利用科学史培养不同生物科学素养的研究

张倩

摘 要：文章通过两个教学案例来说明利用一个科学史内容可以培养学生不同的科学素养。运用项目教学法及合作学习策略对“生物膜结构的探索历程”一课分析、解读，并设计思路清晰、可操作的教学设计。

关键词：科学史；生物科学素养；同课异构

我国课程改革提出提高科学素养的理念，《高中生物课程标准》指出生物学史能够带领学生体会科学家探索生物世界的道路，从而更好的理解科学本质和科学研究方法，对提高学生的科学素养是很有意义的。本文利用同课异构思想研究科学史培养不同生物科学素养的方法。

1.教材内容分析

“生物膜结构的探索历程”是人教版必修一第四章第二节的内容，教材中选择了7段探索生物膜结果的科学史资料。对其编号并整理如下：

编号时间科学家事件结论

一19世纪末欧文顿对植物细胞进行通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。膜是由脂质组成的

二20世纪初科学家将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，进行化学分析膜的主要成分是脂质和蛋白质

三1925年两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺成单分子层，测得单分子层得面积恰为红细胞表面积的两倍。細胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层

四1959年罗伯特森电镜下观察到细胞膜暗-亮-暗的三层结构，把生物膜描述为静态的统一结构。提出生物膜单位膜模型

五20世纪60年代科学家对于生物膜是静态的观点提出质疑；新的技术手段不断运用于细胞膜的研究发现蛋白质镶嵌在脂质双分子层中

六1970年L.D.Frye和H.Edidin绿色荧光染料标记小鼠细胞表面蛋白质分子，红色标记人细胞表面蛋白质分子。两细胞刚融合时，一半绿光一半红光。在37℃下40min，两种颜色均匀分布。细胞膜具有流动性

七1972年桑格、尼克森新的观察和实验证据提出流动镶嵌模型

2.以培养探究能力为主的教学策略设计

采用项目教学法，它是建构主义指导下研究性学习的重要策略，旨在把学生融入有意义的项目活动中，让学生积极地，自主地进行知识构建。在项目教学法中，教师将知识的学习分为若干项目，每个项目交由学生完成，教师给予指导。本设计分三个项目来探究：

2.1探究生物膜中的化学组成。教师呈现资料一，指导学生阅读，提出问题（鼓励学生提出问题），教师总结学生提出的问题，并提出补充问题。学生分组讨论（教师提供指导），各组代表发表讨论结果、组间交流，教师总结，得出结论：膜是由脂质组成的。

2.2探究脂质的排列方式。学生回忆脂质相关内容，教师讲解生物膜中所含脂质为磷脂并展示结构，指出其亲水性头部和疏水性尾部。提出问题：磷脂分子在空气-水界面和水中的排列方式。学生分组讨论，并画出磷脂分子的可能排列方式。对学生所画排列方式进行点评，学生自我分析如此排列的原因。教师呈现资料三，学生阅读，获得磷脂分子为双分子层的结论。

2.3探究脂质和蛋白质的组合方式及特点。教师提出问题：蛋白质分子在磷脂双分子层中是如何排列的？提醒学生用相似相溶原理思考。分组讨论并提出观点，总结蛋白质在细胞膜上排列的全部可能。教师展示电镜下生物膜结构的图片，对比找出异同。引导学生得出蛋白质分子是镶嵌或贯穿于磷脂双分子层的结论。教师呈现资料六，学生分析得出：生物膜中的蛋白质是运动的。教师进一步说明磷脂分子也是可以运动的。因此生物膜是具有流动性的。据此，科学家提出了流动镶嵌模型。教师提供资料七，学生阅读。引导学生建构生物膜的流动镶嵌模型。

教师引导学生总结探究的一般过程：提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流。

3.以培养模型方法为主的教学策略设计

采用合作学习策略。是学生以小组的形式学习，学习的责任由教师转移到学生，学生不仅要自己学会，还要帮助小组中的其他成员学会。首先应对学生进行分组（或自行建组）。

3.1设疑导入。提问：用什么材料做细胞膜？现在有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你选用哪种材料呢？为什么？学生小组讨论、交流、回忆细胞膜的功能，并说出选择的材料和选择的依据。补充并引出课题：生物膜是由什么构成的？

3.2构建磷脂分子模型。教师呈现资料一，学生阅读，了解组成生物膜的一种物质是脂质。教师展示磷脂的结构，提出问题：磷脂分子在空气—水界面上怎样排布？每组学生讨论并画出可能的排列方式。展示模型，交流并相互点评，得出磷脂在空气—水界面上的排列方式。教师呈现资料三，学生阅读。提出问题：细胞膜的磷脂分子是怎样排列为两层的？

3.3构建双层磷脂分子结构。分组讨论问题，画出可能的排列方式。各组学生展示模型，交流、点评，得出在水中磷脂双分子层的结构。教师呈现资料二，提出问题：蛋白质是怎样分布的？

3.4构建蛋白质—脂质模型。呈现资料四，学生阅读，了解罗伯特森的单位膜模型。根据此种假说，各小组画出可能的蛋白质—脂质组合结构模型。提供资料五，学生得出该模型是不正确的。蛋白质正确的排列方式不仅平铺在表面，有的镶嵌甚至是贯穿在磷脂双分子层中。教师请每组学生根据这种说法画出可能的蛋白质—脂质模型。呈现资料六和资料七，分组讨论，总结生物膜流动镶嵌模型的基本内容，各组发表观点，相互交流，总结出生物膜流动镶嵌模型的内容。

4. 总结

运用项目教学法及合作学习策略体现了现代教学论的思想，即学生主体、教师主导。设计的两个教学案例说明利用“生物膜结构的探索历程”的科学史可以培养学生的探究能力和建模能力。由于时间及客观条件的限制，不能进行教学实践，无法验证本文设计的案例在课堂实施效果。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部制订.普通高中生物课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003：7.

[2] 宋世亮.“生物膜的流动镶嵌模型”的探究性教学设计[J].中小学教学研究，2010（6）：40-41

[3] 曾志新.合理利用科学史，提高学生的探究能力——以“生物膜流动镶嵌模型”设计为例[J].新课程（中学），2013（7）：150-151