巧用探究活動建構生物學核心概念

何蘇琪

［摘 要］A教師的高一生物“細胞膜的結構與功能”公開課，嘗試運用探究式教學的方法引導學生建構生物學核心概念，幫助學生深入理解各個概念的實際意義，而不是單純地讓學生死記硬背。A教師設計的活動層層遞進、邏輯緊密、新穎有趣。文章通過呈現該課的課堂實錄，為生物學教學提供新思路，希望教師能更好地幫助學生在探究活動中愛上生物，培養科學思維，學會科學探究。

［關鍵詞］探究活動；核心概念；課堂實錄

［中圖分類號］ ? ?G633.91 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2024）02-0090-05

【背景信息】

核心概念是指位于學科中心位置的概念性知識，它是學科知識結構中一般概念的上位。很多學生在學習核心概念時遇到了障礙，因此教師需要通過優化教學，幫助學生由淺入深地掌握核心概念。其中一種有效方法就是通過探究活動引導學生建構核心概念。高中生物學是一門注重實踐探究的學科，要想提高學生對生物學概念的驗證能力，教師需要重視學生生物學探究本領的培養，多嘗試利用實踐探究的方法開展學科教學［1］。對此，在高中生物學教學中，教師要從學生的興趣愛好入手，為學生設計一些具體的探究活動，以激發學生的學習興趣，讓學生在探究過程中鍛煉和提升能力。

A教師的公開課重點講解“細胞膜的結構與功能”。課程標準對此內容的要求是：概述細胞均由質膜包裹，質膜將細胞與其生活環境分開，能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流；分析細胞膜成分和結構的探究歷程及其他資料，能基于事實和證據進行推理論證，提出或否定假說（模型），感悟科學在質疑與創新中不斷發展［1］。為了達到課程標準的要求，提高學生能力，A教師采用探究式教學，通過緊密串聯的問題和探究活動，幫助學生建構核心概念。A教師設計的活動與生產生活實踐相結合，富有意義，能有效激發學生探究和討論的熱情。

【課堂實錄】

一、聯系生活實際，巧妙設疑——細胞膜功能探究

此次公開課，A教師選擇自己所帶的班級學生作為授課對象。該班學生思維不太活躍，平時成績中等。對于這樣的班級，如何活躍課堂氣氛，讓學生主動參與探究過程？

A教師首先進行了朗讀：

“結婚仿佛金漆的鳥籠，籠子外面的鳥想住進去，籠內的鳥想飛出來，所以結而離，離而結，沒有了局，又說像被圍困的城堡，城外的人想沖進去，城里的人想逃出來”。

這些話源自錢鐘書先生的《圍城》。在A教師富有情感的朗讀聲中，學生會心一笑。結合朗讀內容，A教師提問：“圍城的邊界是什么？”學生集體回答：“城墻?！盇教師趁勢繼續敘述：“每個系統都有它的邊界，國家的邊界是邊防線，人體的邊界是皮膚和黏膜，那么細胞作為最基本的生命系統，它的邊界是什么呢？”學生根據已有知識，有的回答“細胞壁”，有的回答“細胞膜”。從這里就可以看出學生的認知沖突。有了沖突教師再去解答，能使學生更好地理解知識點。教師順勢向學生介紹細胞壁并提問：“細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，細胞壁對細胞起著支持和保護的作用，但是它具有全透性，也就是說任何東西都能透過它進入細胞。那么，它能作為邊界嗎？”學生結合教師呈現的資料積極討論，認真思考，但沒有人說出自己的想法。A教師用溫和的目光看著學生，鼓勵他們，給他們時間思考。終于有第一個學生舉手了，接下來是第二個、第三個。A教師請一位學生發表看法。經過積極討論和認真思考，學生回答得很精確：“邊界必須能阻擋一些物質的進入，就像我們國家的邊界，敵人是不能進入的。”A教師對該學生進行了肯定，然后追問：“所以，細胞的邊界應該是什么呢？”學生回答：“細胞膜?！庇纱耍隽舜舜谓虒W的主題。A教師繼續推進教學：“作為細胞邊界的細胞膜有什么結構與功能呢？接下來我們共同進行探討。”說完，A教師轉身在黑板上寫下了本節課的標題“細胞膜的結構與功能”。

引入問題后，如何開展核心概念教學尤為重要。本節課的第一個核心概念是“細胞膜的功能”。細胞膜的功能有四個，表面上通俗易懂，實際上要真正理解透徹并記憶下來還是有難度的。與生活實際相結合，與生活中微小的現象相聯系，能幫助學生理解和記憶生物學概念，也能激發學生的學習興趣。

A教師組織活動1：體驗“卵黃膜”。第一步，A教師提出問題引發學生思考：“雞蛋黃與雞蛋清被什么樣的結構分隔開？體現了細胞膜的什么功能？”第二步，A教師拿出一個雞蛋，當著學生的面敲開，將雞蛋黃和雞蛋清放到碗中。第三步，A教師端著盛有雞蛋黃和雞蛋清的碗走下講臺，請學生摸一摸雞蛋黃，感受它的表面。摸了雞蛋黃的學生驚奇地喊出聲：“它外面有層膜?！钡谒牟剑珹教師提問：“這層膜有什么作用？”學生大聲地回答：“它能把蛋清和蛋黃隔開。”第五步，A教師提問：“除了能隔開蛋清，它還能隔開什么？”有學生思考，回答：還能隔開細菌和病毒。第六步，A教師肯定學生的回答，并進行總結：“實際上，受精后的雞蛋是一個受精卵，我們可以看到蛋黃上有一個小白點，它就是胚盤，蛋黃為受精卵提供營養物質，在蛋黃外包裹的那層膜就是細胞膜（卵黃膜）。由此我們可以知道細胞膜的第一個功能——將細胞與外界環境分隔開來?！痹谝鲈摴δ芎?，A教師在黑板上板書：第一個功能。

除此之外，生物學知識點多，于是教材也進行了改編，更貼合邏輯，更有利于學生的理解探究。因此，教師要學會利用教材，可結合教材“問題探討”欄目中的材料進行知識講授。本節課，A教師充分利用教材內容設計探究活動。為了讓教材實驗更直觀、更易理解，A教師列舉了生活中的一個常見例子并進行交流互動。

師：臺盼藍可以用來檢測細胞是否存活，這里有兩幅圖片，請同學們判斷哪幅圖中是活細胞，哪幅圖中是死細胞。

（學生猶豫不決，沒有思路，面面相覷）

師：色素是不是細胞需要的東西，能不能輕易進入細胞？色素什么時候才能進入細胞呢？

（學生在教師的提醒下，恍然大悟）

生1：我明白了，有細胞膜做邊界，色素不能進入細胞，除非細胞死了，所以變藍的細胞是死細胞，沒變藍的細胞是活細胞。

師：由此可以看出細胞膜的功能是什么呢？

（學生沉默，不知怎么描述）

可以看出，學生平時表達自己的機會比較少。A教師也知道自己班上的學生思維較不活躍、表達能力不強，所以并不著急。她給了兩分鐘時間讓學生進行再思考。

師：細胞死后，細胞膜的功能隨之消失，色素由此得以進入細胞，而活細胞的細胞膜能正常發揮功能，因而色素不能進入細胞。

生2：細胞膜的功能是控制物質進出細胞。

師：很好，細胞膜能控制物質進出細胞。細胞需要的物質能進入細胞，不需要的物質一般不能進入細胞，這其實就是細胞的選擇透過性。

當然，生物學知識既有“特殊”又有“一般”，而這“特殊”之處往往是學生容易忽視的。A教師十分重視這一點，進行精準發問。

師：細胞膜的選擇透過性是絕對的嗎？細胞不需要的物質一定不能進入細胞嗎？

生3（下意識地回答）：不是絕對的。

教：你能舉出例子嗎？

生3：有些病毒還是能進入細胞，感染人體的。

由此可以看出，A教師不僅通過探究活動鍛煉了學生的思維，還采用層層設問的形式引導學生解決問題，提高了學生解決問題的能力。同時，為了讓學生更好地理解細胞膜的這一功能，A教師聯系生活實際，向學生描述生活中常見的現象。

師：把莧菜浸泡在清水中，水不會變色，若將其煮熟，可以發現水變成了紅色。這是為什么？（檢測學生是否理解了細胞膜的這一功能）

生4：因為莧菜泡在清水中，細胞仍是活細胞，色素不會出來，而將莧菜煮熟，細胞則變成死細胞，細胞膜會失去選擇透過性，液泡中的色素便從細胞中流了出來。

師（補充）：色素位于細胞液中，當將莧菜煮熟，細胞死亡，液泡中的色素從細胞中流出來，將水染紅。

對于細胞膜的第三個功能，A教師選擇講解一則事例，以激發學生的學習興趣，深化學生的理解。

師：河里有很多水生生物，如青蛙和魚等。它們均為體外受精，但是為什么魚的卵細胞不會與青蛙的精子相結合呢？

（學生哄堂大笑，顯然這個話題他們很感興趣）

師：實際上，同種生物的精子與卵細胞相互認識，它們為什么會認識？因為卵細胞中有受體，精子上有糖蛋白，只有同種生物的卵細胞上的受體才能與精子上的糖蛋白結合。而受體和糖蛋白都是位于細胞膜上的，由此我們知道，細胞膜的第三個功能是什么呢？

生（齊）：識別。

師：沒錯，換句話說就是細胞間進行信息交流。細胞間進行信息交流的第一種方式為直接接觸。細胞間進行信息交流的方式還有哪些？如果兩個人相距很遠，他們之間如何交流呢？

生5：可以送信。

生6：可以發短信。

師：沒錯。我們可以一個物質做媒介。同樣地，如果兩個細胞相距很遠，它們之間如何進行信息交流呢？這時候也需要一種物質，叫信號分子，如激素、神經遞質等。我們這種細胞間進行信息交流的方式為物質傳遞。

師：以上是動物細胞間進行信息交流的方式。那植物細胞間又是如何進行信息交流的呢？請同學們閱讀教材內容，嘗試歸納總結。

（學生在教師豐富有趣的講解中有了探索的欲望，能夠十分認真地閱讀教材中的內容）

生7：植物細胞間通過胞間連絲進行信息交流。

（細胞間進行信息交流的第三種方式并不難發現，但是要真正地理解存在一定的難度）

師（補充）：一開始科學家認為植物細胞間被細胞壁隔開，完全沒有聯系，但后來科學家經過實驗發現，向一個植物細胞注入一種熒光染料，不一會兒，其相鄰的細胞也帶上了這種熒光染料。由此可知，植物細胞之間是有聯系的?？茖W家通過進一步研究發現，相鄰植物細胞間存在的通道是由這兩個植物細胞的細胞膜連接而成的。

通過開展探究活動、巧妙設問、呈現材料等方法，A教師把“細胞膜的功能”這一核心概念講解透徹了，體現了精心備課，根據教學目標合理安排教學活動，較好地提升了學生的能力。

在教學“細胞膜的結構”這部分內容時，A教師主要講解細胞膜結構的發現歷程，采用模型構建法，引導學生自制學具，幫助學生理解重難點。A教師精心設計過渡語：“我們知道結構決定功能，細胞膜能有各種復雜的功能，離不開其精細的結構。那么，細胞膜的結構是怎樣的呢？”

二、貫穿科學史，自主構建物理模型——細胞膜成分探索

“細胞膜結構的發現”這部分內容學生較難理解，但這部分內容若講好了不僅可以活躍學生的思維，而且可以培養學生解決問題的能力。A教師選擇詳細地介紹細胞膜結構的發現歷程，并著重展現科學家堅持不懈的精神及令人敬佩的思維能力。A教師首先請學生閱讀教材中描述歐文頓是如何進行實驗的，以及他通過實驗得出了什么結論的內容。很多教師在處理此部分內容時都是直接介紹科學家的發現，沒有給學生留出思考時間，沒有發揮教材的素材價值。A教師意識到了這一點，新教材需要配套新教法，所以她充分利用了科學史。在A教師提出問題后學生都仔細地閱讀教材內容，但沒人敢舉手描述，這與其缺乏表達能力訓練有關。A教師意識到這是鍛煉學生的好機會，因此她在給予學生時間思考后，點名請學生回答。被抽到的生8很緊張，但能將歐文頓的實驗大致描述出來。

生8：歐文頓用一些實驗材料探究其是否能透過細胞膜，發現脂溶性物質能透過細胞膜，與脂質不相溶的物質不能透過細胞膜。

師：由此，你能得出什么結論呢？（這一過程對學生來說比較難，因為涉及化學知識）

師（將探究過程補充完整）：歐文頓用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行了上萬次的實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性不一樣，溶于脂質的物質容易透過細胞膜，不溶于脂質的物質不容易透過細胞膜。這涉及化學中的相似相溶原理。

生8：我知道了，細胞膜可能是由脂質組成的。

問題涉及化學知識，比較難回答。在A教師的提醒下，學生能答出“細胞膜可能是由脂質組成的”，但實際上學生對如何得出這一結論并不清楚。A教師顯然也注意到了這一點，馬上為學生科普化學中的相似相溶原理。

師：歐文頓在整個實驗過程中根據實驗結果，提出了自己的猜測，這里用了一種科學方法叫提出假說法。

師：讀一讀科學家對細胞膜進行化學分析的實例，思考為什么使用哺乳動物成熟的紅細胞。

A教師帶領學生跟隨科學家的腳步，思考科學家選材的原因，認識“實驗要成功，選材是關鍵”，讓學生學會做實驗。大多數學生利用已有的知識很難解決該問題。有個學生比較喜歡拓展閱讀，最終答道：“這是因為哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核和各種細胞器?！盇教師對該學生的回答進行評價，并總結“并不是所有真核細胞都有細胞核”，接著對細胞膜的成分進行分析，發現組成細胞膜的脂質有磷脂和固醇，其中磷脂的含量最多。

師： 磷脂有什么特點？

為講解這一部分知識，A教師選擇呈現磷脂分子的結構式，通過融合化學學科知識，使學生能更好地理解為什么頭部是親水、尾部是疏水。

A教師請學生觀察磷脂分子的結構并分析其特點，推測磷脂分子在空氣-水界面上會怎樣鋪展。在此環節中，A教師選擇引導學生自制學具，即可以黏附在黑板上的磷脂分子模型。這一做法比較新穎。通過模型構建，學生能親歷科學家的探索歷程，體會科學探索的不易與艱辛。A教師引導學生構建磷脂分子的分布模型，推測磷脂分子在水環境中的排布方式。A教師請生9上臺展示。生9在排列磷脂分子時直接參照教材上的流動鑲嵌模型，將磷脂分子排列成兩層。從這個排列中就可以看出生9的思考過程存在問題。A教師引導學生對生9的排列進行評價。

師：生9的排列有沒有問題？

生10：有問題，將磷脂分子的排列方式變為“一頭扎進水里，呈單層排列”。

（其他學生紛紛點頭）

A教師給這種排列方式取了一個形象的名字——“一頭扎進水里”。在后排聽課的教師會心一笑，感覺十分貼切。A教師繼續介紹科學家的探索歷程，鍛煉學生的思維能力。

師：科學家利用哺乳動物成熟的紅細胞制備純凈的細胞膜，提取其脂質后，發現在空氣-水界面上排列成磷脂單分子層，測得其面積恰好是紅細胞表面積的兩倍。從這一實驗結果中你能得出什么結論？

（學生一時沒有頭緒，因此沒有回答）

師：哺乳動物成熟的紅細胞有什么特點？

生11：沒有細胞核。

師：也沒有各種細胞器，這意味著提取出來的磷脂分子是組成誰的磷脂分子？

生12：全部都是組成細胞膜的磷脂分子。

師：那么為什么在水中磷脂分子排列的面積會是細胞膜的兩倍呢？

生13：在水中排列成單分子層，面積是細胞膜表面積的兩倍只可能是因為細胞膜的磷脂分子呈雙層排列。

師：很好，這其實也是科學家最終推出的結論。

可以看出，在A教師的引導下，學生層層推理，最終得出細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續的兩層。接下來，A教師引導學生結合細胞內外環境，嘗試構建磷脂分子的分布模型。

這又是一個探究活動，有利于學生體會科學家的思維。科學家如何發現磷脂分子的排布？A教師請學生回憶細胞生活的內外環境，并嘗試描述。學生的想法很多，有些甚至讓人驚喜。

生14：細胞生活在水環境中，細胞外是水，比如紅細胞生活在血漿中，細胞內也是水，細胞質基質是一些水溶膠。由此我們可以思考在水中磷脂分子是如何排布的。

A教師請生15、生16上臺嘗試構建模型，生15將單層磷脂分子圍成一個圈，生16擺的是雙層磷脂分子球。A教師驚訝于學生的思維能力，予以其肯定的評價。A教師提醒其他學生關注細節。

師：我們要注意，細胞膜所處的環境與水環境不完全相同，因為細胞膜不能把細胞質里的水擠出去，所以細胞膜所處環境還是只能是磷脂雙分子層球體。

從中也可以看出學生的能力及科學的嚴謹。在整個模型構建過程中，教師不僅讓學生做，還對學生的回答進行評價，真正做到教、學、評一體化。這有利于學生及時糾正錯誤，使學生記憶深刻。A教師采用自評和他評相結合的方式評價學生構建的模型，并引導學生修正和完善構建的模型。樣做既培養了學生的能力，又鍛煉了學生的思維。通過構建磷脂分子的模型，學生體會到了模型構建這種科學方法的重要性；通過在小組討論及合作探究的基礎上修正和完善磷脂分子分布的模型，學生培養了思維能力和探索精神?？茖W探索的腳步還沒有停止，后續內容A教師選擇補充科學史幫助學生理解。

師：組成細胞膜的成分除磷脂外，還含有別的物質嗎？請同學們閱讀教材并思考。

生17：除了磷脂還有蛋白質。

師：實際上，科學家不會止步于此。在發現細胞膜主要由磷脂構成后，科學家繼續進行實驗。1935年，英國學者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力。他們發現細胞的表面張力明顯低于油-水界面的表面張力。人們發現油脂的表面如果吸附有蛋白質成分則表面張力會降低。由此，你可以做出什么推測呢？

生18：組成細胞膜的成分應該還有蛋白質。

A教師通過介紹科學史，培養學生科學探究和歸納總結的能力，同時通過充分利用教材，評價學生的回答，鼓勵學生積極思考、敢于創新。除此之外，還通過問題引發學生思考，培養學生實驗探究的能力。A教師的教學處理是我們學習的典范。

三、思維拓展，培養社會責任感

在本節課中，A教師一直試圖將探究活動貫穿生物學學科核心素養的培養。很顯然，她做到了。學生通過科學史學習及模型構建親歷了科學家發現細胞膜結構的歷程，體會到了其中的不易與艱辛。在此基礎上，為了讓學生能用所學知識解決生產生活實踐中的問題，激發學生的學習興趣，A教師還精心設計了問題。

師：右圖（如圖1）是由磷脂分子構成的脂質體，它可以作為藥物的運載體，將藥物運送到特定的細胞發揮作用。在脂質體中，磷脂雙分子層內部放置的是容易在水中結晶的藥物，脂溶性的藥物被包在兩層磷脂分子之間。請同學們思考：（1）為什么兩類藥物的包裹位置各不相同？（2）請推測：脂質體到達細胞后，藥物將如何進入細胞內發揮作用？

根據剛才所學的知識，學生進行了激烈的討論。學生19舉手發言。

生19：我認為脂溶性物質要包在兩層磷脂分子之間，因為磷脂分子之間是疏水的，包在其中保持藥物穩定。而能在水中結晶的物質要包裹在磷脂雙分子層中，這是因為脂質體內部是水溶液的環境，能在水中結晶的藥物可穩定包裹其中。

師：沒錯，脂質體其實與細胞膜結構類似，通過利用其結構特點可方便我們生產生活。

A教師精心設題，讓學生通過問題思考，能夠理解生物學知識在生產生活實踐中的作用，激發學習興趣，培養生物學學科核心素養。A教師的設計得到了聽課教師的贊同。隨著下課鈴聲響起，A 教師的課堂結束了，時間點掐得很好。

【教學反思】

A教師是一位擁有七年教齡的教師，在面對新教材時能妥當處理，尤其注意新舊教材之間的區別，根據區別及生物學課程標準，精心設計教學。課程標準指明，培養學生的生物學學科核心素養是極為重要的。因此，A教師利用探究活動幫助學生建構生物學核心概念，讓學生在生產生活實踐中運用生物學知識解決問題，鍛煉思維。這節課既貼合高考要求，又促進了學生的發展，值得我們學習借鑒。

除此之外，還有以下問題值得我們進一步討論。針對細胞膜的功能設計的探究活動是否過多，時間花費過多？如何解決培養生物學學科核心素養與課時有限之間的矛盾？對細胞膜成分探索中涉及的科學思維是否有必要一一講解？

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?藍巧燕.大概念教學在高中生物學科教學中的應用研究［J］.求知導刊，2022（13）：20-22.

［2］ ?胡江文. 基于SOLO分類理論的高中生物學問題串教學的應用研究［D］.漳州：閩南師范大學，2022.

（責任編輯 黃春香）