让《生物膜的流动镶嵌模型》生物教学活起来的物理模型

陈祎平

摘 要 本文以《生物膜的流动镶嵌模型》教学实情为案例，阐述了教师通过引导学生自己动脑、动手尝试建构、展示物理模型等活动，帮助学生理解生物膜的流动镶嵌模型的基本内容，强化学生对本节课教学重难点内容的理解;同时，突出了物理模型在生物教学中的重要作用，说明物理模型可以让课堂活起来。

关键词 物理模型 生物膜的流动镶嵌模型 生物教学

中图分类号：G633.91文献标识码：A

0引言

生物学是一门以实验为基础的自然科学，和其他学科最大的区别是生物研究的对象是活的，有生命的，这就注定了研究过程会有关于生命的体验和感悟，对学生来说无形中就是一种生命教育;也决定了研究的方法是灵活的，思维方式是灵活的，不能用机械的模式化的研究方法和思维方式去研究生物，研究对象的特殊性决定研究方法的综合性，这一方面表现在数学、物理和化学方法在生物学中的综合运用，自然科学通用的观察法、实验法、调查法、模型法等在生物学中同样广泛应用。

模型是人们为了某种特定目的而对认识的对象所做的一种简单化地概括性描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的。有的借助于具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。这种运用模型解释复杂的研究对象的方法称之为模型方法。高中生物课程标准将模型方法列为科学过程方法技能的一个方面，要求学生不仅对生物模型的分类有一定的了解，还要初步学会构建一些基本的模型。生物模型可以是一种特定的研究对象，也可以是表示研究对象结构或功能的符号、图表或函数式;可以是一种研究过程、思维方法，也可以是研究成果的表达。生物模型的表现形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。物理模型是以实物或图画形式直观的表达认识对象的特征，比如，动植物细胞模式图细菌结构模式图、生物膜的流动镶嵌模型、DNA的双螺旋结构模型等等。

《生物膜的流动镶嵌模型》是生物必修一第4章第2节的内容，教学内容主要包括两个板块，即对生物膜结构的探索历程和流动镶嵌模型的建构。本节课的重点在理解并掌握流动镶嵌模型的基本内容，难点是掌握生物膜结构与功能相适应的辩证观点。

在本节课中物理模型的应用极大的丰富了互动环节，接下来将通过分析《生物膜的流动镶嵌模型》的教学环节体现物理模型在本节课教学中的重要性。

1以问题为纽带，促使学生以探索者、研究者的身份投入学习

学生自主学习，以“时间——人物——事件——结论或假说”为线索，初步了解科学家对生物膜结构的探索历程，在教材中做标记。

通过自主学习，学生首先对生物膜结构的探索历程有了初步的了解，教师提出问题进行引导，如：

（1）欧文顿提出膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过成分的提取和鉴定？

（2）在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行 提取、分离和鉴定吗？

（3）为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

（4）脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？

（5）蛋白质位于脂双层的什么位置？介绍“三明治”结构模型及其不足。

（6）有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？（在此重点介绍荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有流动性;并讨论技术的进步在细胞膜研究中的作用，强化结构与功能相适应的观点）。

如果直接将流动镶嵌模型的内容告诉学生，学生会感到枯燥，对模型也很难理解，通过设计问题串，引起学生的探究欲望，让学生一步一步地分析科学家的探索历程，使学生切身感受科学的魅力，始终保持高昂的兴趣，并且加深对科学过程和方法的理解，理解科学发展的一般规律。

另外，教材P66思考与讨论中第三个问题：解释为什么磷脂在空气——水界面铺成单分子层？科学家如何从这一现象推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论。由于学生初次接触到磷脂分子的结构式，所以教师先结合磷脂分子的结构式详细介绍磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾 ”部是疏水的，为了让学生更好的理解磷脂在空气——水界面铺成单分子层且脂质在细胞膜中排列为连续的两层这个事实，提示学生课前预习并准备材料尝试建构磷脂分子的物理模型（图1，头部所用材料为磁石，可以吸附在黑板上，并可随意移动，方便学生排布）;课堂中，学生以学习小组为单位讨论画出磷脂分子的排布，在黑板上展示自己制作的模型，并分别对磷脂在空气——水界面以及脂质在细胞膜中的排列方式做演示，并解释这一现象，教师给予点评。

至此，学生对流动镶嵌模型的组成成分、结构和特征已经有了较为清晰的认识。

2学生分小组构建、展示流动镶嵌模型，探讨模型构建过程中如何体现结构和功能相适应

本教学环节分为两个阶段：课前和课中。为了突显以学生为中心的教育原则，原本教材安排在课后利用废旧物品构建模型环节安排在课前，通过课前发布微课提示学生预习教材，对流动镶嵌模型有了初步的认识，小组内协商确定需要的材料，周末备齐材料（学生准备的材料有不同颜色的轻轻泥、细铝丝和牙签等），并于周内空闲时间组员合作完成模型;课中，各小组推荐组员代表对组内建构的模型进行制作思路、材料特征、组分和各组分结合方式、制作过程中存在的问题以及如何解决问题等方面进行介绍（部分学生构建及展示模型如图2、图3）。通过此环节，学生真正做到了充分的课前预习，不再是以“完任務”的心态完成作业中的基础预习部分，而是自己动脑发现问题，试着去解决问题，在上课前在脑中已构建了简单的知识体系，目标明确，带着问题去学习、解惑，一定程度上也体现了我们的教学方式朝着反转课堂在转变的趋势，让学生合理利用课前、课中和课后的时间，明显提高学习效率。

3归纳总结，图文并重，阐述流动镶嵌模型的基本内容

在上述问题串的分析讨论、模型展示之后，教师再呈现生物膜的结构模型示意图，结合图阐述流动镶嵌模型的基本内容。掌握流动镶嵌模型的基本内容后让学生对建构的模型进行组内自评和组间互评，及时发现了模型存在的问题：（1）预习时没有理解蛋白质在磷脂双分子层中排列方式分为三种：镶、嵌和贯穿，学生误认为镶和嵌是一种排列方式;（2）所有的模型不能良好的反映出生物膜的流动性，即未能良好的表现出生物膜的结构和功能相适应的特征，学生通过及时对模型修正和补充，有利于对基本内容的理解消化和长期记忆。

4小结

本文采用三个环节阐述了生物膜的流动镶嵌模型的探索历程、基本内容。首先，通过问题串重温科学家探索细胞膜结构的历程，让学生始终保持高昂的兴趣，自然的接受了流动镶嵌模型的理论，对科学方法有了进一步的认识，学生本着尊重科学的态度且用发展的观点看待科学;其次，通过课前预习、准备材料、整理思路、动手制作、课堂展示几个环节，给学生充足的时间和充分的机会展示自己，通过动脑、动手，学生可以发现问题、解决问题，加深对知识的理解和记忆，充分体现了生本教育的目的，同时在平时的教学过程中让学生慢慢的转变学习态度，接受翻转课堂的教学方式。最后，教师通过结合生物膜的流动镶嵌模型的图示，阐述其基本内容，让学生与自己构建的模型进行比较，发现模型中存在的问题，通过及时反馈，提高课堂时效。

在模型建构活动中，往往需要进行观察或实验，需要进行归纳和演绎，需要运用已有知识进行假设、模拟、将复杂的事物进行简化、抽象出其本质属性，需要将头脑中抽象的概念具體化、形象化并身体力行;通过亲身参与这样的活动，学生在探索中思考，可以体会到模型建构的方法，获得成功的喜悦，才可能将模型方法内化为认知图式，获得认知水平的提升。

因此，本节课中，磷脂分子物理模型和生物膜流动镶嵌模型的建构和展示，帮助学生理解教材内容，丰富了课堂内容，活跃了课堂气氛，充分体现了物理模型在生物教学中的重要性。

参考文献

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