“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)設(shè)計(jì)

楊麗娟 高 揚(yáng) 燕 艷*

（1.曲阜師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東曲阜 273100）

（2.山東省濟(jì)南第一中學(xué) 山東濟(jì)南 250100）

1 教材分析

“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”是人教版高中生物學(xué)教材《必修1·分子與細(xì)胞》第四章第二節(jié)的內(nèi)容，在教材中起著承上啟下的作用，重點(diǎn)在于幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容有兩大難題：①如何有效學(xué)習(xí)科學(xué)探究史？若是僅由教師簡單敘述，將不利于學(xué)生自主探究，學(xué)生難以從舊知中擴(kuò)展獲得新知，課堂枯燥而低效。②如何直觀生動(dòng)地讓學(xué)生理解細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型？細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)微觀而抽象，現(xiàn)有的教具無法展示其“流動(dòng)性”，學(xué)生難以形成具體的認(rèn)知。筆者通過“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)設(shè)計(jì)以及教具的創(chuàng)作來突破難題，從而促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高教學(xué)的有效性。

2 教學(xué)目標(biāo)

①形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，體會(huì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。

②通過學(xué)習(xí)科學(xué)史，培養(yǎng)運(yùn)用模型與建模法解決問題的思維方式。

③根據(jù)科學(xué)家觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以小組合作的方式探究、表達(dá)與交流，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)以及小組合作活動(dòng)的水平。

④運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀，對(duì)事物作出科學(xué)解釋和判斷；將結(jié)構(gòu)與功能觀與自身發(fā)展聯(lián)系起來，培養(yǎng)主動(dòng)承擔(dān)與解決問題的個(gè)性品質(zhì)。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

在本節(jié)課的開始，教師提出問題，促進(jìn)學(xué)生思考：“細(xì)胞膜的出現(xiàn)為什么是生命形成的關(guān)鍵一步？”學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)，聯(lián)想到“細(xì)胞膜擁有豐富的功能”。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧：“細(xì)胞膜的功能有哪些？”緊接著，教師追問：“細(xì)胞膜為什么可以擁有這些功能？”學(xué)生思考后，難以說出準(zhǔn)確的答案。此時(shí)，教師提示：“生物學(xué)中有種觀點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。”學(xué)生據(jù)此聯(lián)想到細(xì)胞膜的功能與結(jié)構(gòu)有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，教師提出本節(jié)課需要解決的問題：“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是怎樣的？”

本環(huán)節(jié)通過環(huán)環(huán)相扣的問題串，引導(dǎo)學(xué)生思考“細(xì)胞膜應(yīng)具備怎樣的結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)它的功能”，使學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生好奇心。教師引導(dǎo)學(xué)生利用“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點(diǎn)，根據(jù)舊知——細(xì)胞膜的成分與功能，來推測新知——細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，從而使學(xué)生初步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

3.2 角色翻轉(zhuǎn)，主動(dòng)探究

課前，教師將學(xué)生按照科學(xué)史的時(shí)間順序分成4個(gè)小組（表1）。每個(gè)小組有兩項(xiàng)任務(wù)：①合作收集資料，根據(jù)相應(yīng)時(shí)期科學(xué)家觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，小組對(duì)于“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)”進(jìn)行思考、表達(dá)與交流。②小組成員共同制作細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。

表1 學(xué)生小組的分工

課上由各小組代表依次介紹相應(yīng)時(shí)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并展示模型（圖1～圖3），其他同學(xué)記錄其展示過程中的優(yōu)點(diǎn)與有疑問的地方。學(xué)生在準(zhǔn)備、展示與聆聽的過程中，可以發(fā)現(xiàn)自己遺漏的知識(shí)點(diǎn)。本環(huán)節(jié)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生合作探究、動(dòng)手操作以及語言表達(dá)能力，使課堂更富有生命力。

圖1 磷脂分子鋪成一層

圖2 磷脂雙分子層

圖3 單位膜模型

3.3 特色點(diǎn)評(píng)，互相學(xué)習(xí)

及時(shí)反饋、激勵(lì)性評(píng)價(jià)對(duì)小組合作學(xué)習(xí)起著重要的導(dǎo)向與促進(jìn)作用。

3.3.1 小組互相提問與答疑

在展示的過程中，學(xué)生也萌生了新的問題，因此小組之間可以互相提問。提問組向展示組提出之前記錄下的疑問，由展示組進(jìn)行回答。對(duì)于提問組提出的問題，展示組經(jīng)過反思做出必要的訂正和補(bǔ)充發(fā)言。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生歸納出合理的結(jié)論。學(xué)生通過組內(nèi)、組間的合作學(xué)習(xí)，對(duì)問題及時(shí)反饋，有助于進(jìn)一步內(nèi)化知識(shí)，構(gòu)建更加豐富、立體的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

3.3.2 小組自評(píng)與互評(píng)

為提高學(xué)生的合作意識(shí)以及小組合作活動(dòng)的水平，有必要進(jìn)行激勵(lì)性評(píng)價(jià)。教師給出“組員參與情況”“展示效果”“模型美觀”“小組活動(dòng)秩序”等關(guān)鍵詞，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組自評(píng)與組間互評(píng)。學(xué)生結(jié)合之前記錄的展示組的優(yōu)點(diǎn)和問題，表達(dá)交流。學(xué)生通過本環(huán)節(jié)既可以自我分析問題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，又能夠取長補(bǔ)短、互相學(xué)習(xí)。

3.3.3 教師點(diǎn)評(píng)

為了加強(qiáng)各小組的集體榮譽(yù)感，教師根據(jù)各組的綜合表現(xiàn)以及小組自評(píng)與互評(píng)的結(jié)果，設(shè)置團(tuán)結(jié)之星、演講之星、模型之星與文明之星四個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，采用頒獎(jiǎng)的方式對(duì)各小組表現(xiàn)突出的方面進(jìn)行肯定，使小組內(nèi)形成互動(dòng)、互助的局面，小組間形成互勉、互進(jìn)的良好氛圍。

3.4 限時(shí)任務(wù)，解決疑惑

通過前面的環(huán)節(jié)，學(xué)生初步了解了各種成分是如何構(gòu)成細(xì)胞膜的，但是對(duì)于細(xì)胞膜的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，僅憑目前構(gòu)建的模型難以理解，從而使學(xué)生產(chǎn)生疑惑。教師布置一項(xiàng)課上限時(shí)任務(wù)，學(xué)生需要在3 min內(nèi)閱讀兩則材料，嘗試得出磷脂分子和蛋白質(zhì)分子都能運(yùn)動(dòng)的結(jié)論，進(jìn)而回答細(xì)胞膜產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的原因，總結(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——具有一定的流動(dòng)性。

3.5 直觀演示，加深理解

根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，桑格和尼克森提出了目前被大多數(shù)人接受的“流動(dòng)鑲嵌模型”。教師通過展示親自制作的模型，帶領(lǐng)學(xué)生梳理流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容，演示磷脂分子與蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)，從而使學(xué)生思考與總結(jié)細(xì)胞膜具備流動(dòng)性的原因。

接著，教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧細(xì)胞膜的功能，并提出問題：“請(qǐng)觀察模型，細(xì)胞膜的這些功能分別是通過哪部分結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的？”學(xué)生進(jìn)行討論并回答問題。

本環(huán)節(jié)可以加深學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)與功能觀的理解，此外，還能夠?yàn)楸菊碌谌?jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡膶W(xué)習(xí)埋下伏筆。

3.6 暢談收獲，反思總結(jié)

教師引導(dǎo)回顧探索細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的歷程，學(xué)生積極思考，表達(dá)交流，對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容起到點(diǎn)睛與升華的作用。通過本節(jié)課使學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

學(xué)生反思：從生命觀念與社會(huì)責(zé)任的角度出發(fā)，“結(jié)構(gòu)決定功能，物質(zhì)決定結(jié)構(gòu)”，想讓自己擁有怎樣的能力，就要讓自己具備怎樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而主動(dòng)學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識(shí)。

4 教具制作

目前真正能展示“流動(dòng)性”的細(xì)胞膜教具幾乎沒有，經(jīng)過多重摸索，建議選取的材料為乒乓球（40個(gè)）、毛絨條（40根）、細(xì)鐵絲（20 cm，6根）、彩泥（兩色）、海洋球、白乳膠。接下來介紹“流動(dòng)性”細(xì)胞膜教具的制作步驟。

4.1 磷脂分子的制作

用乒乓球表示磷脂分子的頭部，用毛絨條表示磷脂分子的尾部。乒乓球的色彩鮮艷，大小合適，毛絨條同樣顏色豐富，粗細(xì)適中，適合展示。乒乓球質(zhì)地略硬，鉆孔時(shí)可用燒熱的細(xì)鐵絲直接燙穿，隨后將毛絨條直接插入孔中即可。

4.2 蛋白質(zhì)分子的制作

蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中的分布方式有，覆蓋式、鑲嵌式及貫穿式3種。用捏扁的海洋球表示覆蓋式的蛋白質(zhì)分子，用鐵絲穿過海洋球，將其卡在磷脂雙分子層中，便于演示蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)。用彩泥捏出鑲嵌及貫穿式的蛋白質(zhì)分子，使用白乳膠將其固定在磷脂雙分子層中，貫穿式的蛋白質(zhì)分子能起到支撐作用。

4.3 各基本單位的連接

使用燒熱的細(xì)鐵絲對(duì)乒乓球鉆孔。使用相同顏色、相同長度的毛絨條，將磷脂分子連接成串，每串5個(gè)磷脂分子，8串為宜。毛絨條具備獨(dú)特的摩擦力與柔軟度，既能保證乒乓球不易脫落，也能展示出磷脂雙分子層的流動(dòng)性。

用毛絨條將成串的磷脂分子連接成網(wǎng)，形成兩層磷脂分子。

用細(xì)鐵絲作為磷脂分子層的支架，使用白乳膠將鐵絲與乒乓球的連接處進(jìn)行固定，露出的鐵絲尖端用白乳膠涂抹，待其風(fēng)干，防止使用者被劃傷。

最后，將制作好的蛋白質(zhì)分子覆蓋、鑲嵌、貫穿在磷脂雙分子層中（圖4）。

圖4 完成后的模型

5 教學(xué)反思

經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式來學(xué)習(xí)科學(xué)探究史，通過小組之間的提問與答疑，有助于學(xué)生自主歸納出合理的結(jié)論，構(gòu)建更加豐富、立體的知識(shí)結(jié)構(gòu)。教師采用激勵(lì)性評(píng)價(jià)，提高了學(xué)生進(jìn)行合作探究的熱情，使學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)、組間形成了互助、互勉的良好氛圍。制作并展示真正具有“流動(dòng)性”的細(xì)胞膜模型，將細(xì)胞膜的功能與其結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)，使學(xué)生直觀而深刻地體會(huì)了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

當(dāng)然，本節(jié)課也存在一定問題，小組合作的活動(dòng)難以保證全員參與。因此在今后的教學(xué)中，教師要更關(guān)注教學(xué)設(shè)計(jì)的有效性，如應(yīng)盡可能地詳細(xì)、具體發(fā)布布置小組合作的任務(wù)。