曾素玉
广州开发区外国语学校 510700
摘要 以“细胞膜的结构与功能”的教学设计为例，阐述如何结合学生认知发展特点，创设实验分析、科学史学习和研究应用分析3个结构化情境和任务，引导学生在构建细胞膜流动镶嵌模型的过程中，深入理解细胞膜的结构和功能，促使学生逐步加深对所学知识的认知与构建，提升解决实际问题的能力。
关键词 核心素养 结构化情境 流动镶嵌模型
细胞的结构是微观和抽象的，高一的学生虽然对细胞已有初步的认识，但是要了解细胞膜的结构和功能，还需要有大量的事实和实验证据作为支撑。因此，教师需要精心创设结构化的真实情境，引导学生在体验细胞膜模型建构的过程中，能够一步一步发现问题并解决问题，形成核心素养。模型是抽象和形象的有机结合，能抽象表达本质特征。学生像科学家一样在构建模型认识科学现象，亲身体会科学家发现问题构建模型解释现象，使用和研究模型并不断的修正模型的过程，从而促进学生发展逻辑推理，批判性思维等科学思维。崔允漷教授认为交通规则是知识，倒车入库是技能，有了知识技能之后，还要路考，在真实情境中才能形成能力。学生的学习也经历同样的过程，将模型与建模的方法应用于课堂教学之中，可提高学生的科学素养和科学探究能力。
在本课教学中，教师设计了3个结构化、阶梯式的情境（图1），通过肉眼可见的实验现象分析细胞膜应具备的功能，激发学生解决实际问题的兴趣；引导学生体验科学家的探索经历、思维方式、实验材料、实验思路、遇到的挫折等真实情境，在细胞膜的成分和结构探索过程掌握科学研究方法，培养学生的科学思维；学习细胞膜功能的研究应用实例，引导学生对细胞膜的模型进行完善和修正，促进学生能力的提高，同时加深对细胞膜结构与功能的本质认识。
图1
结构化情境1：细胞膜的功能
学生活动一：观察演示实验现象，描述细胞膜的功能。
用注射器将墨水注入卵黄内，墨水却不能逸出卵黄。说明了细胞膜作为细胞的边界，应具有什么功能？教材问题探讨提出用台盼蓝染色法可以鉴定细胞的活性，高一的学生虽然对细胞已有初步的认识，但对细胞边界的认识还是很抽象的。细胞膜是微观的，即使借助显微镜也不容易观察；演示实验中用体积比较大的卵黄（结构如图2）做实验材料，注射墨水后，学生用肉眼就能清晰地观察到细胞膜的存在，从而感知细胞膜具有将细胞与外界分隔开，控制物质进出细胞，保证细胞内部相对稳定的功能。基于维果茨基的最近发展区理论，教师在创设第1个情境时，选择了学生跳一跳可以够得着的“果子”。
结构化情境2：细胞膜的成分与结构
生物学发展进程中，科学家的探索经历、思维方式、实验材料、实验思路、遇到的挫折等都是学习生物学的最佳素材，特定历史背景和实验条件又是培养科学思维的真实情境[2]。模型建构教学，就是要引导学生充分分析情境中原型的各要素的结构和功能，充分理解情境中原型的各要素之间的生物学联系，在从原型中抽象出本质特征的同时，又能形象将本质特征具体化、直观化，充分调动和发挥学生的主体性，使学生在科学思维和动手实践等方面体验模型建构的过程。本环节情境设计如图2，引导学生了解提出假说的科学方法，培养科学探究能力。
图2
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学生活动二：初步构建细胞膜上磷脂双分子层的结构、膜蛋白质的分布
联系细胞的生活实际，生命起源于原始海洋，学生通过前面学习也清楚，组成细胞的化合物中水的占比最大。故不难认识细胞膜内外两侧的环境条件（即含大量水分的液体环境），为构建细胞膜上的磷脂双分子层结构打下基础。根据罗伯特森的电镜观察结果，猜想膜蛋白质的分布。学生初步构建细胞膜结构模型（如图3中1→3）。
图3
结构化情境3：细胞膜功能的研究应用
从学生熟悉的蛋白质功能出发，补充水通道蛋白相关研究资料，假如图中的细胞是肾小管壁细胞，水通道蛋白在细胞膜上要如何分布？分析好氧细菌细胞膜上可能附着呼吸酶的位点；一些糖尿病病人可以注射胰岛素达到降低血糖的目的，胰岛素作为信号分子，与之结合的膜蛋白如何分布？ 学生对细胞膜结构模型进行完善和修正（如图3中3→4），并对细胞膜的流动镶嵌模型中蛋白质的嵌入情况有了自己的认识，相关补充描述为：与细胞间信息交流相关的蛋白质如“胰岛素受体”镶在磷脂双分子层表面，或者部分嵌入磷脂双分子层中，通常与糖链结合为糖蛋白，分布在细胞膜的外侧；“水通道蛋白”等载体蛋白贯穿于整个磷脂双分子层；原核细胞膜的磷脂双分子层内表面可能镶嵌有呼吸酶类蛋白质
教学反思：
1利用结构化的真实情境，促进“结构与功能观”形成的思考
“结构与功能观”是生命观念的基础[3]。“生命观念”无疑是最富有生物学科特色的素养，它不是具体的概念或生物学事实；它需要学习者在理解概念的基础上，以生物学事实作为支撑，进一步领悟形成的；它既是学生在学习过程中逐渐形成的生物学思想、方法，反过来又对学生继续深入学习生物学知识起促进作用。从系统论的角度看，“结构”是系统各要素间的联系，“功能”则是系统作用于环境的能力。系统通过一定的结构成为整体，进而表现出一定的功能，功能因外界因素的影响会发生变化，从而反作用于结构，并通过自然选择将具有特定功能的结构保留下来。因此，“结构与功能观”主要包括3层含义：(1)一定的结构对应一定的功能；(2)任何功能都需要一定的结构来实现；(3)特定功能决定特定结构的取舍。
本课例中，围绕细胞膜的“功能——成分和结构的探究——功能的应用”学习主线设计结构化情境，有助于培养学生形成“结构与功能观”，理解生命活动的因果关系，对学生建构完整、系统的生物学概念体系，科学认识、对待生命及其规律，正确分析、解决生物学相关问题有很大的帮助。
2 重视科学方法的学习, 提升思维迁移能力
提出假说的研究方法在生物学研究中被广泛应用。无论是细胞膜成分的探索还是细胞膜流动镶嵌模型的提出都经过了提出假说、实验的验证、修正和补充的过程，在研究过程都蕴含诸多科学家探索和创新精神。
教学更应关注科学家在特定历史背景和实验条件下原创性的思考，提升学生解决生物学问题的能力。生物学结论的获得是生物学家的探索经历和思维方式的总结，包括实验思路、所选实验材料、甚至遇到的挫折和思维局限。学生只有掌握了科学的思维方法，才能具备适应未来社会和解决实际问题的关键能力和必备品质。
3 “求真”生物学教学促进学生深度学习
“求真”生物学教学是指在教育教学理论与方法的指导下，不断地认识生物学教学的本质，把握生物学教学的规律[3]。生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学，因此，“求真”生物学教学就是引导学生通过认识生物学原型、分析生物学现象并把握生命活动规律的教学。
以细胞膜结构的探究为例，罗伯特森在电镜下看到“暗-亮-暗”三层结构，提出三明治结构模型即细胞膜生物学原型，但这个生物学原型（假说）的结构特点解释不了变形虫的运动等生物学现象（事实），因此，科学家必须对这样的生物学原型进行修正和补充。在“求真”过程中，促进学生学习的高投入，落实学生的认知过程，促进学生进行真实运用与反思的教学。在真实情境或基于真实情境设计的教学任务或活动中进行扎实认知，实现深度学习，成就学生的发展与成长。
主要参考文献：
[1]梁姝颋. 创设结构化情境促进学生学习遗传规律[J].生物学通报，2020（12）：30
[2]张玄可，申定健.例析生物学科学史教学中科学思维的培养[J].中学生物教学，2020（9）：31-32
[3]朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物：必修一分子与细胞【M】.北京：人民教育出版社，2006：54—55.