讓《生物膜的流動鑲嵌模型》生物教學活起來的物理模型

陳祎平

摘 要 本文以《生物膜的流動鑲嵌模型》教學實情為案例，闡述了教師通過引導學生自己動腦、動手嘗試建構、展示物理模型等活動，幫助學生理解生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容，強化學生對本節課教學重難點內容的理解;同時，突出了物理模型在生物教學中的重要作用，說明物理模型可以讓課堂活起來。

關鍵詞 物理模型 生物膜的流動鑲嵌模型 生物教學

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A

0引言

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，和其他學科最大的區別是生物研究的對象是活的，有生命的，這就注定了研究過程會有關于生命的體驗和感悟，對學生來說無形中就是一種生命教育;也決定了研究的方法是靈活的，思維方式是靈活的，不能用機械的模式化的研究方法和思維方式去研究生物，研究對象的特殊性決定研究方法的綜合性，這一方面表現在數學、物理和化學方法在生物學中的綜合運用，自然科學通用的觀察法、實驗法、調查法、模型法等在生物學中同樣廣泛應用。

模型是人們為了某種特定目的而對認識的對象所做的一種簡單化地概括性描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。這種運用模型解釋復雜的研究對象的方法稱之為模型方法。高中生物課程標準將模型方法列為科學過程方法技能的一個方面，要求學生不僅對生物模型的分類有一定的了解，還要初步學會構建一些基本的模型。生物模型可以是一種特定的研究對象，也可以是表示研究對象結構或功能的符號、圖表或函數式;可以是一種研究過程、思維方法，也可以是研究成果的表達。生物模型的表現形式很多，包括物理模型、概念模型、數學模型等。物理模型是以實物或圖畫形式直觀的表達認識對象的特征，比如，動植物細胞模式圖細菌結構模式圖、生物膜的流動鑲嵌模型、DNA的雙螺旋結構模型等等。

《生物膜的流動鑲嵌模型》是生物必修一第4章第2節的內容，教學內容主要包括兩個板塊，即對生物膜結構的探索歷程和流動鑲嵌模型的建構。本節課的重點在理解并掌握流動鑲嵌模型的基本內容，難點是掌握生物膜結構與功能相適應的辯證觀點。

在本節課中物理模型的應用極大的豐富了互動環節，接下來將通過分析《生物膜的流動鑲嵌模型》的教學環節體現物理模型在本節課教學中的重要性。

1以問題為紐帶，促使學生以探索者、研究者的身份投入學習

學生自主學習，以“時間——人物——事件——結論或假說”為線索，初步了解科學家對生物膜結構的探索歷程，在教材中做標記。

通過自主學習，學生首先對生物膜結構的探索歷程有了初步的了解，教師提出問題進行引導，如：

（1）歐文頓提出膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析還是通過成分的提取和鑒定？

（2）在推理分析得出結論后，還有必要對膜的成分進行 提取、分離和鑒定嗎？

（3）為什么一開始不直接對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？

（4）脂質和蛋白質是怎樣形成膜的呢？

（5）蛋白質位于脂雙層的什么位置？介紹“三明治”結構模型及其不足。

（6）有什么證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢？（在此重點介紹熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗，指出細胞膜具有流動性;并討論技術的進步在細胞膜研究中的作用，強化結構與功能相適應的觀點）。

如果直接將流動鑲嵌模型的內容告訴學生，學生會感到枯燥，對模型也很難理解，通過設計問題串，引起學生的探究欲望，讓學生一步一步地分析科學家的探索歷程，使學生切身感受科學的魅力，始終保持高昂的興趣，并且加深對科學過程和方法的理解，理解科學發展的一般規律。

另外，教材P66思考與討論中第三個問題：解釋為什么磷脂在空氣——水界面鋪成單分子層？科學家如何從這一現象推導出“脂質在細胞膜中必然排列為連續的兩層”這一結論。由于學生初次接觸到磷脂分子的結構式，所以教師先結合磷脂分子的結構式詳細介紹磷脂是一種由甘油、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，為了讓學生更好的理解磷脂在空氣——水界面鋪成單分子層且脂質在細胞膜中排列為連續的兩層這個事實，提示學生課前預習并準備材料嘗試建構磷脂分子的物理模型（圖1，頭部所用材料為磁石，可以吸附在黑板上，并可隨意移動，方便學生排布）;課堂中，學生以學習小組為單位討論畫出磷脂分子的排布，在黑板上展示自己制作的模型，并分別對磷脂在空氣——水界面以及脂質在細胞膜中的排列方式做演示，并解釋這一現象，教師給予點評。

至此，學生對流動鑲嵌模型的組成成分、結構和特征已經有了較為清晰的認識。

2學生分小組構建、展示流動鑲嵌模型，探討模型構建過程中如何體現結構和功能相適應

本教學環節分為兩個階段：課前和課中。為了突顯以學生為中心的教育原則，原本教材安排在課后利用廢舊物品構建模型環節安排在課前，通過課前發布微課提示學生預習教材，對流動鑲嵌模型有了初步的認識，小組內協商確定需要的材料，周末備齊材料（學生準備的材料有不同顏色的輕輕泥、細鋁絲和牙簽等），并于周內空閑時間組員合作完成模型;課中，各小組推薦組員代表對組內建構的模型進行制作思路、材料特征、組分和各組分結合方式、制作過程中存在的問題以及如何解決問題等方面進行介紹（部分學生構建及展示模型如圖2、圖3）。通過此環節，學生真正做到了充分的課前預習，不再是以“完任務”的心態完成作業中的基礎預習部分，而是自己動腦發現問題，試著去解決問題，在上課前在腦中已構建了簡單的知識體系，目標明確，帶著問題去學習、解惑，一定程度上也體現了我們的教學方式朝著反轉課堂在轉變的趨勢，讓學生合理利用課前、課中和課后的時間，明顯提高學習效率。

3歸納總結，圖文并重，闡述流動鑲嵌模型的基本內容

在上述問題串的分析討論、模型展示之后，教師再呈現生物膜的結構模型示意圖，結合圖闡述流動鑲嵌模型的基本內容。掌握流動鑲嵌模型的基本內容后讓學生對建構的模型進行組內自評和組間互評，及時發現了模型存在的問題：（1）預習時沒有理解蛋白質在磷脂雙分子層中排列方式分為三種：鑲、嵌和貫穿，學生誤認為鑲和嵌是一種排列方式;（2）所有的模型不能良好的反映出生物膜的流動性，即未能良好的表現出生物膜的結構和功能相適應的特征，學生通過及時對模型修正和補充，有利于對基本內容的理解消化和長期記憶。

4小結

本文采用三個環節闡述了生物膜的流動鑲嵌模型的探索歷程、基本內容。首先，通過問題串重溫科學家探索細胞膜結構的歷程，讓學生始終保持高昂的興趣，自然的接受了流動鑲嵌模型的理論，對科學方法有了進一步的認識，學生本著尊重科學的態度且用發展的觀點看待科學;其次，通過課前預習、準備材料、整理思路、動手制作、課堂展示幾個環節，給學生充足的時間和充分的機會展示自己，通過動腦、動手，學生可以發現問題、解決問題，加深對知識的理解和記憶，充分體現了生本教育的目的，同時在平時的教學過程中讓學生慢慢的轉變學習態度，接受翻轉課堂的教學方式。最后，教師通過結合生物膜的流動鑲嵌模型的圖示，闡述其基本內容，讓學生與自己構建的模型進行比較，發現模型中存在的問題，通過及時反饋，提高課堂時效。

在模型建構活動中，往往需要進行觀察或實驗，需要進行歸納和演繹，需要運用已有知識進行假設、模擬、將復雜的事物進行簡化、抽象出其本質屬性，需要將頭腦中抽象的概念具體化、形象化并身體力行;通過親身參與這樣的活動，學生在探索中思考，可以體會到模型建構的方法，獲得成功的喜悅，才可能將模型方法內化為認知圖式，獲得認知水平的提升。

因此，本節課中，磷脂分子物理模型和生物膜流動鑲嵌模型的建構和展示，幫助學生理解教材內容，豐富了課堂內容，活躍了課堂氣氛，充分體現了物理模型在生物教學中的重要性。

參考文獻

[1] 趙占良.試論中學生物學的學科本質[DB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/f7ffe2feaf45b307e9719772.html.

[2] 樊向利.試論模型在高中生物教學中的作用[J].中學生物學，2007，23（07）.

[3] 施問華.生物模型的分類特點及構建方法[J].中學生物學，2007，5（07）.

[4] 生物必修1：分子與細胞，教師教學用書[M].人民教育出版社，2007.

[5] 譚永平.高中生物學新課程中的模型、模型方法及模型建構[J].生物學教學，2009，1（23）.