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 微课优化“生物膜的流动镶嵌模型”的教学实践
2015-12-25 周茜  阅读次数 

微课优化“生物膜的流动镶嵌模型”的教学实践

210012  南京市雨花台中学   周茜

互联网时代的到来,不仅改变着人们的生活方式、经营方式、交往方式,也不可回避地影响着中小学的课堂教学。微课、慕课、翻转课堂悄然进入了我们的课堂。微课到底是什么?了解微课或许最好的方式就是去真正开展一次微课程教学,毕竟站在岸上,我们永远无法去体会游泳者的感受。笔者就生物膜的流动镶嵌模型一节的微课教学谈谈实践的体会。

1 教材分析

本节教材是人教版《必修1分子与细胞》第四章第2节,主要内容为科学家对生物膜结构的探索历程和流动镶嵌模型的基本内容。该节是第三章“细胞的基本结构”第1节“细胞膜——系统的边界”的延伸与拓展,与第四章的第1节和第3节也有着密切的联系,它们共同形成了功能(概述)——结构——功能(理解)这条主线,本节起着承上启下的作用。

本节的教学重点是生物膜的结构及特点;科学家探索生物膜结构的经典实验。难点是分析科学实验,理解模型建构的思维,进而形成结构与功能相适应的辩证观。

2 教学策略的选择

本节教学有两条主线,一为科学史的探究过程;一为模型的建构过程,如何将两者完美融合,实现教学目标,需要优化教学策略。

教材中提供的科学史实验多为描述性实验,需要学生借助一定的化学知识,通过逻辑推理,理解生物膜的成分、结构及特点。这其间离不开教师提供一定的知识基础,如相似相溶的原理、磷脂分子的结构与特点;需要教师设计问题引导学生思考分析磷脂双分子层和蛋白质的排列特点。因此,科学史教学常用的教学策略是呈现资料,通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维,提高科学探究能力。

《普通高中生物课程标准(实验)》指出:了解建构生物模型的科学方法以及学会在科学研究中应用,是培养学生生物科学素养的重要手段 如何让学生学会在科学研究中应用?笔者认为:一是建构之前要了解模型的基本元素及相互关系,以及各元素的功能,才能确保模型构建的科学性与准确性。二是模型的建构要尽量让学生自主选择、自主构建,发挥学生的主体作用。三是重视模型建构后的分析与应用。真实的模型建构过程应是提供科学事实 初步自主建模  修正模型   理解应用模型。如何实现学生的自主建模?基于微课的自主学习可以帮助学生通过科学史的学习初步建模;而基于模型评价的互动学习,能帮助学生修正模型,更深刻地理解模型。

3        教学过程

31  基于微课的自主学习

教师提供细胞与外界环境进行物质交换的实例和细胞之间相互识别的实例,引导学生复习细胞膜的功能,进而思考:作为具有重要功能的界膜,有哪些成分?形成怎样的结构?

导入课题后,教师提供学习地图(见表1),指导学生观看微视频,边学边思边在学案上初步建模。

1生物膜结构的探究历程

核心问题

时间

关键实验

膜的组成成分

1895

欧文顿细胞膜物质通诱性实验

20世纪初

红细胞膜成分化学分析

磷脂分子的分布

1917

朗姆瓦的磷脂分子实验

1925

荷兰科学家的红细胞膜脂质展层实验

蛋白质分子的分布

1959

罗伯特森电镜观察实验

20世纪60年代

细胞膜冰冻蚀刻后电镜观察

细胞膜的结构特点

1970

荧光标记人—鼠细胞融合实验

桑格和尼克森提出“流动镶嵌模型”

1972

 

微视频的设计采用呈现科学实验资料    引导分析,得出结论   尝试建模的思路进行。见表2

2徽视频学习的设计

科学史或其它资料

问题串

结论

模型建构

欧文顿细胞膜物质通诱性实验。

相似相溶原理

 

欧文顿实验证明细胞膜中有什么物质?

欧文顿用了什么方法得出此结论?探究细胞膜的成分还有更直接的方法吗?

细胞膜是由连续的脂质构成的

 

科学家发现细胞膜会被溶解脂质的溶剂破坏,也会被蛋白酶破坏

 

细胞膜中还有蛋白质存在

 

磷脂分子的结 构及特点。

朗姆瓦的磷脂分子实验。

根据磷脂分子头部亲水,尾部水的特点分析,为什么会出现这种现象?并画出单层磷脂分子层的分布示意图。

 

http://img1.imgtn.bdimg.com/it/u=3902860563,1610180630&fm=21&gp=0.jpg

荷兰科学家的红细胞膜实验。

展层实验的结果说明什么问题?

人和哺乳动物红细胞膜作为研究材料,有何优越性?

2层磷脂分子层是怎样排布的?(提示:细胞膜内外都是水环境)

细胞膜由2层磷脂分子层组成

http://img5.imgtn.bdimg.com/it/u=3317284365,3696715764&fm=21&gp=0.jpg

罗伯特森的电镜实验。

电镜成像的原理。

根据实验现象及相关知识分析,电镜下细胞膜中间的亮层和两侧的暗层各是什么分子?

单位膜模型

 

细胞膜冰冻蚀刻技术。

冰冻蚀刻技术对单位膜模型有哪些完善?

根据实验结果,画出蛋白质在磷脂双分子层的分布

膜蛋白质镶嵌在脂质分子层

http://img5.imgtn.bdimg.com/it/u=511942098,877891085&fm=21&gp=0.jpg

人鼠细胞融合实验。

膜中的脂质分子也是运动的。

人—鼠融合细胞表面荧光标记的移动能显示细胞膜中的什么分子是运动的?

生物膜不是静止的,是流动的。

 

流动镶嵌模型

 

细胞膜外表面还有一些糖分子与细胞膜上的蛋白质分子结合,形成糖蛋白。请完善你的模型

http://img5.imgtn.bdimg.com/it/u=511942098,877891085&fm=21&gp=0.jpg

32    基于模型评价的互动学习

       在基于微课的自主学习的基础上,学生初步构建了模型。由于学生的知识基础及思维水平,模型一定是不完善的。通过模型的评价则可以帮助学生进一步理解科学史,不断修正模型,理解模型。具体流程见表3

3互动学习的设计

互动环节

问题串

释疑解惑

模型评价

请从组成成分、排列方式介绍自己的模型

如下图:

http://img0.imgtn.bdimg.com/it/u=2285070496,2798870184&fm=21&gp=0.jpg

质疑讨论

      细胞膜的切面呈圆形,你能

用教师提供的材料建构细胞膜的完整模型吗?

 

      蛋白质既然可以镶嵌在磷脂

双分子层中,且蛋白质的密度明显高于脂质,那么,电镜下的细胞膜就应该是明带中镶嵌暗区,而非“暗—明—暗”式图像。如何解释?

 

      欧文顿研究膜的成分当初为

什么不直接提取细胞膜进行成分鉴定?20世纪40年代就有学者推测脂质两侧各覆盖着蛋白质。为什么直到1959年才由罗伯特森提出相应的单位膜模型?单位膜模型从1959年提出后人们就质疑“膜是静态的”观点。为什么直到1972年才由桑格和尼克森提出流动镶嵌模型加以修正?

 

      水和脂质是不亲和的,根据

水的脂溶性推算,水分子应该很难通过细胞膜,但事实上水分子却能通过细胞膜快速扩散。本着结构适应功能的思想,这该如何解释?

 

http://img3.imgtn.bdimg.com/it/u=170690861,1009086994&fm=21&gp=0.jpg

      电镜下观察到的现象实际上

是经过锇酸染色处理的结果。锇酸作为无机染色剂主要作用于磷脂的极性头部,而磷脂的极性头部聚集在膜的两侧,因而在电镜下呈现2条暗线,致使生物膜显示出了“暗—亮—暗”的三明治式图像。蛋白质的密度虽高于磷脂,但在锇酸的高密度对比下则完全可以忽略不计。后来有实验表明,人工脂类双分子层即使不附着蛋白质,在电镜下也呈现为“暗—亮—暗”三层式结构,这说明单层膜在电镜下显示出的两条暗线是蛋白质和脂质亲水端经锇酸染色后所呈现出的图像。

      细胞膜提取分离技术的限制

使早期对生物膜的研究只能从功能入手;电子显微镜的发明使人们方可清楚地看见细胞膜;冰冻蚀刻和荧光标记细胞融合技术彻底推翻罗伯特森提出的错误模型。可见,技术的进步推动着科学的发展。

      指导学生课后学习“通道蛋

白的研究”。

理解模型

核心问题:细胞膜作为细胞与环境的边界,有何功能?细胞膜的结构是如何适应这些功能?

      材料分析:某研究小组将小

鼠肝细胞在体外培养一段时间后,检测培养液中的氨基酸、葡萄糖和尿素含量,发现它们的含量发生了明显的变化(图1),请解释。

      图片分析:观察图片(图2

3、),分析细胞间信息交流相关的结构基础是什么?

      引导学生分析得出结论:细

胞膜可控制物质进出,且具有选择性。

引导学生结合流动镶嵌模型,分析与功能适应的结构基础——载体蛋白,且有特异性。

 

②引导学生观察图片,发现信息传递与受体有关,进而结合模型分析得出——糖蛋白在细胞识别中的的作用。

 

 

 

图2图1

1                                         2                                   3

4  基于微课教学的思考

41   微课利于学生的个性化学习

        微课是以短小精悍的教学视频为主要载体,针对是某个学科知识点或教学环节,而设计的,具有情景化、可视化、数字化等特点的小课程。微课支持移动学习、碎片化学习、混合学习、翻转学习等多种学习方式。脑科学和学习理论告诉我们:学习实际上是组成大脑的神经细胞发生一系列变化的过程。而知识本身并不是简单的线性关系,而是呈现出逐渐深入的网状结构,因此,任何人在接受教育的过程中所使用的思维方式和所走过的路线都是不同的。个性化学习应是最理想的学习方式。实践也证明了:学生掌握知识的速度有很大差异,理解得快的学生不一定理解得深入。因此,在教学过程中,教师应该给学生提供充分地思考与理解的时空,让学生能按照自己的学生进度进行学习。课前的科学史视频学习,恰恰能实现这样的目标。

 

42   微课有助于翻转课堂的实现

所谓翻转课堂,就是教师创建视频,学生课前观看视频中教师的讲解,回到课堂上师生面对面交流和完成作业的这样一种教学形态。其核心理念是先学后教,其教学结构包括视频设计与制作和课堂互动两个部分。因此,翻转课堂不能简单地理解为在线视频的代名词,其精髓有效运用课堂的互动。微课作为先学的学习资源,相比于教材和讲学案,其具有讲解生动、反馈及时、易保存检索、资源来源更广泛等优势。科学史微视频既为学生自主建模提供了可能性,又为之后的模型评价与修正提供了依据。也为之后学生的复习提供了资源。

43   微课让课堂互动更充分

微课最大的应用是翻转课堂,翻转课堂的精髓是有效运用课堂的互动。教学中学生初步构建的模型,反映出学生对科学史不同的理解,也暴露出学生可能产生的错误思维,教师通过问题引导,结合科学史实,与学生进行对话,可以真正实现基于理解的学习。

泰戈尔说:不要用自己的学识限制孩子,因为他出生在与你不同的时代。微课教学是互联网时代的教学方式,让我们积极探索,为学生们提供这个时代的教学方式。

主要参考文献

1         []  萨尔曼可汗   刘婧  .翻转课堂的可汗学院 .  杭州:浙江人民出版社, 2014

2        刘本举.生物膜的流动镶嵌模型”基于科学史的教学设计. 生物学通报,2009(2):25-28

3        夏焦兵. “生物膜的流动镶嵌模型”单元式教学设计 . 生物学通报,2011(5):36-39

4        秦亚平.“生物膜的流动镶嵌模型”教学中若干问题的分析与处理 . 生物学通报,2003(8):8-9

 

此文发表于《中学生物学》2015.11

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