利用生物科学史进行探究性教学

肖瑞兰

摘要 以高中生物必修一第四章第二节“生物膜的流动镶嵌模型”为例，介绍如何利用生物科学史上的经典实验组织探究性学习，并结合案例对探究性教学过程进行反思。

关键词 探究性教学 教学反思 生物科学史

中图分类号 G633.91

文献标志码B

1 教材分析

本节是高中生物《必修1*分子与细胞》第四章“细胞的物质输入和输出”第二节“生物膜的流动镶嵌模型”的内容。在必修一第三章第一节“细胞膜——系统的边界”一节已知组成细胞膜的成分主要是磷脂和蛋白质;在第四章第一节“物质跨膜运输的实例”中又明确细胞膜可以控制物质进出，并且对进出细胞的物质是有选择性的。

2 教学过程

教师提出引课疑问：为什么生物膜可以控制物质进出？这与生物膜的结构有什么关系？

学生活动：自主阅读课文“对生物膜结构的探索历程”部分，概括总结关于生物膜研究的科学史。

教师提供背景知识：磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸组成的分子，磷酸的“头部”是亲水的，脂肪酸的“尾部”是疏水的。教师要求学生观察教科书P66“思考与讨论”磷脂分子结构式及模型，同时出示自制的模型。

学生小组讨论①：为什么磷脂分子在空气一水界面上铺展成单分子层，而科学家如何从这一现象推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？

各小组积极分析科学史，但突破以上问题明显遇到一些困难，产生了很多疑问：有的小组提问如何理解“疏水”“亲水”;有的小组要求解释“空气——水”界面;有的小组置疑生物膜应该不是由一个磷脂分子构成的;还有一个小组在争论问题的关键“2倍”的事情。只有一个小组的讨论结果对以上问题有所突破，他们直接绘制出了磷脂分子排布方式。

教师并没有直接解决各组的疑问，而是先请各小组向全班出示自己的疑问，然后请绘图小组代表按照他们绘图的思路解释了他们对各个小组疑问的理解，他们较正确地解释了各小组的困惑。争论“2倍”问题小组受到启发，积极地修正自己的结论。其后，教师提供给学生第二个讨论问题。

小组讨论②：磷脂分子如何构成细胞膜？

有了讨论①的铺垫，各小组都有了一定的思路，讨论更加积极热烈，很快都在自己的稿纸上绘制出了自己的设想。教师挑选有代表性的三个小组在黑板上用模型展示了讨论结果。

在展示过程中，学生大受启发，积极性继续高涨，师生集体商讨最佳模型。此时，教师再展示图片对模型进行完善强化，进一步加深学生印象。

小组讨论③：除脂质外，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呢？

教师提醒学生回归课本，再次阅读P66内容，提醒学生用蛋白质分子模型补充完善之前构建的磷脂双分子层模型，进一步健全细胞膜结构模型。有了之前的思路，结合课本科學史的概述，学生很快完成。

教师再质疑：这一模型是静态的吗？

各小组均注意到了教科书中关于细胞膜流动性的实验介绍，但不太理解该实验内容。某学生直接提问：“只是蛋白质分子在运动吗，怎么运动？”教师表扬该学生提问的针对性，然后播放了生物膜结构及其流动性结构特点的演示动画，让学生更直观地观察蛋白质和磷脂分子在膜上的排布及运动情况。至此，学生脸上的表情由一路的疑惑、顿悟、再疑惑，到满足和信服。然后，教师指出细胞膜与生物膜的异同，再进行课堂小结（图1）。

最后，教师组织学生对本节课发表感想。学生由衷赞叹科学家思维的严谨、实验设计的严谨巧妙，以及显微镜、同位素标记技术等对科学研究的巨大贡献。学生认识到：科学家的每一个发现或发明都必然经历了漫长艰辛的探索过程，是众人智慧的结晶，科学学说的建立过程是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程，科学发现需要科学思维和实验的结合。学习也不是一件简单的事情，需要像科学家那样有潜心研究、不怕困难、坚持不懈、善于与他人相互借鉴相互学习的精神。学生在教师的指导下进行的探究实际上是简化了的模拟活动。

3 教学反思

3.1 充分运用科学史组织探究性学习

美国科学家萨顿曾说：“一部科学史，在很大程度上就是一部工具史，这些工具，无论有形或无形，都是由一系列人物创造出来的，以解决他们遇到的某些问题，每种工具和方法都是人类智慧的结晶。”科学史的内容在很大程度上反映了科学家的探究活动与方法，是理解科学探究、掌握科学方法的良好范例。教师利用科学史组织探究性学习，可以让学生站在巨人的肩膀上，亲历探究过程、领悟科学方法、获取科学知识、提高科学精神、激发学习兴趣。在教学中，教师应充分运用科学史组织探究性学习。

3.2 精心设计探究过程，合理调控探究难度

探究活动对学生的思维能力提出了一定的要求，教师在课前一定要认真分析，精心设计，控制好问题的难度和梯度，适时启发引导学生，确保探究活动顺利、有序进行。例如，本案例中教师首先要求学生阅读课本内容，完成科学史的表格，使得学生对本节课将要突破的问题形成初步的认识;然后设计了逐层递进的讨论问题，引导学生一步步分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学家的魅力，始终保持高昂的兴趣。再如，本案例中教师找到了能绘制出模型图的小组代表来解答其他各个小组的各种疑问。这样既让思维能力较强的学生得到了锻炼和表现的机会，又让更多没有及时形成较成熟思路的学生得到了启发，降低了他们的思维难度，有利于他们形成自己的结论。

3.3 敢于放手，相信学生

课程改革多年来一直致力于实现“将课堂交给学生”，可至今为止，能真正做到这一点的教师依旧少之甚少，包括笔者自己在内，多数课堂依旧不敢大胆放手，一直在试探与摸索中试图改变传统教学模式，但成功的案例不多。本节课上，教师只做了布置任务、提出问题、做小结几步工作，其余知识性的内容基本都是学生自己完成的，他们互相合作、互相质疑、互相启发，气氛积极热烈。整节课后笔者感觉不仅酣畅淋漓，更惊讶于学生力量的强大，他们只要有了清晰的引导方向，很多问题都是可以自己来完成的。所以教师适当的放手，可能会得到让人意想不到的结果。但放手不等于不管，自主学习并不意味着全让学生自己学，教师要深入了解和研究学生，在学生自主学习过程中要注意引导，当学生对知识不理解或操作不规范时要及时帮助。这样才能确保教学活动顺利快捷地进行，使学生获得知识、能力，并使智力得到发展，从而完成教学目标。

3.4 利用多媒体等多种教学手段充分为学生服务

本节课笔者采用了多媒体和自制教具两种教学手段辅助教学，最终效果证实这为教学过程出了大力。如，当教师出示自制的磷脂分子模型时，学生眼前一亮，产生了兴趣，自然而然就会主动去研究，重难点突破起来就容易了很多。再如，当学生都通过讨论大体认识了磷脂双分子模型后，教师用图片和动画对这一模型进行了演示，这种直观形象的方式使得学生对知识的印象更加清晰明确，学习起来轻松了很多。这些不同的教学手段促进了教学形式的多样、教学过程的优化和教学质量的提高，给课堂教学的改革注入了新鲜的空气。所以，多媒体等多种教学手段在课堂上的使用是很有价值的，但必须精心准备，恰当使用，否则可能花里胡哨，流于形式，结果适得其反。

参考文献：

[1]周红.用生物科学发现史进行探究性学习[J].生物学教学，2005，（7）：14-15.

[2]李新民.高中生物探究式教学模式的构建及实践[J].中小学教师培训.2014，（3）：20-21.