柯小紅

(浙江省平湖市新華愛心高級(jí)中學(xué) 嘉興 314200)

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

本節(jié)是浙科版高中生物學(xué)教材必修1《分子與細(xì)胞》第2章第2節(jié)的內(nèi)容。由于內(nèi)容量大，分為2個(gè)課時(shí)講解，其中第1課時(shí)主要介紹細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型以及細(xì)胞膜組成成分的生理作用。本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了第1章“細(xì)胞的分子組成”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等物質(zhì)是如何有機(jī)結(jié)合構(gòu)建細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的；此外，又是學(xué)習(xí)第3章“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”的基礎(chǔ)。因此，本節(jié)課在教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。

本節(jié)課的重難點(diǎn)是構(gòu)建細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型和理解其具有選擇透性的原因。但由于研究對(duì)象的微觀性和抽象性，學(xué)生較難真正理解細(xì)胞膜。為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，突破重難點(diǎn)，筆者基于5E教學(xué)模式[1]進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，組織形式多樣的學(xué)生活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究和合作探究，逐步建立細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)模型。本節(jié)課按照細(xì)胞膜的功能到結(jié)構(gòu)、再到功能的線索進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下的教學(xué)目標(biāo)：

(1) 通過討論細(xì)胞膜上磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的功能，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

(2) 通過對(duì)玉米籽粒的染色實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證活細(xì)胞吸收物質(zhì)具有選擇性，培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。

(3) 通過閱讀細(xì)胞膜的科學(xué)史，嘗試?yán)媒叹邩?gòu)建細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型，提升科學(xué)思維能力，感受實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)科學(xué)進(jìn)步的影響，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

3 教學(xué)過程

3.1 引入(engage)——“活動(dòng)： 驗(yàn)證活細(xì)胞吸收物質(zhì)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(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生參照教材進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，最后觀察和描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖： 從學(xué)生熟悉的事物出發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；通過課堂實(shí)驗(yàn)，不僅可以培養(yǎng)合作探究精神，還可以鍛煉他們的動(dòng)手能力，語言表達(dá)能力和理性的科學(xué)思維能力，還會(huì)有學(xué)生質(zhì)疑：“為什么一定要縱切”“可不可以先染再切”等，如此可讓學(xué)生產(chǎn)生探究的欲望，也為細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

3.2 探究(explore)——細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu) 具體分為以下兩個(gè)環(huán)節(jié)：

3.2.1 探究細(xì)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(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞通透性進(jìn)行了上萬次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜。資料2： 二十世紀(jì)初，科學(xué)家分離得到哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的細(xì)胞膜，分析發(fā)現(xiàn)它可被蛋白酶(能專一地分解蛋白質(zhì))水解。學(xué)生閱讀學(xué)案上的這些資料后，思考細(xì)胞膜的組成成分并回答。

其間，為激活學(xué)生已有的知識(shí)，教師做進(jìn)一步引導(dǎo)： ①蛋白質(zhì)的鑒定還可以用什么試劑？現(xiàn)象是怎樣的？②第1章主要學(xué)習(xí)了4種脂質(zhì)，那你認(rèn)為哪一種是最可能構(gòu)成細(xì)胞膜的主要成分？學(xué)生思考并回答。

設(shè)計(jì)意圖： 閱讀資料，學(xué)生根據(jù)已有的化學(xué)和生物知識(shí)推導(dǎo)出細(xì)胞膜的組成成分，不僅能提升自信心，加深對(duì)膜成分的印象，還可以培養(yǎng)提取信息的能力，同時(shí)幫助學(xué)生在關(guān)鍵知識(shí)間建立起聯(lián)系，培養(yǎng)知識(shí)遷移的能力。

3.2.2 構(gòu)建細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型 教師介紹磷脂分子的結(jié)構(gòu)和模式圖，并呈現(xiàn)課堂練習(xí)1： 如圖1所示，若將細(xì)胞膜的磷脂分子提取后，放入盛水容器中，磷脂分子穩(wěn)定分布方式為哪種？

圖1 磷脂分子在空氣—水界面的分布

學(xué)生根據(jù)磷脂分子頭部親水、尾部親脂的特點(diǎn)，基本都能選出B選項(xiàng)。

教師順勢引導(dǎo)： 在細(xì)胞內(nèi)外都是大量水溶液的環(huán)境中，膜上的磷脂分子如何才能穩(wěn)定存在？畫出你認(rèn)為可能的排布圖[2]。學(xué)生思考分組討論，并在學(xué)案上繪制；同時(shí)，請一位學(xué)生利用10個(gè)磁性貼紙?jiān)诤诎迳险故灸Ｐ?，并說明理由。教師組織生生評(píng)價(jià)。

教師展示資料3： 1925年，高特(E. Gorter)和格倫德(F. Grendel)把細(xì)胞膜中的磷脂抽提出來，鋪成單層分子，發(fā)現(xiàn)面積是細(xì)胞膜的兩倍。如果你是科學(xué)家，你會(huì)推測出什么樣的結(jié)論？學(xué)生較順利地推出細(xì)胞膜中磷脂分子排列為兩層。

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

圖2 細(xì)胞膜上磷脂分子的分布情況

蛋白質(zhì)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(zhì)，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(xué)生利用磁性貼紙補(bǔ)充在脂雙層中，其他學(xué)生在學(xué)案上對(duì)模型進(jìn)行補(bǔ)充，并進(jìn)行生生互動(dòng)。

依賴電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家研究清楚了膜上蛋白質(zhì)的分布。教師提供資料4： 冰凍蝕刻電子顯微法——標(biāo)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(jié)： 膜上有的蛋白質(zhì)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(gè)在膜表面。學(xué)生閱讀教材，進(jìn)一步修正學(xué)案上自己繪的模型。

教師呈現(xiàn)立體教具，提出新的問題： 細(xì)胞膜是否是靜態(tài)的？提供動(dòng)畫：“熒光標(biāo)記的人鼠細(xì)胞融合”，引導(dǎo)學(xué)生思考和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論。此外，動(dòng)畫演示細(xì)胞膜上磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)方式，幫助學(xué)生理解細(xì)胞膜的流動(dòng)性。最后呈現(xiàn)資料5： 1972年，桑格和尼克森提出的流動(dòng)鑲嵌模型。

設(shè)計(jì)意圖： 通過自制磁性貼紙[3]、立體模型、動(dòng)畫、學(xué)案等多種直觀教具的利用，激發(fā)學(xué)生的智力參與，幫助學(xué)生將抽象的知識(shí)與圖解聯(lián)系起來，逐步完成細(xì)胞膜模型的構(gòu)建；通過學(xué)生思考、討論與生生評(píng)價(jià)，培養(yǎng)他們思維的深刻性和獨(dú)創(chuàng)性；通過閱讀科學(xué)史，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)結(jié)論的獲得是需要大量實(shí)驗(yàn)的支持的，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著科學(xué)探究的不斷進(jìn)步，從而樹立正確的發(fā)展觀，進(jìn)而突破重難點(diǎn)。

3.3 解釋(explain)——討論細(xì)胞膜上磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的作用 教師提出問題： 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)分別是什么？制作“擴(kuò)散”和“易化擴(kuò)散”的動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析膜上磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的作用，并組織其思考和討論紅墨水不能進(jìn)入活細(xì)胞的原因。

設(shè)計(jì)意圖： 將抽象概念形象化，幫助學(xué)生理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能特點(diǎn)，進(jìn)一步落實(shí)“結(jié)構(gòu)與功能觀”；并且回到最初的實(shí)驗(yàn)情境，與“引入”環(huán)節(jié)遙相呼應(yīng)，誘導(dǎo)學(xué)生深度思考，培養(yǎng)他們理性的科學(xué)思維能力。

3.4 遷移(elaborate)——紫杉醇脂質(zhì)體 課件呈現(xiàn)本市當(dāng)?shù)氐囊黄t豆杉林，教師設(shè)置情境： 紅豆杉體內(nèi)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(jīng)常會(huì)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(nèi)代謝會(huì)產(chǎn)生組織胺，引起嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。那如何來解決這個(gè)問題？學(xué)生思考、討論并回答。

設(shè)計(jì)意圖： 從學(xué)生周圍的事物出發(fā)，拉近了與學(xué)生的距離，使學(xué)生產(chǎn)生興趣；在他們初步構(gòu)建了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型和理解其特性后，進(jìn)行遷移應(yīng)用，以加強(qiáng)他們對(duì)新知識(shí)的理解；同時(shí)，可以讓學(xué)生感受到生物科技與人類醫(yī)學(xué)的緊密關(guān)系，也可以增強(qiáng)他們的社會(huì)責(zé)任感。

3.5 評(píng)價(jià)(evaluate) 師生共建細(xì)胞膜的概念圖(圖3)，對(duì)本節(jié)知識(shí)進(jìn)行小結(jié)，并引出糖蛋白等物質(zhì)，為下節(jié)課做好鋪墊。

圖3 “細(xì)胞膜和細(xì)胞壁”(第1課時(shí))的概念圖

4 教學(xué)反思

在本節(jié)課教學(xué)中，利用5E教學(xué)模式取得了較為理想的教學(xué)效果。在“引入”階段，通過分組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究玉米粒的染色情況，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，鍛煉學(xué)生科學(xué)探究的能力和科學(xué)思維；在“探究”環(huán)節(jié)，通過閱讀細(xì)胞膜的科學(xué)史，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，發(fā)展了學(xué)生的思維，也幫助學(xué)生內(nèi)化形成“事物總是處于動(dòng)態(tài)發(fā)展之中”的哲學(xué)觀；通過“解釋”環(huán)節(jié)，回到最初的實(shí)驗(yàn)情境，誘導(dǎo)學(xué)生深度思考，建立結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點(diǎn)；在“遷移”環(huán)節(jié)，利用紫杉醇脂質(zhì)體，培養(yǎng)其社會(huì)責(zé)任。最后通過框架圖和習(xí)題對(duì)細(xì)胞膜進(jìn)行小結(jié)和鞏固。盡管5E教學(xué)模式應(yīng)用于探究式抽象結(jié)構(gòu)教學(xué)中，能夠引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)科學(xué)概念，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，提高其生物學(xué)核心素養(yǎng)，但在教學(xué)實(shí)踐層面上仍需要進(jìn)一步的精細(xì)化，增加互動(dòng)的有效性，并適當(dāng)增加課堂練習(xí)加以鞏固。