以“細(xì)胞膜的功能 為例談如何突破核心概念教學(xué)

高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)“培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)”，并指出“生物科學(xué)素養(yǎng)體現(xiàn)了個(gè)體對(duì)生物學(xué)核心基礎(chǔ)知識(shí)的理解與運(yùn)用能力”由此可見，“核心概念”教學(xué)構(gòu)成了生物學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)框架，為教師把握教學(xué)重難點(diǎn)提供了根本依據(jù)。學(xué)生只有在深刻理解和準(zhǔn)確掌握了生物學(xué)科中的核心概念，才能構(gòu)建良好的學(xué)科知識(shí)體系，并能加以運(yùn)用。本研究以人教版高中生物必修一第三章第一節(jié)“細(xì)胞膜的功能”這一核心知識(shí)點(diǎn)為例，探討基于核心概念建構(gòu)生物學(xué)課堂教學(xué)的有效策略。

一、教學(xué)內(nèi)容分析

“細(xì)胞膜的功能”位于人教版高中生物學(xué)必修一第三章第一節(jié)，是在學(xué)生了解了組成細(xì)胞的各種物質(zhì)及各種物質(zhì)功能的基礎(chǔ)上講述的，也是繼細(xì)胞膜系統(tǒng)的出現(xiàn)后又一次闡述細(xì)胞作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生命單位是如何保持自身與外界相隔離的，且通過這種保護(hù)讓細(xì)胞內(nèi)部存在有利于生命活動(dòng)正常開展所特有的化學(xué)反應(yīng)條件；此外該節(jié)知識(shí)是以后講到“細(xì)胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)”等內(nèi)容時(shí)的重要鋪墊知識(shí)。由于教材第四章才系統(tǒng)闡述生物膜的結(jié)構(gòu)特征（包括流動(dòng)鑲嵌模型）、生物膜研究的歷史發(fā)展過程以及細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸?shù)牟煌绞剑偌由险n程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于細(xì)胞膜的功能定為“簡述”要求，所以教材中只是深入淺出地介紹了細(xì)胞膜的其中三種功能，至于其他功能，則以開放的處理方式，鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生自己去探究。

二、確定核心概念

根據(jù)對(duì)核心概念的理論解析，結(jié)合《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）的教學(xué)要求及教材知識(shí)體系，將“細(xì)胞膜的功能”的核心概念界定為：“細(xì)胞膜作為屏障實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境隔離、控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞及參與細(xì)胞間信息交流”。該核心概念下設(shè)三個(gè)次級(jí)概念，并輔以相應(yīng)的事實(shí)性知識(shí)作為支撐：1.細(xì)胞膜作為屏障實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境隔離：細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境的物理分隔；細(xì)胞膜能維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的相對(duì)恒定。2.細(xì)胞膜能夠控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞：細(xì)胞膜具有選擇性通透特性，能夠調(diào)控特定物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)進(jìn)出的選擇性控制；細(xì)胞膜的物質(zhì)調(diào)控功能依賴于其生理活性，僅在活細(xì)胞中才能正常發(fā)揮作用；細(xì)胞膜的選擇性屏障功能存在一定限制，部分環(huán)境有害物質(zhì)仍可突破其防御機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞。3.細(xì)胞膜參與細(xì)胞間的信息交流：細(xì)胞間信息交流呈現(xiàn)多樣化的途徑；細(xì)胞間信息交流依靠信號(hào)分子、受體、胞間連絲等關(guān)鍵組分。

三、圍繞核心概念選擇教學(xué)策略

1.采用情境創(chuàng)設(shè)與問題鏈遞進(jìn)策略，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建并理解核心概念。不要停留在對(duì)生物學(xué)概念的簡單記憶上，要關(guān)注生物學(xué)概念是怎樣形成的、為什么要這樣構(gòu)建它、它的適用范圍在哪里等問題；而對(duì)生物學(xué)大概念和小概念之間存在的內(nèi)在邏輯聯(lián)系要有清晰的認(rèn)識(shí)。

[教學(xué)片段1]細(xì)胞膜作為屏障實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境隔離

資料1：目前科學(xué)界普遍認(rèn)為，地球生命起源于原始海洋，其演化過程大致分為以下階段： ① 無機(jī)分子到有機(jī)小分子：元素的相互作用產(chǎn)生出許多無機(jī)化合物，由此又產(chǎn)生多種簡單有機(jī)化合物最終匯集到海洋中。 ② 有機(jī)小分子到生物大分子：由簡單的有機(jī)物發(fā)展出各種生物小分子，如氨基酸、糖分、有機(jī)堿基、嘌呤、嘧啶由生物小分子發(fā)展成多種生物大分子，如蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等。 ③ 大分子相互作用形成團(tuán)聚體：核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)相互作用，形成團(tuán)聚體。 ④ 團(tuán)聚體演化成原始細(xì)胞：團(tuán)聚體形成具有一定結(jié)構(gòu)的隔離系統(tǒng)，這隔離系統(tǒng)的逐漸完善化就出現(xiàn)了原始生命—原核細(xì)胞。

提問1：生命物質(zhì)主要指什么？（核酸、蛋白質(zhì)等）

提問2：團(tuán)聚體算原始生命嗎？原始生命是指什么？（不算；是指原核細(xì)胞）

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：原始生命得具有新陳代謝和生殖作用，團(tuán)聚體只是有機(jī)物進(jìn)行相互作用形成類似小球一類的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不具有真正的生殖作用，而細(xì)胞才是最基本的生命系統(tǒng)。

提問3：原核細(xì)胞形成過程的隔離系統(tǒng)是指什么？ （細(xì)胞膜）

提問4：那么你覺得在原始生命形成過程最關(guān)鍵的階段是什么？為什么？（細(xì)胞膜的出現(xiàn)；因?yàn)樗股镔|(zhì)與外界環(huán)境有效隔離，從而建立起相對(duì)獨(dú)立的代謝和遺傳體系，標(biāo)志著原始細(xì)胞的誕生）

追問5：那請(qǐng)猜測(cè)病毒先出現(xiàn)，還是原核細(xì)胞先出現(xiàn)？（原核細(xì)胞，病毒是非細(xì)胞形態(tài)的專性寄生生物，必須依賴宿主細(xì)胞才能完成生命活動(dòng)）

提問6：細(xì)胞膜的隔開作用有什么意義？（保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定）

通過以上情境資料和6個(gè)層層遞進(jìn)的問題的引導(dǎo)，學(xué)生已經(jīng)明確了“細(xì)胞膜作為屏障實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境隔離”這個(gè)次級(jí)概念的前因后果及延伸出來的意義，并提高了學(xué)生分析資料和思維發(fā)散的能力，在此基礎(chǔ)上還能深刻領(lǐng)悟到細(xì)胞膜的屏障功能是細(xì)胞膜在生命活動(dòng)中起最重要作用的原因。

2.通過實(shí)驗(yàn)視頻解析法，推動(dòng)學(xué)生對(duì)核心概念的深度理解。視頻實(shí)驗(yàn)是新型教學(xué)手段的一種，將一些在課外操作的實(shí)驗(yàn)拍攝成3-5分鐘的視頻，在課堂上呈現(xiàn)出來，引導(dǎo)學(xué)生分析。在課堂上分析視頻實(shí)驗(yàn)，既可以充分利用了學(xué)生的課余時(shí)間，又使課堂的教學(xué)時(shí)間能集中重點(diǎn)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，從而有效突破核心概念。

[教學(xué)片段2]細(xì)胞膜能夠控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞

視頻實(shí)驗(yàn)一：番茄的水培實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)視頻：將番茄水培在相同濃度鈣離子、鎂離子、硅酸根離子的溶液中，記錄初始濃度，一段時(shí)間后再次測(cè)量培養(yǎng)液中的各離子濃度，繪制柱形圖展示。結(jié)果顯示，培養(yǎng)液中鈣離子、鎂離子濃度下降，而硅酸根離子濃度升高。以此視頻實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生分析離子濃度的變化原因？（番茄細(xì)胞吸收鈣離子、鎂離子、水分子，但吸收鈣離子、鎂離子的速度較水分子快，因此培養(yǎng)液中這兩種離子濃度下降。而番茄細(xì)胞幾乎不吸收硅酸根離子，因此培養(yǎng)液中這種離子濃度上升）說明細(xì)胞膜對(duì)離子的吸收有什么特點(diǎn)？（選擇透過性）學(xué)生討論回答上述問題，教師小結(jié)引出細(xì)胞膜選擇性的控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，再進(jìn)一步分析什么物質(zhì)可以進(jìn)，什么物質(zhì)可以出，什么物質(zhì)不可以進(jìn)出。

視頻實(shí)驗(yàn)二：莧菜脫色實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)視頻：把莧菜放到玻璃燒杯里水煮，同時(shí)設(shè)置一組室溫下的實(shí)驗(yàn)，在該階段內(nèi)，可以觀察到水煮之后，水煮燒杯內(nèi)的水會(huì)慢慢變成紅色，但是在室內(nèi)溫度下并無紅色出現(xiàn)，依據(jù)上述現(xiàn)象去分析其中的緣由。學(xué)生描述現(xiàn)象：原來的鮮艷花瓣經(jīng)加熱后慢慢褪色，且水變淺紅。初步分析：高溫破壞了花瓣細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使得細(xì)胞內(nèi)的色素滲入水中。教師引導(dǎo)：為何活著的花瓣還能保持顏色，而加熱之后會(huì)流出色素？正常的細(xì)胞膜有什么功能？活細(xì)胞中起作用的是死細(xì)胞還是活細(xì)胞？思考得出：活細(xì)胞中的細(xì)胞膜具有選擇透過性，維持著細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，高溫使細(xì)胞膜失活、結(jié)構(gòu)破壞，從而使色素?cái)U(kuò)散到細(xì)胞外。因此，得出結(jié)論：說明了細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出的功能離不開它的完整性和細(xì)胞的生命狀態(tài)。

3.實(shí)施角色模擬教學(xué)法，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)核心概念的功能性認(rèn)知。由于高中生物教學(xué)中的部分內(nèi)容難教且難以學(xué)懂，如學(xué)科概念多、原理復(fù)雜、過程動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等，所以在傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)方式下，很難獲得較滿意的效果；如若缺乏創(chuàng)新的教學(xué)方式，則會(huì)使學(xué)生很難理解抽象的知識(shí)點(diǎn)，也談不上有趣味性。為了克服以上問題，可以在課堂教學(xué)中穿插角色扮演等方法，因?yàn)檫@種方法由于比較形象、有互動(dòng)性的特點(diǎn)，可以較好地化解以上困難。利用師生將課本上較為抽象的內(nèi)容演繹成形象的活動(dòng)等方式，可以讓學(xué)生親自經(jīng)歷生活中的情景模擬，并使他們與師生成為其中的一分子，在某種程度上感受科學(xué)家為尋求真理而為之努力的過程，使學(xué)生們體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣。

[教學(xué)片段3]細(xì)胞膜參與細(xì)胞間的信息交流

教師先提出問題：想象你們每個(gè)同學(xué)都是一個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞，當(dāng)需要共同完成某項(xiàng)生理功能時(shí)： ① 是否需要與其他“細(xì)胞同學(xué)”保持溝通？ ② 自然界為細(xì)胞準(zhǔn)備了哪些“通訊手段”？ ③ 這些通訊方式需要什么“硬件設(shè)備”（細(xì)胞結(jié)構(gòu)）支持？請(qǐng)帶著這組問題研讀課本相關(guān)內(nèi)容。

然后安排每6名學(xué)生為一個(gè)小組，其中一名學(xué)生作為協(xié)調(diào)員，其他學(xué)生分別扮演靶細(xì)胞、信號(hào)細(xì)胞、受體、胞間連絲、激素等角色，小組協(xié)作設(shè)計(jì)細(xì)胞不同通訊情景劇（信息交流方式），每個(gè)角色需說明自己在信息傳遞中的功能，并體會(huì)細(xì)胞膜在這些過程中所起的作用。小組合作討論后，選出3個(gè)小組進(jìn)行表演，每個(gè)角色需說明自己在信息傳遞中的功能。教師總結(jié)與引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系人類社交的方式去類比理解細(xì)胞間的信息交流。

4.采用類比推理教學(xué)法，促進(jìn)學(xué)生將生物概念向生活經(jīng)驗(yàn)遷移轉(zhuǎn)化。教師提出問題：請(qǐng)比較學(xué)校的圍墻系統(tǒng)和細(xì)胞膜的功能。 ① 空間分隔作用（限定校園范圍）。細(xì)胞膜的功能是什么？ （屏障） ② 選擇性通行功能（師生、訪客）對(duì)應(yīng)于細(xì)胞膜的什么性質(zhì)？ （選擇透過性）③ 信息交互功能（門衛(wèi)接待）相似于細(xì)胞膜上的哪項(xiàng)功能？（識(shí)別和信息交流）教師創(chuàng)設(shè)“校園圍墻-細(xì)胞膜”的生活化類比情境，在學(xué)生形象對(duì)比中讓學(xué)生自主歸納出細(xì)胞膜的功能；將抽象的知識(shí)，在寬松愉悅的環(huán)境中，讓學(xué)生內(nèi)化于心。

責(zé)任編輯 徐國堅(jiān)