基于HPS教学理念的“生物膜的流动镶嵌模型”的教学设计

傅秋月+邵兴海+陈永晶+杨华

【摘 要】基于HPS教学理念，对“生物膜的流动镶嵌模型”一课进行科学史探究取向的设计，能够让学生重温不同时代背景下科学家探究生物膜的方法，同时使学生懂得科学实验的漫长和艰辛，激发学生的想象力和创造力，从而形成正确的科学观念。

【关键词】HPS 科学史探究 生物膜结构 教学设计

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）03B-0094-02

一、设计理念

我国高中生物课程标准提出，要注重生物科学史的学习。学习生物科学史，让学生理解科学研究方法，掌握科学本质，是发挥自然科学这种潜在教育的重要途径。在当今提倡科学素质教育的大环境下，我们迫切需要一种有效的方法来促进学生对生物科学史的学习，而HPS教育模式即是一种可靠的选择。

HPS教育是科学史（history of science）、科学哲学（philosophy of science）和科学教育（science teaching）的缩写。最早由奥地利科学家马赫提出，后来由英国学者奥斯本（J.Osborn）和盂克（M.Monk）把它发展成为中小学科学课程的一种新的教学模式，我国于1997年引入。此模式旨在让学生发现、探究科学现象的本质，培养其科学探究能力和批判精神，进而提高科学素养。基于HPS教学模式，笔者对人教版必修1“生物膜的流动镶嵌模型”一课进行了设计，渗透科学探究的过程与方法，以期让学生学习新知的同时感悟科学，感受科学探究的艰辛和乐趣。

二、“生物膜的流动镶嵌模型”教学设计

（一）演示现象，情境激惑

多媒体播放实验过程：实验人员用显微注射技术把伊红注入变形虫体内，结果发现伊红很快扩散到整个细胞。设疑：观察变形虫的变形运动，伊红物质能够逸出细胞吗？这说明了细胞膜的什么功能？细胞膜的这种功能与其结构有关系吗？

设计目的：观察变形虫的变形运动，同学们在兴趣盎然中直观看到细胞膜的流动性。同学们已经初步具备了功能与结构相适应的观点，所以不难推断出细胞膜的选择透过性是与其结构有关系。那么细胞膜是由什么材料组成的？具有什么结构呢？通过问题引入新课，激起学生的求知情感。

（二）讨论交流，引出观念

同学们根据前面学过的知识展开讨论，并发表自己的看法。比如同学甲认为细胞膜有脂质这种结构，所以脂溶性的物质能够通过细胞膜。同学乙认为就像变形虫的细胞膜可以变动一样，其他的生物膜也是流动的。

（三）穿越时光，感悟科学

循着科学家探究的脚步，借助多媒体，讲解几个经典实验。首先，重温“对生物膜结构的探索历程”。其次，引导学生以学习小组的形式进行合作学习，归纳和完成以下表格。教学中，要启发学生思考，从科学家的探究历程中你有什么感悟？在生物膜模型的建立过程中，什么因素起到了关键性作用？你认为他们的实验的巧妙之处在哪里？

设计目的：生物膜结构的发现史主要包括四个需要探究的科学主题。研究生物膜，首先要知道生物膜是由什么组成的，这是第一个科学主题。知道膜的主要成分是脂质和蛋白质后，就是探究它们是怎么构成生物膜的，这就是第二和第三个主题。知道脂质和蛋白质的排列之后科学家们就得到了“蛋白质—脂质—蛋白质”这个静止的生物膜模型，但是这个模型很快就遭到了质疑。于是就有第四个科学主题：研究生物膜结构是静止的还是流动的。每个主题的探索过程都具备了科学探究的主要步骤，即“提出问题一作出假设—实验验证—得出结论”。让学生重温历史，一方面让学生在合作学习过程中学习建立生物膜模型，形成以四个科学结论为主要线索，学习科学探究的基本方法；另一方面，让学生沿着科学家探索的道路，体验科学家的思想和精神，感受科学探索的艰辛和乐趣，理解科学技术和社会因素对科学发展的制约，从而渗透HPS的教学理念。

教师讲解目前为大多数人接受的“生物膜的流动镶嵌模型”。学生归纳，总结该模型特点。

设计目的：培养学生归纳分析、总结能力。

教师追问：流动镶嵌模型是不是完美无缺了呢？学生很容易想到随着科学的进步，生物膜模型还会不断被修正。

设计目的：渗透科学的本质观——人类对自然界的认知是永无止境的。细胞膜的更为精确、细微的结构会随着技术的进步和人类的探究不断完善。

（四）加深理解，模型建构

小组之间相互交流，根据已归纳出的生物膜结构特点的理解，教师结合学生特点，实施分组和讨论制作生物膜模型的方案，两周后请其中若干组学生派代表上台展示自己组建的模型，介绍本组的成员，模型制作的过程中有哪些困难等，同时请其他组认真聆听，指出该组所建的模型的优点和缺点。

（五）深化感悟，总结提升

教师与学生一起进行反思和总结，并结合发现史让学生谈谈个人的体会，帮助学生深刻理解科学探究本质。最后总结人类社会的进步，技术是关键性原因，而技术的成功，则需要一代代的科学家经过坚持不懈的探索，一步步地接近科学的本质。每一次小小的成功最终形成了科学发现史上的一大步，这个过程是漫长和艰辛的。希望同学们在生活中要有一双发现问题的眼睛，大胆提出疑问，敢于探究。

三、教学反思

在本节课中学生沿着科学家探索的道路，领悟了科学研究的方法与科学的本质，其获取的不只是知识，还有生物科学素养的提高，尤其是探究能力的提高。学生结合探究历程，感悟很多。如学生从欧文顿的科学探究意识到这是一个很严谨的、艰辛的、枯燥的工作，要经历很多的尝试才能有结果。科学家这种坚持不懈，吃苦耐劳的精神，持之以恒的态度值得我们学习。实验技术的进步推动了对生物膜结构的建立，例如，光学显微镜的发明，使人们在宏观上直观看到了膜的存在，而电子显微镜的诞生让人类彻底看清了生物膜的结构；荧光标记法证明了细胞膜具有流动性，同时也间接证明了膜蛋白的识别作用。没有这些技术的支持，人类的认识很难提高。在做实验时要有严谨的推理和大胆的想象，假说也要通过观察的实验进一步验证和完善，生物膜模型是在很多科学家的理论基础和依据下建立的。

【参考文献】

[1]胡有红.HPS教学模式在高中生物教学中的应用[J].中学生物学，2012（5）

[2]袁维新.科学教学通论[M].北京：人民出版社，2013

[3]袁维新.HPS教学模式和光合作用发现过程的教学案例[J].生物学教学，2004（12）

[4]蔡其勇.科学哲学的文化转向及其对科学教育的影响[J].教育研究，2008（6）

【作者简介】傅秋月（1989— ），女，广西师范大学硕士研究生；杨 华（1955— ），男，广西师范大学教授。

（责编 卢建龙）