巧用探究活动建构生物学核心概念

何苏琪

［摘 要］A教師的高一生物“细胞膜的结构与功能”公开课，尝试运用探究式教学的方法引导学生建构生物学核心概念，帮助学生深入理解各个概念的实际意义，而不是单纯地让学生死记硬背。A教师设计的活动层层递进、逻辑紧密、新颖有趣。文章通过呈现该课的课堂实录，为生物学教学提供新思路，希望教师能更好地帮助学生在探究活动中爱上生物，培养科学思维，学会科学探究。

［关键词］探究活动；核心概念；课堂实录

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）02-0090-05

【背景信息】

核心概念是指位于学科中心位置的概念性知识，它是学科知识结构中一般概念的上位。很多学生在学习核心概念时遇到了障碍，因此教师需要通过优化教学，帮助学生由浅入深地掌握核心概念。其中一种有效方法就是通过探究活动引导学生建构核心概念。高中生物学是一门注重实践探究的学科，要想提高学生对生物学概念的验证能力，教师需要重视学生生物学探究本领的培养，多尝试利用实践探究的方法开展学科教学［1］。对此，在高中生物学教学中，教师要从学生的兴趣爱好入手，为学生设计一些具体的探究活动，以激发学生的学习兴趣，让学生在探究过程中锻炼和提升能力。

A教师的公开课重点讲解“细胞膜的结构与功能”。课程标准对此内容的要求是：概述细胞均由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流；分析细胞膜成分和结构的探究历程及其他资料，能基于事实和证据进行推理论证，提出或否定假说（模型），感悟科学在质疑与创新中不断发展［1］。为了达到课程标准的要求，提高学生能力，A教师采用探究式教学，通过紧密串联的问题和探究活动，帮助学生建构核心概念。A教师设计的活动与生产生活实践相结合，富有意义，能有效激发学生探究和讨论的热情。

【课堂实录】

一、联系生活实际，巧妙设疑——细胞膜功能探究

此次公开课，A教师选择自己所带的班级学生作为授课对象。该班学生思维不太活跃，平时成绩中等。对于这样的班级，如何活跃课堂气氛，让学生主动参与探究过程？

A教师首先进行了朗读：

“结婚仿佛金漆的鸟笼，笼子外面的鸟想住进去，笼内的鸟想飞出来，所以结而离，离而结，没有了局，又说像被围困的城堡，城外的人想冲进去，城里的人想逃出来”。

这些话源自钱钟书先生的《围城》。在A教师富有情感的朗读声中，学生会心一笑。结合朗读内容，A教师提问：“围城的边界是什么？”学生集体回答：“城墙。”A教师趁势继续叙述：“每个系统都有它的边界，国家的边界是边防线，人体的边界是皮肤和黏膜，那么细胞作为最基本的生命系统，它的边界是什么呢？”学生根据已有知识，有的回答“细胞壁”，有的回答“细胞膜”。从这里就可以看出学生的认知冲突。有了冲突教师再去解答，能使学生更好地理解知识点。教师顺势向学生介绍细胞壁并提问：“细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，细胞壁对细胞起着支持和保护的作用，但是它具有全透性，也就是说任何东西都能透过它进入细胞。那么，它能作为边界吗？”学生结合教师呈现的资料积极讨论，认真思考，但没有人说出自己的想法。A教师用温和的目光看着学生，鼓励他们，给他们时间思考。终于有第一个学生举手了，接下来是第二个、第三个。A教师请一位学生发表看法。经过积极讨论和认真思考，学生回答得很精确：“边界必须能阻挡一些物质的进入，就像我们国家的边界，敌人是不能进入的。”A教师对该学生进行了肯定，然后追问：“所以，细胞的边界应该是什么呢？”学生回答：“细胞膜。”由此，引出了此次教学的主题。A教师继续推进教学：“作为细胞边界的细胞膜有什么结构与功能呢？接下来我们共同进行探讨。”说完，A教师转身在黑板上写下了本节课的标题“细胞膜的结构与功能”。

引入问题后，如何开展核心概念教学尤为重要。本节课的第一个核心概念是“细胞膜的功能”。细胞膜的功能有四个，表面上通俗易懂，实际上要真正理解透彻并记忆下来还是有难度的。与生活实际相结合，与生活中微小的现象相联系，能帮助学生理解和记忆生物学概念，也能激发学生的学习兴趣。

A教师组织活动1：体验“卵黄膜”。第一步，A教师提出问题引发学生思考：“鸡蛋黄与鸡蛋清被什么样的结构分隔开？体现了细胞膜的什么功能？”第二步，A教师拿出一个鸡蛋，当着学生的面敲开，将鸡蛋黄和鸡蛋清放到碗中。第三步，A教师端着盛有鸡蛋黄和鸡蛋清的碗走下讲台，请学生摸一摸鸡蛋黄，感受它的表面。摸了鸡蛋黄的学生惊奇地喊出声：“它外面有层膜。”第四步，A教师提问：“这层膜有什么作用？”学生大声地回答：“它能把蛋清和蛋黄隔开。”第五步，A教师提问：“除了能隔开蛋清，它还能隔开什么？”有学生思考，回答：还能隔开细菌和病毒。第六步，A教师肯定学生的回答，并进行总结：“实际上，受精后的鸡蛋是一个受精卵，我们可以看到蛋黄上有一个小白点，它就是胚盘，蛋黄为受精卵提供营养物质，在蛋黄外包裹的那层膜就是细胞膜（卵黄膜）。由此我们可以知道细胞膜的第一个功能——将细胞与外界环境分隔开来。”在引出该功能后，A教师在黑板上板书：第一个功能。

除此之外，生物学知识点多，于是教材也进行了改编，更贴合逻辑，更有利于学生的理解探究。因此，教师要学会利用教材，可结合教材“问题探讨”栏目中的材料进行知识讲授。本节课，A教师充分利用教材内容设计探究活动。为了让教材实验更直观、更易理解，A教师列举了生活中的一个常见例子并进行交流互动。

师：台盼蓝可以用来检测细胞是否存活，这里有两幅图片，请同学们判断哪幅图中是活细胞，哪幅图中是死细胞。

（学生犹豫不决，没有思路，面面相觑）

师：色素是不是细胞需要的东西，能不能轻易进入细胞？色素什么时候才能进入细胞呢？

（学生在教师的提醒下，恍然大悟）

生1：我明白了，有细胞膜做边界，色素不能进入细胞，除非细胞死了，所以变蓝的细胞是死细胞，没变蓝的细胞是活细胞。

师：由此可以看出细胞膜的功能是什么呢？

（学生沉默，不知怎么描述）

可以看出，学生平时表达自己的机会比较少。A教师也知道自己班上的学生思维较不活跃、表达能力不强，所以并不着急。她给了两分钟时间让学生进行再思考。

师：细胞死后，细胞膜的功能随之消失，色素由此得以进入细胞，而活细胞的细胞膜能正常发挥功能，因而色素不能进入细胞。

生2：细胞膜的功能是控制物质进出细胞。

师：很好，细胞膜能控制物质进出细胞。细胞需要的物质能进入细胞，不需要的物质一般不能进入细胞，这其实就是细胞的选择透过性。

当然，生物学知识既有“特殊”又有“一般”，而这“特殊”之处往往是学生容易忽视的。A教师十分重视这一点，进行精准发问。

师：细胞膜的选择透过性是绝对的吗？细胞不需要的物质一定不能进入细胞吗？

生3（下意识地回答）：不是绝对的。

教：你能举出例子吗？

生3：有些病毒还是能进入细胞，感染人体的。

由此可以看出，A教师不仅通过探究活动锻炼了学生的思维，还采用层层设问的形式引导学生解决问题，提高了学生解决问题的能力。同时，为了让学生更好地理解细胞膜的这一功能，A教师联系生活实际，向学生描述生活中常见的现象。

师：把苋菜浸泡在清水中，水不会变色，若将其煮熟，可以发现水变成了红色。这是为什么？（检测学生是否理解了细胞膜的这一功能）

生4：因为苋菜泡在清水中，细胞仍是活细胞，色素不会出来，而将苋菜煮熟，细胞则变成死细胞，细胞膜会失去选择透过性，液泡中的色素便从细胞中流了出来。

师（补充）：色素位于细胞液中，当将苋菜煮熟，細胞死亡，液泡中的色素从细胞中流出来，将水染红。

对于细胞膜的第三个功能，A教师选择讲解一则事例，以激发学生的学习兴趣，深化学生的理解。

师：河里有很多水生生物，如青蛙和鱼等。它们均为体外受精，但是为什么鱼的卵细胞不会与青蛙的精子相结合呢？

（学生哄堂大笑，显然这个话题他们很感兴趣）

师：实际上，同种生物的精子与卵细胞相互认识，它们为什么会认识？因为卵细胞中有受体，精子上有糖蛋白，只有同种生物的卵细胞上的受体才能与精子上的糖蛋白结合。而受体和糖蛋白都是位于细胞膜上的，由此我们知道，细胞膜的第三个功能是什么呢？

生（齐）：识别。

师：没错，换句话说就是细胞间进行信息交流。细胞间进行信息交流的第一种方式为直接接触。细胞间进行信息交流的方式还有哪些？如果两个人相距很远，他们之间如何交流呢？

生5：可以送信。

生6：可以发短信。

师：没错。我们可以一个物质做媒介。同样地，如果两个细胞相距很远，它们之间如何进行信息交流呢？这时候也需要一种物质，叫信号分子，如激素、神经递质等。我们这种细胞间进行信息交流的方式为物质传递。

师：以上是动物细胞间进行信息交流的方式。那植物细胞间又是如何进行信息交流的呢？请同学们阅读教材内容，尝试归纳总结。

（学生在教师丰富有趣的讲解中有了探索的欲望，能够十分认真地阅读教材中的内容）

生7：植物细胞间通过胞间连丝进行信息交流。

（细胞间进行信息交流的第三种方式并不难发现，但是要真正地理解存在一定的难度）

师（补充）：一开始科学家认为植物细胞间被细胞壁隔开，完全没有联系，但后来科学家经过实验发现，向一个植物细胞注入一种荧光染料，不一会儿，其相邻的细胞也带上了这种荧光染料。由此可知，植物细胞之间是有联系的。科学家通过进一步研究发现，相邻植物细胞间存在的通道是由这两个植物细胞的细胞膜连接而成的。

通过开展探究活动、巧妙设问、呈现材料等方法，A教师把“细胞膜的功能”这一核心概念讲解透彻了，体现了精心备课，根据教学目标合理安排教学活动，较好地提升了学生的能力。

在教学“细胞膜的结构”这部分内容时，A教师主要讲解细胞膜结构的发现历程，采用模型构建法，引导学生自制学具，帮助学生理解重难点。A教师精心设计过渡语：“我们知道结构决定功能，细胞膜能有各种复杂的功能，离不开其精细的结构。那么，细胞膜的结构是怎样的呢？”

二、贯穿科学史，自主构建物理模型——细胞膜成分探索

“细胞膜结构的发现”这部分内容学生较难理解，但这部分内容若讲好了不仅可以活跃学生的思维，而且可以培养学生解决问题的能力。A教师选择详细地介绍细胞膜结构的发现历程，并着重展现科学家坚持不懈的精神及令人敬佩的思维能力。A教师首先请学生阅读教材中描述欧文顿是如何进行实验的，以及他通过实验得出了什么结论的内容。很多教师在处理此部分内容时都是直接介绍科学家的发现，没有给学生留出思考时间，没有发挥教材的素材价值。A教师意识到了这一点，新教材需要配套新教法，所以她充分利用了科学史。在A教师提出问题后学生都仔细地阅读教材内容，但没人敢举手描述，这与其缺乏表达能力训练有关。A教师意识到这是锻炼学生的好机会，因此她在给予学生时间思考后，点名请学生回答。被抽到的生8很紧张，但能将欧文顿的实验大致描述出来。

生8：欧文顿用一些实验材料探究其是否能透过细胞膜，发现脂溶性物质能透过细胞膜，与脂质不相溶的物质不能透过细胞膜。

师：由此，你能得出什么结论呢？（这一过程对学生来说比较难，因为涉及化学知识）

师（将探究过程补充完整）：欧文顿用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，溶于脂质的物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易透过细胞膜。这涉及化学中的相似相溶原理。

生8：我知道了，细胞膜可能是由脂质组成的。

问题涉及化学知识，比较难回答。在A教师的提醒下，学生能答出“细胞膜可能是由脂质组成的”，但实际上学生对如何得出这一结论并不清楚。A教师显然也注意到了这一点，马上为学生科普化学中的相似相溶原理。

师：欧文顿在整个实验过程中根据实验结果，提出了自己的猜测，这里用了一种科学方法叫提出假说法。

师：读一读科学家对细胞膜进行化学分析的实例，思考为什么使用哺乳动物成熟的红细胞。

A教师带领学生跟随科学家的脚步，思考科学家选材的原因，认识“实验要成功，选材是关键”，让学生学会做实验。大多数学生利用已有的知识很难解决该问题。有个学生比较喜欢拓展阅读，最终答道：“这是因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和各种细胞器。”A教师对该学生的回答进行评价，并总结“并不是所有真核細胞都有细胞核”，接着对细胞膜的成分进行分析，发现组成细胞膜的脂质有磷脂和固醇，其中磷脂的含量最多。

师： 磷脂有什么特点？

为讲解这一部分知识，A教师选择呈现磷脂分子的结构式，通过融合化学学科知识，使学生能更好地理解为什么头部是亲水、尾部是疏水。

A教师请学生观察磷脂分子的结构并分析其特点，推测磷脂分子在空气-水界面上会怎样铺展。在此环节中，A教师选择引导学生自制学具，即可以黏附在黑板上的磷脂分子模型。这一做法比较新颖。通过模型构建，学生能亲历科学家的探索历程，体会科学探索的不易与艰辛。A教师引导学生构建磷脂分子的分布模型，推测磷脂分子在水环境中的排布方式。A教师请生9上台展示。生9在排列磷脂分子时直接参照教材上的流动镶嵌模型，将磷脂分子排列成两层。从这个排列中就可以看出生9的思考过程存在问题。A教师引导学生对生9的排列进行评价。

师：生9的排列有没有问题？

生10：有问题，将磷脂分子的排列方式变为“一头扎进水里，呈单层排列”。

（其他学生纷纷点头）

A教师给这种排列方式取了一个形象的名字——“一头扎进水里”。在后排听课的教师会心一笑，感觉十分贴切。A教师继续介绍科学家的探索历程，锻炼学生的思维能力。

师：科学家利用哺乳动物成熟的红细胞制备纯净的细胞膜，提取其脂质后，发现在空气-水界面上排列成磷脂单分子层，测得其面积恰好是红细胞表面积的两倍。从这一实验结果中你能得出什么结论？

（学生一时没有头绪，因此没有回答）

师：哺乳动物成熟的红细胞有什么特点？

生11：没有细胞核。

师：也没有各种细胞器，这意味着提取出来的磷脂分子是组成谁的磷脂分子？

生12：全部都是组成细胞膜的磷脂分子。

师：那么为什么在水中磷脂分子排列的面积会是细胞膜的两倍呢？

生13：在水中排列成单分子层，面积是细胞膜表面积的两倍只可能是因为细胞膜的磷脂分子呈双层排列。

师：很好，这其实也是科学家最终推出的结论。

可以看出，在A教师的引导下，学生层层推理，最终得出细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。接下来，A教师引导学生结合细胞内外环境，尝试构建磷脂分子的分布模型。

这又是一个探究活动，有利于学生体会科学家的思维。科学家如何发现磷脂分子的排布？A教师请学生回忆细胞生活的内外环境，并尝试描述。学生的想法很多，有些甚至让人惊喜。

生14：细胞生活在水环境中，细胞外是水，比如红细胞生活在血浆中，细胞内也是水，细胞质基质是一些水溶胶。由此我们可以思考在水中磷脂分子是如何排布的。

A教师请生15、生16上台尝试构建模型，生15将单层磷脂分子围成一个圈，生16摆的是双层磷脂分子球。A教师惊讶于学生的思维能力，予以其肯定的评价。A教师提醒其他学生关注细节。

师：我们要注意，细胞膜所处的环境与水环境不完全相同，因为细胞膜不能把细胞质里的水挤出去，所以细胞膜所处环境还是只能是磷脂双分子层球体。

从中也可以看出学生的能力及科学的严谨。在整个模型构建过程中，教师不仅让学生做，还对学生的回答进行评价，真正做到教、学、评一体化。这有利于学生及时纠正错误，使学生记忆深刻。A教师采用自评和他评相结合的方式评价学生构建的模型，并引导学生修正和完善构建的模型。样做既培养了学生的能力，又锻炼了学生的思维。通过构建磷脂分子的模型，学生体会到了模型构建这种科学方法的重要性；通过在小组讨论及合作探究的基础上修正和完善磷脂分子分布的模型，学生培养了思维能力和探索精神。科学探索的脚步还没有停止，后续内容A教师选择补充科学史帮助学生理解。

师：组成细胞膜的成分除磷脂外，还含有别的物质吗？请同学们阅读教材并思考。

生17：除了磷脂还有蛋白质。

师：实际上，科学家不会止步于此。在发现细胞膜主要由磷脂构成后，科学家继续进行实验。1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。人们发现油脂的表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。由此，你可以做出什么推测呢？

生18：组成细胞膜的成分应该还有蛋白质。

A教师通过介绍科学史，培养学生科学探究和归纳总结的能力，同时通过充分利用教材，评价学生的回答，鼓励学生积极思考、敢于创新。除此之外，还通过问题引发学生思考，培养学生实验探究的能力。A教师的教学处理是我们学习的典范。

三、思维拓展，培养社会责任感

在本节课中，A教师一直试图将探究活动贯穿生物学学科核心素养的培养。很显然，她做到了。学生通过科学史学习及模型构建亲历了科学家发现细胞膜结构的历程，体会到了其中的不易与艰辛。在此基础上，为了让学生能用所学知识解决生产生活实践中的问题，激发学生的学习兴趣，A教师还精心设计了问题。

师：右图（如图1）是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将药物运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，磷脂双分子層内部放置的是容易在水中结晶的药物，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。请同学们思考：（1）为什么两类药物的包裹位置各不相同？（2）请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用？

根据刚才所学的知识，学生进行了激烈的讨论。学生19举手发言。

生19：我认为脂溶性物质要包在两层磷脂分子之间，因为磷脂分子之间是疏水的，包在其中保持药物稳定。而能在水中结晶的物质要包裹在磷脂双分子层中，这是因为脂质体内部是水溶液的环境，能在水中结晶的药物可稳定包裹其中。

师：没错，脂质体其实与细胞膜结构类似，通过利用其结构特点可方便我们生产生活。

A教师精心设题，让学生通过问题思考，能够理解生物学知识在生产生活实践中的作用，激发学习兴趣，培养生物学学科核心素养。A教师的设计得到了听课教师的赞同。随着下课铃声响起，A 教师的课堂结束了，时间点掐得很好。

【教学反思】

A教师是一位拥有七年教龄的教师，在面对新教材时能妥当处理，尤其注意新旧教材之间的区别，根据区别及生物学课程标准，精心设计教学。课程标准指明，培养学生的生物学学科核心素养是极为重要的。因此，A教师利用探究活动帮助学生建构生物学核心概念，让学生在生产生活实践中运用生物学知识解决问题，锻炼思维。这节课既贴合高考要求，又促进了学生的发展，值得我们学习借鉴。

除此之外，还有以下问题值得我们进一步讨论。针对细胞膜的功能设计的探究活动是否过多，时间花费过多？如何解决培养生物学学科核心素养与课时有限之间的矛盾？对细胞膜成分探索中涉及的科学思维是否有必要一一讲解？

［   参   考   文   献   ］

［1］  蓝巧燕.大概念教学在高中生物学科教学中的应用研究［J］.求知导刊，2022（13）：20-22.

［2］  胡江文. 基于SOLO分类理论的高中生物学问题串教学的应用研究［D］.漳州：闽南师范大学，2022.

（责任编辑 黄春香）