基于5E教學模式下“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學過程設計

汪帆姚寶駿＊（江西師范大學教師教育研究中心江西南昌 330022）

基于5E教學模式下“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學過程設計

汪帆姚寶駿＊（江西師范大學教師教育研究中心江西南昌 330022）

利用5E教學模式對人教版生物必修一第四章第二節“細胞膜的流動鑲嵌模型”進行教學設計，用“引入”“探究”“解釋”“精致”“評價”五個環節可以很好地突破傳統教學設計的局限，幫助學生建構科學的知識體系，體會結構與功能相適應的生物學觀點。

傳統教學設計 5E教學模式 生物膜的流動鑲嵌模型 自主建構

文件編號：1003－7586（2017）01－0041－04

1 引言

自1987年起，我國高中生物課程歷經多次改革，取得了顯著的成效。為適應時代發展的需求，《普通高中生物課程標準（實驗）》，提出“提高生物科學素養”“面向全體學生”“倡導探究性學習”“注重與現實生活的聯系”的課程基本理念，更強調學習是一個主動建構知識、發展能力、形成正確、情感、態度與價值觀的過程。而傳統教學設計存在諸多問題，不能很好地貫徹新的課程理念。因此，要改變過去機械傳授式的教學方法，讓課堂成為主動、探究、自主建構知識的場所。5E教學模式將教學過程分為引入（Engagemen）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）及評價（Evaluation）5個階段。下面以“生物膜的流動鑲嵌模型”一節為例進行教學過程設計，探討應用5E教學模式進行教學設計，以改善傳統教學設計的局限性，從而幫助學生自主建構科學的知識，促進教學任務的完成。

2 傳統教學設計存在的問題

傳統的教學設計的局限性主要表現在線性傾向、決定論傾向、封閉性和消極的反饋機制等幾個方面。

（1）線性指傳統教學設計具有線性系統的特征，即線性因果關系假設和整體是其各部分之和。這種線性、無維度的特征造成了設計過程中的機械性，并阻礙著設計流程的開放性，無法應對環境的突變。對于系統外部環境的變化，如社會文化環境的影響等，這種自我封閉式的學習環境顯然難以應對。

（2）傳統的教學設計理論具有明顯的決定論傾向，因而帶有可預見性的特征。在教學設計過程中，教師可以預知每一步驟或操作之后的情況，因而可以預期目標的達成。設計者通過界定和描述學生的行為目標可以反映這些變化，并堅信通過實施為教學所開列的“處方”，就一定能夠達到既定的目標。

（3）傳統教學設計理論把教學設計過程視為一種封閉的系統，其主要隱喻就是將人類視為自我調節、自行加工的機器，而不是去探究教學系統與其環境中其他所有系統間的交往互動關系，僅尋求自身的系統性和完整性，而嚴重地脫離應用的情境。

（4）系統通過自我調節和控制能力，來抵消和修正與系統的預定目標不一致的外力以及錯誤，從而去除或修正錯誤，引導著教學設計過程趨于穩定和平衡。顯然,這種反饋機制是在一種封閉的系統中運作的，是一種被動的反饋，無法解釋瞬時的事件、突然的變化或系統與其環境的相互聯系、相互依賴。

3 5E教學設計理念

5E教學模式是美國生物學課程研究所（BSCS）開發的一種基于建構主義教學理論的教學模式。這種教育模式將教學過程分為引入、探究、解釋、遷移及評價5個階段。其相較于傳統的教學模式有以下突出特點（表1）。

4 設計案例

“生物膜的流動鑲嵌模型”是人教版生物《必修1·分子與細胞》第四章第二節的內容。教師運用5E教學模式對這節進行教學設計，可以很好地達到教學目標。教學過程如下。

4.1 引入環節

教師組織學生觀察生物實踐課制作的真核細胞三維結構模型，并提出問題：（1）塑料袋、普通布和彈力布3種材料中，哪種材料更適合做細胞膜呢？（2）你覺得什么材料更適合做細胞膜呢？

學生互相觀察模型，討論教師提出的問題，試著給出創新性的答案。

表15 E教學模式的特點

教學意圖：從制作的模型中找出問題，從互相討論中得到啟發，激起學生的學習興趣。

4.2 探究環節

教師給出資料1:歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行實驗，發現凡是溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。同時，提出問題：（1）歐文頓的實驗說明了什么？（2）細胞膜上的脂質具體是什么？（3）除了有脂質還有什么物質呢？

教師給出資料2:科學家第一次將膜從脯乳動物的紅細胞中分離出來。化學分析膜的主要成分是脂質和蛋白質，最豐富的是磷脂。教師給出磷脂的結構圖。磷脂是由甘油，脂肪酸和磷酸等所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。并提出問題：（1）磷脂分子在空氣-水界面上是怎么排布的？畫出你認為可能的排布圖。（2）想象一下如果攪拌后，磷脂的排布會發生什么變化？

教師給出資料3：1925年，兩位荷蘭科學家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣—水界面鋪展成單分子層，測得單分子層的面積為紅細胞表面積的2倍。剛才畫出的磷脂排布圖中，哪幅圖更合理些？

教師提出問題：除了脂質外，蛋白質也是細胞膜的成分。那么蛋白質位于細胞膜的什么位置？并展示資料4，提出問題：羅伯特森在電鏡下觀察細胞膜是暗—亮—暗的“三明治”的結構，得出蛋白質全部平鋪于脂質表面的靜態的生物膜結構模型。如果細胞膜是靜態的，細胞的生長、變形蟲的運動能不能實現？

教師給出事實：其實羅伯特森在電鏡下看得到暗區都是磷脂的頭部，亮區是磷脂的尾部。隨著技術發展，發現有的蛋白質鑲嵌在脂質雙分子層中。

教師給出人鼠細胞融合實驗的資料，提出問題：兩種熒光均勻分布說明了什么？

學生認真看教師給出的材料，思考由相似相溶原理可得細胞膜成分主要是脂質，跟著教師的問題串進一步思考。

學生學習磷脂分子的結構，根據親水“頭”部和疏水“尾”部的特點畫出其在水-空氣界面可能的排布方式如圖1所示。

圖1 磷脂分子在水—空氣界面的排布方式

學生思考問題，想象攪拌后，磷脂尾部可能互相融合,畫出圖2。

圖2 攪拌后，磷脂分子的排列示意

學生思考教師給出的材料，得出磷脂分子兩兩結合，尾部相連的雙分子排布圖才是合理的。

學生思考教師給出的資料和結論，根據已有的知識提出異議和合理的猜測，明確“三明治”結構的實質，并得出細胞膜要有流動性。

教學意圖：讓學生自己思考問題，得出結論，為經一步探索做鋪墊；給學生建構自主探究的情境，探究磷脂排布的可能結構；讓學生自己判斷磷脂排版方式的合理結構，自己得出結論；讓學生通過給出的材料和已有知識對蛋白質在細胞膜上的排列方式給出合理的假說。并且在探究中，通過資料分析，轉變學生的錯誤觀念。

4.3 解釋環節

學生先用自己的語言解釋探究結果，形成初步解釋后。教師給出被大多數人接受的生物膜的分子結構模型即桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型的內容。

學生參照流動鑲嵌模型的內容，轉變自主探究過程中的錯誤概念，理解生物膜流動鑲嵌模型的內涵。

教學意圖：通過對流動鑲嵌模型內容的學習，轉變學生錯誤的前科學概念。

4.4 遷移環節

教師引導學生總結生物膜結構特點。通過，給出細胞膜運動的實例，進行信息交流的實例、蛋白質運輸物質的實例，提出問題：（1）運用生物膜流動鑲嵌模型的內容解釋這些功能。（2）蛋白質是有很多是極性的，那么全部嵌在生物膜非極性的磷脂尾部的蛋白質，是否穩定呢？猜想在其行使什么功能時這樣的排布會暫時存在？

學生思考并回答教師問題：（1）運用流動鑲嵌模型的內容解釋其相應的功能。（2）根據相似相溶原理，全部嵌入雙分子層的極性蛋白質不穩定。猜想是運輸物質時會全部嵌入雙分子層中。

教學意圖：通過對實例的解釋，進一步理解生物膜流動鑲嵌模型，體會結構和功能相適應的生物學觀點。

4.5 評價環節

教師組織學生互相闡述生物膜結構模型的探索歷程。根據結構和功能相適應的觀點，學生闡述并修改后的生物膜結構模型的材料及構造。教師給出自評表，并提出問題：生物膜的流動鑲嵌模型真的是完善的嗎？同時出示2003年的諾貝爾化學獎授予了研究細胞膜通道蛋白的科學家的資料。

學生闡述生物膜結構模型的探究歷程以及細胞膜模型材料的選擇，完成自評表。

教學意圖：通過互相討論、自主評價對生物膜流動鑲嵌模型知識的掌握和應用，使學生并體會科學探究是無止境的。

5 案例解讀

5E教學模式可以很好的突破傳統教學設計的局限性。

（1）其與傳統教學設計理論的線性特征相對應,非線性的教學設計則表現為對初始條件的敏感性和整體主義的基本設計思路。“引入”部分，該教學設計以展示實踐課制作的真核細胞三維結構模型開始，教師提出最適于做細胞膜材料的問題，學生的己有知識與教師創設的情境之間產生了認知沖突。這一敏感的認知沖突是實現概念轉變的轉折點，會激發學生進一步探究的欲望。5E教學模式的各個環節是相互聯系的，不是孤立的。這種非線性教學設計的整體性的設計結構，具有更強的靈活性，不僅能夠適應系統外部的情境變化，而且也能夠順應系統本身的動態發展。

（2）5E教學模式通過與傳統教學設計理論的決定論傾向相對應，“探究”過程的層層深入和“解釋”部分對知識的明確，“遷移”部分對知識的拓展，以及“評價”部分對知識掌握的全方位評價，把復雜的學習過程及出現的不可預見的各種錯誤觀念通通轉變為通往科學的知識體系的過程。

（3）與傳統教學設計的封閉性相對應，5E教學模式是開放的系統。教學設計過程的5個步驟表現出相互依賴性。它們之間不是孤立的、相互排斥的，而是相互聯系、相互作用的動態的的活動。這種彈性的教學系統設計模型能夠適應學習過程中的非預期的或未預知的偶然性，也就是說，能夠充分考慮其應用情境中各方因素的影響。

（4）與傳統的教學設計的消極的反饋機制相對應，其反饋機制是積極的。在5E教學模式開放的系統中，通過層層深入的探究活動，逐漸暴露學生的錯誤概念，而不是機械的抑制錯誤觀念的表露，這為之后的概念轉變和概念界定創造條件，也是后續學習的動力。

6 總結

傳統的教學設計理論具有自身的局限性，無法適用于設計那些以深層次的概念改變、探究、發現等高級學習為目標的教學系統。5E教學模式從激發學生學習興趣開始，經過一系列問題串層層深入，幫助學生自主建構科學的知識，符合課標提出的理念，也符合學生的認知規律。因此，應用5E教學模式對“生物膜的流動鑲嵌模型”一節進行教學過程設計，更有利于教學任務的完成。

G633.91

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＊為通訊作者