基于“模型建构”的“生物膜的流动镶嵌模型”一节的教学设计

王应慧

摘 要：本节课以科学家探索生物膜的科学史为基础，聚焦生物学核心素养，以“问题串”为主线凸显脉络，层层深入，引导学生逐步分析科学家的实验和结论。利用模型建构突破结构与功能相适应的难点，并在模型建构过程中通过小组的讨论、合作、质疑等环节来体现生物学学科的育人价值。

关键词：科学史;核心素养;模型建构;教学设计

一、教材分析及设计思路

本节是人教版高中生物必修一《分子与细胞》中第四章第二节的内容。第四章共有三节，第一节主要从实验实例来说明细胞膜是选择透过性膜，这种膜的特性与结构有关，所以第二节内容是学习生物膜的结构，生物膜的结构又是解释第三节内容“物质跨膜运输的方式”的基础。由此可见，本节《生物膜的流动镶嵌模型》在第四章中起着承上启下的作用，并体现出了结构与功能相适应的观点。

本节课采用“提出问题→提供资料→做出假设（构建模型）→实验验证”的教学模式。对探索历程的内容教学以“问题串”的形式凸显脉络，层层深入，引导学生逐步分析科学家的实验和结论。具体教学程序如下：

二、教学目标

基于课程标准的内容要求，并围绕培养学生核心素养的要求，制订了如下教学目标：

（一）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，体会“提出假说”这一科学探究方法，提升科学思维能力。

（二）通过尝试建构生物膜的物理模型，形成结构与功能相适应的生命观念。

（三）通过生物膜结构发现史的学习，正确认识技术手段在科学研究中所起的作用;感受科学发展是一个长期而艰辛的过程，培养崇尚科学的社会责任。

三、教学过程

（一）猜谜活动，导入新课

教师呈现猜谜诗《是谁》，学生讨论回答诗中的“谁”是细胞膜。教师引导学生回顾生物学观点得出生物膜的结构和功能是相适应的，那么什么样的结构才使得生物膜能完成以上的功能呢？

设计意图：通过谜语活动点燃学生的好奇之火，激发学生对生物膜结构的强烈兴趣和渴望探索的动机。

（二）设置问题串，重温探索历程

1.问题1：磷脂在细胞膜中是怎样分布的呢？

教师展示磷脂分子的小资料，学生根据磷脂分子的结构特点用手势来展示磷脂分子。学生以小组为单位利用教具建构细胞膜中磷脂分子的排布模型并作简要分析。

教师展示[资料3──实验验证]：荷兰科学家实验。根据资料，学生不难得出细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层，验证了我们模型构建的科学性。

设计意图：通过对细胞膜的内外生活环境的分析，让学生尝试构建模型，并阐述构建理由，使学生理解结构与功能相适应的观点，体现学生“自主、探究、合作”的学习方式。

2.问题2：蛋白质在细胞膜中又是怎样分布的呢？

教师展示[资料4──实验现象]罗伯特森在电镜下对细胞膜的观察。学生根据相关知识，以小组为单位利用教具建构细胞膜中蛋白质分子的排布模型并作简要分析。

设计意图：通过继续对资料分析，再次进行模型构建，强化“功能与结构相适应”的观点。通过对电子显微镜的介绍，使学生意识到技术进步推动了科学探究的发展。

（三）新技术带来新模型

教师展示[资料5]荧光标记技术──细胞融合实验。教师提问：（1）实验的现象是什么？（2）实验结论是什么？学生给出答案。教师继续展示磷脂分子的运动示意图。师生共同分析、归纳得到生物膜具有流动性。教师提问：会运动的蛋白质分子在细胞膜中到底如何排布呢？教师展示实验现象：研究发现脂溶性物质容易通过人工的无蛋白质的脂双层，但氨基酸、葡萄糖等不能通过无蛋白质的脂双层。学生根据实验现象，大胆猜想，以小组为单位再次利用教具构建细胞膜中蛋白质分子的排布模型。

教师展示[资料6──实验验证]冰冻蚀刻电子显微镜下的细胞膜图片。学生观察图片得出蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶嵌或贯穿于在脂质双分子层中的。

设计意图：通过第三次构建模型，进一步突出模型建构方法：实验现象、推理想像→提出假说→进一步验证完善→不断发展，进一步引导学生从“结构与功能相适应”的观点出发分析问题。

（四）智慧升华，形成共识

教师播放动画演示细胞膜流动镶嵌模型，并布置自学任务：绘制细胞膜的亚显微结构示意图，要求：（1）准确绘制出细胞膜的基本支架、蛋白質的三种位置。（2）准确标注出各部分的结构名称。

设计意图：通过动画演示和学生自己绘制示意图，强化生物膜“流动镶嵌模型”的基本内容，突出教学重点。

（五）课堂小结

师生共同回顾对生物膜的探索历程。教师提问：从生物膜结构的探索历程中，你受到哪些启发？生物膜的流动镶嵌模否已完美无缺呢？学生畅所欲言表达自己的看法。

设计意图：通过对探索历程的回顾，对学生进行科学精神和科学品质渗透。

四、板书设计

五、教学反思

本节内容教学过程在设计时，本着以学生在学习与发展中的主体地位为核心的思想，根据学生已有的生物膜的基础知识，通过设置问题，提供资料，让学生作出假设并建构模型，再以提供科学家的有关实验加以证明，有效地帮助学生梳理并体验建构模型的方法。