综合运用科学实验史和模型构建法

潘龙龙 辛光珠

摘要 阐述了运用科学实验史和模型构建法相结合的模式进行“生物膜”一节的教学设计，通过两种方法的结合，既使学生更有效地掌握本节的主要内容，理解生物膜结构与功能相适应的生命观念，又培养了学生创造性思维和模型构建等科学思维，为培养和提高学生生物核心素养的途径提供参考和借鉴。

关键词 科学实验史 模型构建法 教学设计 生物学核心素养

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

1 教材分析及设计思路

“生物膜的流动镶嵌型模型”是人教版高中生物学教材《必修1*分子与细胞》第四章“物质输入与输出”中的第二节。这一节内容是学生认知细胞膜结构和功能的重要组成部分，在本章中占有重要地位。另外，学生只要掌握生物膜的流动镶嵌模型的主要内容，才能正确理解细胞膜结构与功能相适应的观点，为以后学习物质跨膜运输的方式打下基础，也为理解光合作用和呼吸作用等重要的生理過程做铺垫，因此本节内容在整本教材中也有重要的意义。本节课中科学史较多，又涉及生物膜的微观结构，如何高效运用科学史对于学生掌握本节知识有重要作用，因此笔者采用科学史和模型构建法相结合进行本节课的教学。在讲解过程中，教师通过科学实验史的展示，引导学生构建生物膜的基本组成，再逐步引领学生自主构建生物膜的流动镶嵌型，将抽象的问题具体化，从而突破教学的重点和难点，帮助学生理解和内化生物膜流动镶嵌型模型的基本内容。

2 教学目标

（1）说出生物膜的主要成分，阐述生物膜流动镶嵌模型的基本内容，理解生物膜结构与功能相适应的生命观念。（2）自主构建生物膜的流动镶嵌型模型，培养和提高学生构建模型和创造性思维的科学思维。（3）发挥想象和团队合作，分组讨论，提高学生的合作探究意识。

3 教学过程

3.1 问题导入

师生共同回顾上一课的主要内容，教师提出以下问题：为什么生物膜能够控制物质的进出？生物膜具有什么样的结构才能控制物质进出？科学家如何探索生物膜的结构？

设计意图：通过回顾上一节课内容，使学生学习更加连贯;然后，再通过3个问题，引导学生进行积极思考，带着问题学习本节的内容，同时也将本节课的重点和难点巧妙地展示出来，提高教学的针对性。

3.2 学习科学实验史

教师利用PPT展示的科学实验史，引导学生学习科学史的基本内容，并利用思维导图归纳和概括生物膜探索过程。教师强调在构建过程中注意科学家与其对应的假说（图1）。

科学实验史一：19世纪，欧文顿曾用500多种化合物对植物细胞的通透性进行上万次实验。结果发现：凡是可以溶于脂质的物质比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。于是，他提出：膜是有脂质组成的。

科学实验史二：20世纪初，科学家将哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气一水界面铺成单层细胞，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，由此得出结论：细胞膜中的脂质为连续的两层。

科学实验史三：1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构，提出生物膜的模型：所有的生物膜都是由蛋白质一脂质一蛋白质三层构成，而且为静态的统一结构。

科学实验史四：1970年，科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠的细胞表面的蛋白质分子，用红色的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。这两种细胞刚融合时，融合细胞一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40 min，两种颜色的荧光均匀分布。这一实验以及相关的其他实验证据表明细胞膜具有流动性。

教师将学生分成小组，由学生自主构建生物膜的流动镶嵌型模型，强调在构建过程中注意要根据科学研究的结果提出假说，再用科学实验验证假说的思路。

师生共同讨论学生构建的四个典型的生物膜模型图（图2），发现图A、C、D磷脂分子跟B的排布明显不同。教师设问：这四个图中到底哪个是正确的呢？学生讨论，教师提示学生：细胞生活在以水为主的环境中，根据磷脂分子的特性（亲水头部和疏水尾部）进行构建模型。最终，师生共同得出图B为正确的结构模型。

设计意图：通过科学史的学习，掌握生物膜的基本模型，然后通过利用磷脂分子的特性，自主构建模型，培养学生的模型构建能力。另外，通过这一环节使学生将微观问题宏观化，抽象问题具体化，更加有利于学生理解生物膜的流动镶嵌型模型的基本内容。

3.3 运用思维导图，总结本节课内容

教师展示生物膜的结构模型示意图，师生共同以思维导图的形式归纳和概括细胞膜流动镶嵌型模型的主要内容（图3）。

设计意图：通过图片，使抽象问题具体化，将微观的细胞膜结构宏观化，有利于学生理解生物膜的基本结构。教师再利用思维导图，再次归纳和概括本节课的内容，有利于学生记忆和理解教材知识点，也为将来应用和迁移知识点做准备。

3.4 布置课外探究，制作生物膜流动镶嵌型实物模型

教师布置课外作业：尝试制作生物膜流动镶嵌型模型的实物模型（图4），再次使学生理解和掌握基本内容。

设计意图：通过课外作业将课堂内容延伸到课堂外，使学生内化知识。此外，通过制作实物模型，既培养了学生的动手操作能力，也培养了学生模型构建能力。

4 教学反思

通过科学史和模型构建法相结合的方式进行本节课教学，不仅使学生对于教材知识有了更加牢固的理解和掌握，也帮助学生理解了结构与功能相适应的生命观念。此外，通过自主构建生物膜的流动镶嵌型模型的过程，使学生既学习了科学史，又升华了科学史的基本思路和方法，使学生更好地领悟科学研究的基本过程和科学方法，培养了学生构建模型及创造性思维的科学思维，为全面培养和提高学生的生物核心素养提供了途径。因此，在教学过程中，教师如何深度挖掘教材，在新课标的指导下，如何才能更高效进行教材知识的讲解和学生核心素养的培养，也将是今后课堂教学中探索的方向。