基于5E教学模式下“生物膜的流动镶嵌模型”一节的教学过程设计

汪帆姚宝骏＊（江西师范大学教师教育研究中心江西南昌 330022）

基于5E教学模式下“生物膜的流动镶嵌模型”一节的教学过程设计

汪帆姚宝骏＊（江西师范大学教师教育研究中心江西南昌 330022）

利用5E教学模式对人教版生物必修一第四章第二节“细胞膜的流动镶嵌模型”进行教学设计，用“引入”“探究”“解释”“精致”“评价”五个环节可以很好地突破传统教学设计的局限，帮助学生建构科学的知识体系，体会结构与功能相适应的生物学观点。

传统教学设计 5E教学模式 生物膜的流动镶嵌模型 自主建构

文件编号：1003－7586（2017）01－0041－04

1 引言

自1987年起，我国高中生物课程历经多次改革，取得了显著的成效。为适应时代发展的需求，《普通高中生物课程标准（实验）》，提出“提高生物科学素养”“面向全体学生”“倡导探究性学习”“注重与现实生活的联系”的课程基本理念，更强调学习是一个主动建构知识、发展能力、形成正确、情感、态度与价值观的过程。而传统教学设计存在诸多问题，不能很好地贯彻新的课程理念。因此，要改变过去机械传授式的教学方法，让课堂成为主动、探究、自主建构知识的场所。5E教学模式将教学过程分为引入（Engagemen）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）及评价（Evaluation）5个阶段。下面以“生物膜的流动镶嵌模型”一节为例进行教学过程设计，探讨应用5E教学模式进行教学设计，以改善传统教学设计的局限性，从而帮助学生自主建构科学的知识，促进教学任务的完成。

2 传统教学设计存在的问题

传统的教学设计的局限性主要表现在线性倾向、决定论倾向、封闭性和消极的反馈机制等几个方面。

（1）线性指传统教学设计具有线性系统的特征，即线性因果关系假设和整体是其各部分之和。这种线性、无维度的特征造成了设计过程中的机械性，并阻碍着设计流程的开放性，无法应对环境的突变。对于系统外部环境的变化，如社会文化环境的影响等，这种自我封闭式的学习环境显然难以应对。

（2）传统的教学设计理论具有明显的决定论倾向，因而带有可预见性的特征。在教学设计过程中，教师可以预知每一步骤或操作之后的情况，因而可以预期目标的达成。设计者通过界定和描述学生的行为目标可以反映这些变化，并坚信通过实施为教学所开列的“处方”，就一定能够达到既定的目标。

（3）传统教学设计理论把教学设计过程视为一种封闭的系统，其主要隐喻就是将人类视为自我调节、自行加工的机器，而不是去探究教学系统与其环境中其他所有系统间的交往互动关系，仅寻求自身的系统性和完整性，而严重地脱离应用的情境。

（4）系统通过自我调节和控制能力，来抵消和修正与系统的预定目标不一致的外力以及错误，从而去除或修正错误，引导着教学设计过程趋于稳定和平衡。显然,这种反馈机制是在一种封闭的系统中运作的，是一种被动的反馈，无法解释瞬时的事件、突然的变化或系统与其环境的相互联系、相互依赖。

3 5E教学设计理念

5E教学模式是美国生物学课程研究所（BSCS）开发的一种基于建构主义教学理论的教学模式。这种教育模式将教学过程分为引入、探究、解释、迁移及评价5个阶段。其相较于传统的教学模式有以下突出特点（表1）。

4 设计案例

“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版生物《必修1·分子与细胞》第四章第二节的内容。教师运用5E教学模式对这节进行教学设计，可以很好地达到教学目标。教学过程如下。

4.1 引入环节

教师组织学生观察生物实践课制作的真核细胞三维结构模型，并提出问题：（1）塑料袋、普通布和弹力布3种材料中，哪种材料更适合做细胞膜呢？（2）你觉得什么材料更适合做细胞膜呢？

学生互相观察模型，讨论教师提出的问题，试着给出创新性的答案。

表15 E教学模式的特点

教学意图：从制作的模型中找出问题，从互相讨论中得到启发，激起学生的学习兴趣。

4.2 探究环节

教师给出资料1:欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行实验，发现凡是溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。同时，提出问题：（1）欧文顿的实验说明了什么？（2）细胞膜上的脂质具体是什么？（3）除了有脂质还有什么物质呢？

教师给出资料2:科学家第一次将膜从脯乳动物的红细胞中分离出来。化学分析膜的主要成分是脂质和蛋白质，最丰富的是磷脂。教师给出磷脂的结构图。磷脂是由甘油，脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。并提出问题：（1）磷脂分子在空气-水界面上是怎么排布的？画出你认为可能的排布图。（2）想象一下如果搅拌后，磷脂的排布会发生什么变化？

教师给出资料3：1925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—水界面铺展成单分子层，测得单分子层的面积为红细胞表面积的2倍。刚才画出的磷脂排布图中，哪幅图更合理些？

教师提出问题：除了脂质外，蛋白质也是细胞膜的成分。那么蛋白质位于细胞膜的什么位置？并展示资料4，提出问题：罗伯特森在电镜下观察细胞膜是暗—亮—暗的“三明治”的结构，得出蛋白质全部平铺于脂质表面的静态的生物膜结构模型。如果细胞膜是静态的，细胞的生长、变形虫的运动能不能实现？

教师给出事实：其实罗伯特森在电镜下看得到暗区都是磷脂的头部，亮区是磷脂的尾部。随着技术发展，发现有的蛋白质镶嵌在脂质双分子层中。

教师给出人鼠细胞融合实验的资料，提出问题：两种荧光均匀分布说明了什么？

学生认真看教师给出的材料，思考由相似相溶原理可得细胞膜成分主要是脂质，跟着教师的问题串进一步思考。

学生学习磷脂分子的结构，根据亲水“头”部和疏水“尾”部的特点画出其在水-空气界面可能的排布方式如图1所示。

图1 磷脂分子在水—空气界面的排布方式

学生思考问题，想象搅拌后，磷脂尾部可能互相融合,画出图2。

图2 搅拌后，磷脂分子的排列示意

学生思考教师给出的材料，得出磷脂分子两两结合，尾部相连的双分子排布图才是合理的。

学生思考教师给出的资料和结论，根据已有的知识提出异议和合理的猜测，明确“三明治”结构的实质，并得出细胞膜要有流动性。

教学意图：让学生自己思考问题，得出结论，为经一步探索做铺垫；给学生建构自主探究的情境，探究磷脂排布的可能结构；让学生自己判断磷脂排版方式的合理结构，自己得出结论；让学生通过给出的材料和已有知识对蛋白质在细胞膜上的排列方式给出合理的假说。并且在探究中，通过资料分析，转变学生的错误观念。

4.3 解释环节

学生先用自己的语言解释探究结果，形成初步解释后。教师给出被大多数人接受的生物膜的分子结构模型即桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型的内容。

学生参照流动镶嵌模型的内容，转变自主探究过程中的错误概念，理解生物膜流动镶嵌模型的内涵。

教学意图：通过对流动镶嵌模型内容的学习，转变学生错误的前科学概念。

4.4 迁移环节

教师引导学生总结生物膜结构特点。通过，给出细胞膜运动的实例，进行信息交流的实例、蛋白质运输物质的实例，提出问题：（1）运用生物膜流动镶嵌模型的内容解释这些功能。（2）蛋白质是有很多是极性的，那么全部嵌在生物膜非极性的磷脂尾部的蛋白质，是否稳定呢？猜想在其行使什么功能时这样的排布会暂时存在？

学生思考并回答教师问题：（1）运用流动镶嵌模型的内容解释其相应的功能。（2）根据相似相溶原理，全部嵌入双分子层的极性蛋白质不稳定。猜想是运输物质时会全部嵌入双分子层中。

教学意图：通过对实例的解释，进一步理解生物膜流动镶嵌模型，体会结构和功能相适应的生物学观点。

4.5 评价环节

教师组织学生互相阐述生物膜结构模型的探索历程。根据结构和功能相适应的观点，学生阐述并修改后的生物膜结构模型的材料及构造。教师给出自评表，并提出问题：生物膜的流动镶嵌模型真的是完善的吗？同时出示2003年的诺贝尔化学奖授予了研究细胞膜通道蛋白的科学家的资料。

学生阐述生物膜结构模型的探究历程以及细胞膜模型材料的选择，完成自评表。

教学意图：通过互相讨论、自主评价对生物膜流动镶嵌模型知识的掌握和应用，使学生并体会科学探究是无止境的。

5 案例解读

5E教学模式可以很好的突破传统教学设计的局限性。

（1）其与传统教学设计理论的线性特征相对应,非线性的教学设计则表现为对初始条件的敏感性和整体主义的基本设计思路。“引入”部分，该教学设计以展示实践课制作的真核细胞三维结构模型开始，教师提出最适于做细胞膜材料的问题，学生的己有知识与教师创设的情境之间产生了认知冲突。这一敏感的认知冲突是实现概念转变的转折点，会激发学生进一步探究的欲望。5E教学模式的各个环节是相互联系的，不是孤立的。这种非线性教学设计的整体性的设计结构，具有更强的灵活性，不仅能够适应系统外部的情境变化，而且也能够顺应系统本身的动态发展。

（2）5E教学模式通过与传统教学设计理论的决定论倾向相对应，“探究”过程的层层深入和“解释”部分对知识的明确，“迁移”部分对知识的拓展，以及“评价”部分对知识掌握的全方位评价，把复杂的学习过程及出现的不可预见的各种错误观念通通转变为通往科学的知识体系的过程。

（3）与传统教学设计的封闭性相对应，5E教学模式是开放的系统。教学设计过程的5个步骤表现出相互依赖性。它们之间不是孤立的、相互排斥的，而是相互联系、相互作用的动态的的活动。这种弹性的教学系统设计模型能够适应学习过程中的非预期的或未预知的偶然性，也就是说，能够充分考虑其应用情境中各方因素的影响。

（4）与传统的教学设计的消极的反馈机制相对应，其反馈机制是积极的。在5E教学模式开放的系统中，通过层层深入的探究活动，逐渐暴露学生的错误概念，而不是机械的抑制错误观念的表露，这为之后的概念转变和概念界定创造条件，也是后续学习的动力。

6 总结

传统的教学设计理论具有自身的局限性，无法适用于设计那些以深层次的概念改变、探究、发现等高级学习为目标的教学系统。5E教学模式从激发学生学习兴趣开始，经过一系列问题串层层深入，帮助学生自主建构科学的知识，符合课标提出的理念，也符合学生的认知规律。因此，应用5E教学模式对“生物膜的流动镶嵌模型”一节进行教学过程设计，更有利于教学任务的完成。

G633.91

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＊为通讯作者