比較新舊版“細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”，落實學科核心素養(yǎng)

吳玉章 錢偉

【摘要】對人教社高中生物必修1新（2019版）舊（2007版）教材中“細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”部分內(nèi)容進行比較，并為新教材中“細胞膜結(jié)構(gòu)和功能”一節(jié)提供教學建議，以促進教師轉(zhuǎn)變教學思想、改進教學方法，以落實新課標提出的發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的要求。

【關(guān)鍵詞】新舊教材 ?比較 ?細胞膜結(jié)構(gòu)和功能 ?教學建議

【中圖分類號】G633.91 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）41-0102-02

為了促進教師轉(zhuǎn)變教學思想和方式，落實新課標提出的發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的要求，筆者選取2019版人教社高中生物必修1.分子與細胞（以下簡稱新教材）和2007版人教社高中生物必修1.分子與細胞（以下簡稱舊教材）中的“細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”部分內(nèi)容進行比較，并提出基于落實學科核心素養(yǎng)條件下的個人教學建議。

一、新舊教材比較

（一）在新舊課標中的內(nèi)容標準不同

針對“細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”部分內(nèi)容，2003版高中生物課程標準（實驗稿）（以下簡稱舊課標）提出的要求是“簡述細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”，而2017版高中生物學課程標準（以下簡稱新課標）提出“概述細胞都由質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜將細胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質(zhì)進出，并參與細胞間信息交流”[1]。新舊課標之間內(nèi)容標準的知識性目標動詞由“簡述”改為“概述”，對學生要求由了解水平提升到理解水平。說明細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能部分內(nèi)容在新教材中的地位和重要性有所增強。

（二）在新舊教材中內(nèi)容編排和表述方式不同

在舊教材中細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能是分開的，細胞膜的功能放在必修1.第三章第一節(jié)細胞膜-系統(tǒng)的邊界中進行學習，細胞膜的結(jié)構(gòu)放在第四章第2節(jié)生物膜流動鑲嵌模型中進行學習。新教材中將這兩節(jié)內(nèi)容合二為一，放置在必修1.第三章第1節(jié)中進行學習。從內(nèi)容的表述方式上看，舊教材的表述順序是：細胞膜的成分→體驗制備細胞膜的方法→細胞膜的功能→細胞膜的結(jié)構(gòu)。新教材則是：細胞膜的功能→細胞膜的成分和結(jié)構(gòu)。后者將功能的學習提前，有利于學生從膜的生理功能入手進而掌握細胞膜結(jié)構(gòu)，意識到“功能的實現(xiàn)依賴于特定的結(jié)構(gòu)”這一結(jié)構(gòu)與功能的辯證關(guān)系[2]。既還原了知識的發(fā)現(xiàn)過程，又符合學生的認知規(guī)律，有助于學生初步樹立結(jié)構(gòu)與功能觀。

（三）新教材突出發(fā)展學科核心素養(yǎng)的要求

本節(jié)新教材分為三部分：第一部分細胞膜的功能，突出體現(xiàn)生命觀念的要求。膜的出現(xiàn)將原始生命物質(zhì)與外界分隔開由此產(chǎn)生了原始的細胞，并成為相對獨立的系統(tǒng)，體現(xiàn)了進化與適應觀;細胞膜保障細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定并主動控制物質(zhì)進出細胞，體現(xiàn)了細胞的穩(wěn)態(tài)與平衡觀。細胞間進行信息交流旨在維持由這些細胞構(gòu)成的整體的穩(wěn)態(tài)與平衡。第二部分，對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索，主要體現(xiàn)對科學探究和科學思維的發(fā)展要求。對細胞膜成分的探索教材設置了“思考與討論”，學生可通過閱讀科學史料，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并在小組互助學習中圍繞問題進行探究式學習，提高科學探究能力。對于細胞膜結(jié)構(gòu)模型的探索，學生通過特定的任務活動，對教材和圖形進行分析、判斷、比較、并在模型構(gòu)建過程中發(fā)展科學思維。第三部分，生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，通過閱讀教材、解讀圖形，圖文并茂地將結(jié)構(gòu)與功能觀相統(tǒng)一。

（四）突出基礎(chǔ)性、科學性，體現(xiàn)了以生為本的人文精神

1.由于對于原材料和操作精度要求較高，可操作性較差，新教材刪除了探究實驗“體驗制備細胞膜的方法”，既精簡了課時，又為學生減輕了負擔。為了避免了前后矛盾和重復，新教材在“細胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)可以從外界進入細胞，細胞不需要，或者對細胞有害的物質(zhì)不容易進入細胞”[3]的基礎(chǔ)上去掉了“或者對細胞有害的物質(zhì)”，描述更顯精確。

2.文字的改動更加科學、準確。舊教材提到“細胞內(nèi)的核酸等重要成分卻不會流失”改成“細胞內(nèi)的有用成分卻不會輕易流失”，“重要”改成“有用”，后者用詞更加考究、精準。從而為將來學習細胞膜具有選擇透過性的特點做鋪墊。

3.插圖更加形象、直觀和具體。例如插圖3-2第一幅插圖的注釋，由舊版的“細胞分泌的化學物質(zhì)（如激素）”改成“由內(nèi)分泌細胞分泌的激素（如胰島素）”，后者的描述更加科學、準確、具體，指向性更加明確，不易產(chǎn)生歧義和爭議。又如插圖3-3與插圖4-4相比，出現(xiàn)彩色箭頭，細胞膜的標注更加清晰，注釋中標注了圖形的放大倍數(shù)，更顯科學性、準確性。

4.增添文字使概念的界定更加清晰。例如，提到細胞膜成分時，07版的描述“在組成細胞膜的脂質(zhì)中，磷脂最豐富”。新版則在該句話后添加“此外，還有膽固醇”，范圍更清晰，含義更加完整。

二、落實學科核心素養(yǎng)的教學建議

（一）以“發(fā)展生物學科核心素養(yǎng)”的理念，統(tǒng)領(lǐng)本節(jié)的教學

新教材新課程內(nèi)容是培養(yǎng)學生生物學科核心素養(yǎng)的重要載體，也是樹立社會主義核心價值觀和落實立德樹人根本任務的重要載體。所以在分析教材時，要找準和抓住“提高生物學科核心素養(yǎng)”這個“抓手”。發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)是新課標提出的核心理念，高中生物學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。因此，依據(jù)新課標內(nèi)容標準和學業(yè)要求，結(jié)合學生實際，制定本節(jié)內(nèi)容的教學目標：

1.通過對資料的分析討論，能運用進化與適應、穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念，歸納總結(jié)細胞膜的主要功能。

2.通過對科學史料的分析討論，判斷不同時期細胞膜的結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)劣，體會科學研究方法-提出假說。

3.通過閱讀教材、分析模型、構(gòu)建模型，歸納總結(jié)流動鑲嵌結(jié)構(gòu)模型的基本內(nèi)容，豐富空間想象力。

4.能運用結(jié)構(gòu)與功能相適應的觀念去解釋一些簡單的生命活動現(xiàn)象。

（二）創(chuàng)設情境，激發(fā)學習興趣

情境1：一堆建筑材料沒有經(jīng)過搭建和組合形成房子，能住人嗎？將組成細胞的各種物質(zhì)例如蛋白質(zhì)、糖類、核酸和脂質(zhì)等混合在一起放入一個容器內(nèi)，該容器能完成各項生命活動嗎？不能，只有具備完整的細胞結(jié)構(gòu)，細胞才能完成各項生命活動。

情境2：“鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染色。用它染色時，死細胞會被染成藍色，活細胞不會著色”，請思考：①為什么活細胞不能被染色？②臺盼藍不能進入活細胞，是受到了細胞哪一個結(jié)構(gòu)的阻隔？③死細胞被染色，表明染色劑進入了死細胞，染色劑為什么能進入死細胞？④據(jù)此推測，細胞膜作為系統(tǒng)的邊界，應該具有什么功能？

（三）以任務驅(qū)動小組互助學習，提高學生的參與度和動手動腦能力

布置任務驅(qū)動小組互助學習，學習目標具體，要求人人參與，提高了學生參與度，更好地體現(xiàn)教師為主導、學生為主體的地位。例如，學習細胞膜的功能時，任務一：閱讀教材、填寫表1。

任務二：分析教材P41圖3-2，嘗試選擇比較熟悉的事物打比方：①將內(nèi)分泌細胞分泌激素的方式把信息傳遞給靶細胞比作_____。內(nèi)分泌細胞好比_____，激素好比_____，靶細胞__________。②相鄰兩個細胞膜直接接觸來傳遞信息好比_____，就像人與人直接面對面交流。③相鄰細胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進入另一個細胞，來傳遞信息，例如高等植物細胞間通過胞間連絲進行信息交流。將胞間連絲比作__________。說明細胞膜具有的功能是__________。（細胞間信息交流）。

通過表1的填寫，學生對細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能理解更加深刻，為細胞膜結(jié)構(gòu)的學習奠定基礎(chǔ)。通過類比和打比方學生不但掌握了細胞膜具有信息交流的功能，還進一步促使學生從局部到整體遞進式理解細胞穩(wěn)態(tài)與平衡對于維持整體穩(wěn)態(tài)與平衡的重要作用。

學習生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容時，學生的任務一：閱讀教材，填寫表2 。

任務二：繪細胞膜流動鑲嵌模型，要求標注磷脂分子、磷脂雙分子層、蛋白質(zhì)和糖蛋白。

通過填寫表2將流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容細化落實，在文字上強調(diào)結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點。通過繪制細胞膜流動鑲嵌模型，學生更加直觀地認識到細胞膜功能的實現(xiàn)依賴于其特定結(jié)構(gòu)的事實，進一步促進“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”這一生命觀念的形成。

（四）通過科學史的分析，體驗科學研究方法-提出假說

1.閱讀教材“思考·討論”第一、二自然段。在原文的基礎(chǔ)上增設提問：提取細胞膜材料進行化學分析時，卵細胞、紅細胞、神經(jīng)細胞哪一種原材料最好？

2.閱讀分析：1925年兩位荷蘭科學家戈特和格倫德爾的實驗。結(jié)合磷脂分子結(jié)構(gòu)式，主要完成以下活動：

①以小組為單位，在草紙上繪畫出空氣-水界面和磷脂單分子層模型并進行展示、交流。根據(jù)磷脂分子的特點，解釋為什么磷脂在空氣-水界面上鋪展成単分子層？

②以小組為單位，在草紙上繪畫出磷脂雙分子層模型，并進行展示交流。解釋說明為什么磷脂分子在水中能自發(fā)地形成雙分子層？

3.閱讀分析：丹尼利和戴維森推測細胞膜除脂質(zhì)以外，可能還附有蛋白質(zhì)的依據(jù)是什么？

科學史經(jīng)典實驗的分析，目的是學習思維和探究能力，體會根據(jù)已有知識針對某一問題作出合理推測的科學方法-提出假說。為生物膜流動鑲嵌模型的學習奠定基礎(chǔ)。

（五）進行科學探究式學習，培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力

將科學史料轉(zhuǎn)變成科學探究學習材料，將平鋪直敘的學習思考方式轉(zhuǎn)變成科學探究式學習，從而培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設計實驗、進行實驗探究等科學探究能力。例如，閱讀分析1970年科學家熒光標記小鼠細胞人細胞融合實驗，探究問題如：①細胞膜不經(jīng)處理，在顯微鏡下能否直接觀察到細胞膜的流動性？②細胞膜具有流動性，微觀上細胞膜的組分是否可以運動？③要在顯微鏡下觀察到膜的流動性，應該怎么辦？④對細胞膜上的蛋白進行染色和標記，細胞那么小、那么薄，可以很好地把細胞一半染成紅色，另一半染成綠色嗎？等。

（六）積極開展模型與建模教學

科學思維的方法包括比較、判斷、演繹與歸納、創(chuàng)新性思維等，而模型與建模是發(fā)展學生科學思維的重要途徑。在本節(jié)教學中，可充分進行以下內(nèi)容的模型與建模教學：構(gòu)建磷脂分子模型、構(gòu)建磷脂單分子層模型、構(gòu)建磷脂雙分子模型、利用實物構(gòu)建生物膜流動鑲嵌模型。在引導學生構(gòu)建模型時，開展交流展示和互評活動，培養(yǎng)交流與協(xié)作能力、進一步落實發(fā)展學科核心素養(yǎng)的要求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（修訂稿）.北京：人民教育出版社，2017.

[2]朱正威，趙占良主編.普通高中教科書.生物學必修1.分子與細胞.2019.

[3]朱正威，趙占良主編.普通高中課程標準實驗教科書生物必修1.分子與細胞.2007.

作者簡介：

吳玉章，男，1980年10月生，侗族，貴州省天柱縣人，研究生學歷，從教于天津市濱海新區(qū)大港實驗中學，中學一級教師，研究方向為課堂教學研究、教材教法研究。