2 模型構(gòu)建活動(dòng)1：磷脂分子結(jié)構(gòu)模型 由于高一新生有機(jī)化學(xué)知識(shí)相當(dāng)薄弱，所以師生共同分析資料3，以助學(xué)生理解磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（圖1）。學(xué)生結(jié)合磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用材料包里的紅色扭扭棒和白色泡沫球搭建磷脂分子結(jié)構(gòu)模型（圖2）。將微觀的抽象結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為宏觀的直觀模型，學(xué)生對(duì)磷脂分子的結(jié)構(gòu)有了深入的認(rèn)識(shí)，為磷脂雙分子層模型的搭建做好鋪墊。

圖2 磷脂分子模型

2.3 模型構(gòu)建活動(dòng)2：磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)模型 學(xué)生對(duì)磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和化學(xué)性質(zhì)有了清晰的認(rèn)識(shí)后，4 人一組合作，結(jié)合細(xì)胞膜的內(nèi)、外環(huán)境，利用材料袋中的紅色扭扭棒、白色泡沫球和雙面膠共同搭建模型①：空氣-水界面中的磷脂分子排列模型；模型②：構(gòu)成細(xì)胞膜的磷脂分子排列模型。每組推選一位學(xué)生展示模型并說出搭建理由。

這一環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生而言難度較大。教師循循善誘、由淺入深地帶領(lǐng)學(xué)生思考以突破難點(diǎn)：磷脂分子頭部和尾部的親水性如何？若將許多個(gè)磷脂分子“丟”在水面上，它們可能怎樣排布？ 若將這些磷脂分子全部“浸沒”在水溶液中，它們又將如何排布才能保持穩(wěn)定？ 細(xì)胞膜內(nèi)、外是怎樣的環(huán)境？

在全員參與的基礎(chǔ)上，教師要重視學(xué)生在過程與實(shí)踐體驗(yàn)中的情感體驗(yàn)，充分地肯定和表?yè)P(yáng)學(xué)生積極解決問題、互幫互助和樂于分享的特質(zhì)。例如，在模型②展示環(huán)節(jié)中，有的組展示出一個(gè)圓形的平面磷脂雙分子層；有的組展示出平面的上、下各一層磷脂分子；有的組展示出立體的局部細(xì)胞膜脂雙層。教師呈現(xiàn)資料4，學(xué)生確定了細(xì)胞膜的磷脂分子是雙層結(jié)構(gòu)。雙層模型展示的差異化激發(fā)了學(xué)生對(duì)于局部與整體的思考，教師適時(shí)加以引導(dǎo)分析，學(xué)生深刻意識(shí)到細(xì)胞膜中的脂雙層應(yīng)是一個(gè)立體的球形，而不是一個(gè)平面。隨后學(xué)生適時(shí)調(diào)整各組模型。

資料4：1925年，荷蘭科學(xué)家E.Gorter 和F.Grendel 用丙酮從人的成熟紅細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣-水界面上鋪展成單分子層，實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2 倍。

2.4 模型構(gòu)建活動(dòng)3：蛋白質(zhì)分布模型 細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)是如何分布于脂雙層的？ 學(xué)生結(jié)合資料5，利用材料包中代表蛋白質(zhì)的黃色棉花團(tuán)，在已搭建好的脂雙層中搭建蛋白質(zhì)的分布模型，由小組代表展示模型并說出搭建依據(jù)。

在展示環(huán)節(jié)又出現(xiàn)了差異：有的組基于資料5 的分析，將黃色的棉花團(tuán)粘貼在脂雙層的兩側(cè)；有的組將黃色的棉花團(tuán)粘貼在脂雙層的兩側(cè)及內(nèi)部，他們認(rèn)為蛋白質(zhì)分子同磷脂分子一樣也有水溶性和脂溶性的基團(tuán)，不應(yīng)只分布在脂雙層兩側(cè)。如何驗(yàn)證后者的假說？ 教師呈現(xiàn)更為先進(jìn)的電鏡冰凍蝕刻技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生經(jīng)分析后認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)應(yīng)是貫穿、鑲嵌或覆蓋在細(xì)胞膜表面，即細(xì)胞膜的脂雙層具有不對(duì)稱性。隨后，各組學(xué)生對(duì)模型再次進(jìn)行適當(dāng)修正，教師對(duì)資料5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充解釋。

通過“提出問題—分析資料—提出模型假說—科學(xué)史驗(yàn)證—得出結(jié)論”這一系列環(huán)節(jié)的體驗(yàn)，學(xué)生真切地感受到科學(xué)的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，時(shí)有爭(zhēng)議是接近真相過程中的正?，F(xiàn)象，而科學(xué)的修正與發(fā)展更是離不開先進(jìn)的技術(shù)支撐。

模型經(jīng)修正后，教師呈現(xiàn)變形蟲吞噬食物的動(dòng)畫，學(xué)生推理得知細(xì)胞膜中的磷脂和蛋白質(zhì)分子并不是固定不動(dòng)的。教師結(jié)合“人、鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)”加以驗(yàn)證細(xì)胞膜的流動(dòng)性。

3 體驗(yàn)內(nèi)化，學(xué)以致用

學(xué)生經(jīng)過實(shí)踐的體驗(yàn)后會(huì)對(duì)知識(shí)形成一定的領(lǐng)悟，即進(jìn)入體驗(yàn)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵階段——體驗(yàn)內(nèi)化階段。學(xué)生會(huì)形成一定的認(rèn)知，該認(rèn)知經(jīng)過比較、歸納、融合與擴(kuò)展后就會(huì)形成學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而教師就可適時(shí)地讓學(xué)生以文字的形式將此認(rèn)知加以呈現(xiàn)。例如，本節(jié)課在細(xì)胞膜模型構(gòu)建環(huán)節(jié)后，教師讓學(xué)生總結(jié)得出“流動(dòng)鑲嵌模型”的主要理論內(nèi)容，并結(jié)合模型進(jìn)行補(bǔ)充（圖4）。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可將內(nèi)化后的知識(shí)加以運(yùn)用，解釋具體問題，進(jìn)而加深學(xué)習(xí)的深入性。例如，教師讓學(xué)生從結(jié)構(gòu)與功能觀的角度談?wù)勅绾卫斫馇{菜細(xì)胞膜的選擇透性，鞏固加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用。此外，教師啟發(fā)學(xué)生思考“流動(dòng)鑲嵌模型”是否完美無缺？ 小組制作的模型還有哪些缺陷及如何改進(jìn)？

圖4 細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型

4 教學(xué)流程（圖5）

圖5 教學(xué)流程圖

5 設(shè)計(jì)體會(huì)

在科學(xué)史分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行模型構(gòu)建，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)接受到主動(dòng)學(xué)習(xí)，由沉默不語(yǔ)到暢所欲言，由死記硬背到動(dòng)手實(shí)踐。學(xué)習(xí)形式的轉(zhuǎn)變使得學(xué)生科學(xué)思維得到培養(yǎng)。