基于5E教學模式的“細胞膜和細胞壁”(第1課時)教學設計

柯小紅

(浙江省平湖市新華愛心高級中學 嘉興 314200)

1 教材分析與設計思路

本節是浙科版高中生物學教材必修1《分子與細胞》第2章第2節的內容。由于內容量大，分為2個課時講解，其中第1課時主要介紹細胞膜的流動鑲嵌模型以及細胞膜組成成分的生理作用。本節內容是在學生學習了第1章“細胞的分子組成”的基礎上，進一步探究蛋白質和脂質等物質是如何有機結合構建細胞膜結構的；此外，又是學習第3章“物質出入細胞的方式”的基礎。因此，本節課在教學中起著至關重要的作用。

本節課的重難點是構建細胞膜的結構模型和理解其具有選擇透性的原因。但由于研究對象的微觀性和抽象性，學生較難真正理解細胞膜。為實現教學目標，突破重難點，筆者基于5E教學模式[1]進行教學設計，組織形式多樣的學生活動，引導學生自主探究和合作探究，逐步建立細胞膜的基本結構模型。本節課按照細胞膜的功能到結構、再到功能的線索進行設計，充分體現了結構與功能相適應的生命觀念。

2 教學目標

依據課程標準的內容要求、學業要求，并圍繞培養學生生物學核心素養的要求，制訂了如下的教學目標：

(1) 通過討論細胞膜上磷脂分子和蛋白質分子的功能，形成結構與功能相適應的生命觀念。

(2) 通過對玉米籽粒的染色實驗，驗證活細胞吸收物質具有選擇性，培養科學探究的能力。

(3) 通過閱讀細胞膜的科學史，嘗試利用教具構建細胞膜的結構模型，提升科學思維能力，感受實驗技術的進步對科學進步的影響，培養社會責任感。

3 教學過程

3.1 引入(engage)——“活動： 驗證活細胞吸收物質的選擇性”

教師首先介紹玉米的胚和胚乳，提供煮過和未煮過的玉米籽粒作為實驗材料，學生參照教材進行分組實驗，最后觀察和描述實驗現象與結論。

設計意圖： 從學生熟悉的事物出發，激發學生學習興趣；通過課堂實驗，不僅可以培養合作探究精神，還可以鍛煉他們的動手能力，語言表達能力和理性的科學思維能力，還會有學生質疑：“為什么一定要縱切”“可不可以先染再切”等，如此可讓學生產生探究的欲望，也為細胞膜結構的學習埋下伏筆。

3.2 探究(explore)——細胞膜的結構 具體分為以下兩個環節：

3.2.1 探究細胞膜的成分 教師提供資料1： 1895年，歐文頓(E. Overton)用500多種化學物質對植物細胞通透性進行了上萬次實驗，結果發現凡是溶于脂質的物質比不溶于脂質的物質更容易通過細胞膜。資料2： 二十世紀初，科學家分離得到哺乳動物紅細胞的細胞膜，分析發現它可被蛋白酶(能專一地分解蛋白質)水解。學生閱讀學案上的這些資料后，思考細胞膜的組成成分并回答。

其間，為激活學生已有的知識，教師做進一步引導： ①蛋白質的鑒定還可以用什么試劑？現象是怎樣的？②第1章主要學習了4種脂質，那你認為哪一種是最可能構成細胞膜的主要成分？學生思考并回答。

設計意圖： 閱讀資料，學生根據已有的化學和生物知識推導出細胞膜的組成成分，不僅能提升自信心，加深對膜成分的印象，還可以培養提取信息的能力，同時幫助學生在關鍵知識間建立起聯系，培養知識遷移的能力。

3.2.2 構建細胞膜的結構模型 教師介紹磷脂分子的結構和模式圖，并呈現課堂練習1： 如圖1所示，若將細胞膜的磷脂分子提取后，放入盛水容器中，磷脂分子穩定分布方式為哪種？

圖1 磷脂分子在空氣—水界面的分布

學生根據磷脂分子頭部親水、尾部親脂的特點，基本都能選出B選項。

教師順勢引導： 在細胞內外都是大量水溶液的環境中，膜上的磷脂分子如何才能穩定存在？畫出你認為可能的排布圖[2]。學生思考分組討論，并在學案上繪制；同時，請一位學生利用10個磁性貼紙在黑板上展示模型，并說明理由。教師組織生生評價。

教師展示資料3： 1925年，高特(E. Gorter)和格倫德(F. Grendel)把細胞膜中的磷脂抽提出來，鋪成單層分子，發現面積是細胞膜的兩倍。如果你是科學家，你會推測出什么樣的結論？學生較順利地推出細胞膜中磷脂分子排列為兩層。

教師呈現圖片(圖2)，介紹“脂雙層”“單位膜”的概念，學生修正自己在學案上繪制的模型，并閱讀教材。

圖2 細胞膜上磷脂分子的分布情況

蛋白質分子和磷脂分子一樣，也有親水和疏水的部分。教師提供4種不同類型的蛋白質，親水性蛋白、疏水性蛋白、兩端親水但中間疏水蛋白、一端親水且一端疏水蛋白，讓一位學生利用磁性貼紙補充在脂雙層中，其他學生在學案上對模型進行補充，并進行生生互動。

依賴電子顯微鏡技術的發展，科學家研究清楚了膜上蛋白質的分布。教師提供資料4： 冰凍蝕刻電子顯微法——標本用干冰等冰凍后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面(圖略)。

師生共同總結： 膜上有的蛋白質分子貫穿在膜中，有的一端在膜中，一端露在膜外，還有的整個在膜表面。學生閱讀教材，進一步修正學案上自己繪的模型。

教師呈現立體教具，提出新的問題： 細胞膜是否是靜態的？提供動畫：“熒光標記的人鼠細胞融合”，引導學生思考和分析實驗結論。此外，動畫演示細胞膜上磷脂分子和蛋白質分子的運動方式，幫助學生理解細胞膜的流動性。最后呈現資料5： 1972年，桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型。

設計意圖： 通過自制磁性貼紙[3]、立體模型、動畫、學案等多種直觀教具的利用，激發學生的智力參與，幫助學生將抽象的知識與圖解聯系起來，逐步完成細胞膜模型的構建；通過學生思考、討論與生生評價，培養他們思維的深刻性和獨創性；通過閱讀科學史，使學生認識到科學結論的獲得是需要大量實驗的支持的，科學技術的發展推動著科學探究的不斷進步，從而樹立正確的發展觀，進而突破重難點。

3.3 解釋(explain)——討論細胞膜上磷脂分子和蛋白質分子的作用 教師提出問題： 細胞膜的結構和功能特點分別是什么？制作“擴散”和“易化擴散”的動畫，引導學生思考、分析膜上磷脂分子和蛋白質分子的作用，并組織其思考和討論紅墨水不能進入活細胞的原因。

設計意圖： 將抽象概念形象化，幫助學生理解細胞膜的結構特點和功能特點，進一步落實“結構與功能觀”；并且回到最初的實驗情境，與“引入”環節遙相呼應，誘導學生深度思考，培養他們理性的科學思維能力。

3.4 遷移(elaborate)——紫杉醇脂質體 課件呈現本市當地的一片紅豆杉林，教師設置情境： 紅豆杉體內含有的紫杉醇具有抗腫瘤活性，在乳腺癌、胃癌、卵巢癌等各種腫瘤化療中經常會使用。但是它難溶于水，目前所用注射劑是以蓖麻油和無水乙醇作為混合溶劑，但蓖麻油在體內代謝會產生組織胺，引起嚴重的過敏反應。那如何來解決這個問題？學生思考、討論并回答。

設計意圖： 從學生周圍的事物出發，拉近了與學生的距離，使學生產生興趣；在他們初步構建了細胞膜的結構模型和理解其特性后，進行遷移應用，以加強他們對新知識的理解；同時，可以讓學生感受到生物科技與人類醫學的緊密關系，也可以增強他們的社會責任感。

3.5 評價(evaluate) 師生共建細胞膜的概念圖(圖3)，對本節知識進行小結，并引出糖蛋白等物質，為下節課做好鋪墊。

圖3 “細胞膜和細胞壁”(第1課時)的概念圖

4 教學反思

在本節課教學中，利用5E教學模式取得了較為理想的教學效果。在“引入”階段，通過分組實驗，引導學生自主探究玉米粒的染色情況，并對結果進行分析，鍛煉學生科學探究的能力和科學思維；在“探究”環節，通過閱讀細胞膜的科學史，變被動接受為主動學習，發展了學生的思維，也幫助學生內化形成“事物總是處于動態發展之中”的哲學觀；通過“解釋”環節，回到最初的實驗情境，誘導學生深度思考，建立結構與功能相統一的觀點；在“遷移”環節，利用紫杉醇脂質體，培養其社會責任。最后通過框架圖和習題對細胞膜進行小結和鞏固。盡管5E教學模式應用于探究式抽象結構教學中，能夠引導學生深入學習科學概念，培養他們的科學思維，提高其生物學核心素養，但在教學實踐層面上仍需要進一步的精細化，增加互動的有效性，并適當增加課堂練習加以鞏固。