借助生物科學(xué)史培養(yǎng)中學(xué)生建構(gòu)生物模型的能力———以“細胞膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)為例羅玲（山東省單縣學(xué)校２２３９００）摘要本文以“細胞膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)為例，通過對科學(xué)史中相應(yīng)素材進行恰當(dāng)?shù)倪x擇和組織，引導(dǎo)中學(xué)生完成生物膜流動鑲嵌模型的建構(gòu)，培養(yǎng)中學(xué)生的建模能力。關(guān)鍵詞生物科學(xué)史生物膜建構(gòu)模型能力生物學(xué)教學(xué)方式好多，而模型方式是很重要的一合理運用生物科學(xué)史中的精典實驗，探究模型建構(gòu)的過程，能有效提升中學(xué)生的建模能力。本文以人教版選修１節(jié)“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)為例，對科學(xué)史的材料進行恰當(dāng)?shù)倪x擇和組織，引導(dǎo)中學(xué)生順著科學(xué)家的邏輯思維路線，從提供的材料中去主動發(fā)覺問題，剖析、推測實驗的結(jié)果細胞膜的流動鑲嵌模型，并通過模型呈現(xiàn)下來，最終完成生物膜流動鑲嵌模型的建構(gòu)。１課前打算：制做磷脂分子和蛋白質(zhì)分子平面模型選用不同顏色硬紙片（也可以各類廢棄的包裝盒，涂上不同的顏色），剪成如圖１所示磷脂分子（長約５ｃｍ、寬約２ｃｍ）和不同的蛋白質(zhì)分子（長約７ｃｍ、寬約ｃｍ）的平面模型，且反面借助不干膠黏上吸鐵石（長、寬均為３ｍｍ）；不銹鐵的托盤或薄鐵片（長約４０ｃｍ、寬約３０ｃｍ），一面貼一張白紙，且紙上一半畫上波浪線，畫波浪線目的是為中學(xué)生創(chuàng)設(shè)海面和水底的情景，利于中學(xué)生擺出水面及水底磷脂分子的排布。
黏上吸鐵石的磷脂分子模型和蛋白質(zhì)分子模型便于在不銹鐵的托盤中定型，也利于中學(xué)生抬起展示。課堂教學(xué)時以小組為單位，每位小組一個托盤、約４０個磷脂分子模型和１０個左右蛋白質(zhì)分子模型，每小組６人為宜。圖１磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組織思索和獨立完成細胞膜的流動鑲嵌模型，把四大育種知識作為一個系統(tǒng)來理解和記憶。對于表格的設(shè)計，因為單倍體育種和多倍體育種在教材中沒有給定的概念內(nèi)容，但是雜交育種和誘變育種概念的文字較多，因此通常不將概念比較納入表中；關(guān)于育種過程，大多數(shù)資料上都是以常用方式來要求的，即便“過程”比“方法”要求高了許多，考慮到四大育種的教學(xué)要求和應(yīng)用價值，可選擇較高要求的“過程”一欄。２教學(xué)流程：順著科學(xué)家探求生物膜路線２．１設(shè)疑激趣，導(dǎo)出新課引導(dǎo)中學(xué)生回顧已學(xué)的細胞膜的功能，曉得細胞膜對物質(zhì)進出細胞具有選擇透過通感：這一層薄薄的細胞膜為何還能控制物質(zhì)的進出？這與細胞膜的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？引入新課。２．２探究細胞膜成份———磷脂分子和蛋白質(zhì)分子展示資料１：１８９５年歐文頓用５００多種物理物質(zhì)對動物細胞私密性進行過上萬次實驗，發(fā)覺細胞膜對不同物質(zhì)的私密性存在差別：凡可以溶于脂類的物質(zhì)，比不能溶于脂類的物質(zhì)更容易通過細胞膜步入細胞。
引導(dǎo)中學(xué)生剖析剖析實驗現(xiàn)象，推出實驗的推論：膜啟發(fā)中學(xué)生討論：歐文頓的這個推論，是按照實驗現(xiàn)象的推理剖析還是對膜的成份進行提取、分離和鑒別是否要有進一步的實驗來驗證呢？班主任解釋：這些按照實驗現(xiàn)象的推理剖析得出推論，稱之為假說，既然是假說，要進一步的實驗來驗證，通過鑒別能更確切地說明問題。展示資料２：直到２０世紀(jì)初，科學(xué)家第一次能將細胞膜從喂奶植物的紅細胞中分離下來，倒入能溶化脂類的有機溶劑中（已知脂類易溶于該有機溶劑），實驗結(jié)果是細胞膜被溶化；用蛋白酶處理（已知蛋白酶能專情性的催化蛋白質(zhì)的分解），細胞膜被破壞。引導(dǎo)中學(xué)生詮釋推理，得出推論：膜的主要成份是磷脂和蛋白質(zhì)。２．３建立細胞膜的基本骨架：磷脂雙分子層設(shè)疑激思：膜的主要成份是脂類和蛋白質(zhì)，脂類中主要是磷脂，磷脂在細胞膜中濃度豐富，這么磷脂是如何參與到細胞膜結(jié)構(gòu)的建立呢？出示資料３：磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和乙酸所組成的分子，既有疏水側(cè)鏈（尾部），又有親水側(cè)鏈（背部）。１９１７年歐文朗繆爾將磷脂溶于苯，將苯脂堿液放在海面，當(dāng)苯揮發(fā)完之后，磷脂分子分布散亂，經(jīng)過推擠，磷脂分子排成了雙層。分組討論，每位小組都有一張紙，有波浪線的代表水，無波浪線的代表空氣，借助手中的磷脂分子模型擺生物學(xué)教學(xué)２０１６年（第４１出磷脂分子在海面上的分布情況。
小組代表上黑板演示，親水的頸部與水結(jié)合，解釋磷脂分子親水的頸部與水接觸在海面產(chǎn)生了脂雙層讓中學(xué)生理解磷脂分子的“頭”“尾”性質(zhì)，為前面磷脂分子在水底的排布做鋪墊。圖２磷脂分子的“頭”“尾”排布班主任創(chuàng)設(shè)情景：如果用一玻璃棒輕輕攪亂液面，許多磷脂分子步入水底，結(jié)果是水底的磷脂分子產(chǎn)生了一個個小圓球，每組借助手中的磷脂分子模型擺出磷脂分子在水底產(chǎn)生小圓球的剖面圖。各個小組在排布時非常須要注意的一個前提（水盤有水），同時思索：為何這樣排布？圓球內(nèi)是否可以有水的存在？圓球外是否可以有水的存在？還有沒有其他情況？學(xué)生１上黑板演示雙層磷脂產(chǎn)生的小圓球（３），親水的頸部向外，其圓球內(nèi)沒有水的存在；圓球外可以有水的存在；中學(xué)生２演示單層磷脂產(chǎn)生的小圓球（圖４），磷脂的非極性端朝向膜外側(cè)，極性端朝向膜外右側(cè)，解釋圓球內(nèi)外都可以有水的存在。圖３中學(xué)生１演示圖４中學(xué)生２演示啟發(fā)中學(xué)生討論、推測：生物膜最可能是由磷雙層脂分子構(gòu)成還是由兩層磷脂分子的？為何？根據(jù)細胞內(nèi)外都是液體環(huán)境，得出生物膜最可能是由單層磷脂分子構(gòu)成。展示資料４：１９２５年，西班牙科學(xué)家戈特和格倫德分離純化了紅細胞，從一定數(shù)目的紅細胞中抽提固醇，按朗繆爾（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）的方式進行展層，并比較展層后的脂雙層的面積和按照容積所推測的總面積，發(fā)覺提取的脂橫亙后所測的面積同實際檢測的紅細胞的表面積之比為（１．８～２．２）１，約為２引導(dǎo)中學(xué)生討論得出推論：細胞膜中得脂類分子必然排列為連續(xù)的兩層。
２．４探究細胞膜的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合形式設(shè)疑激思：膜中不僅磷脂以外，還有蛋白質(zhì)，那蛋白質(zhì)坐落細胞膜的哪些位置呢？？引導(dǎo)中學(xué)生思索膜中蛋白質(zhì)的排布情況。展示材料５：１９５９年，Ｊ．Ｄ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ用纖薄切塊技術(shù)獲得了清晰的細胞膜相片，顯示暗—明—暗３結(jié)構(gòu)，厚約７．５ｎｍ，它由厚約３．５ｎｍ的單層脂類分子和內(nèi)外表面各為厚約２ｎｍ的蛋白質(zhì)構(gòu)成，由此提出單位膜模型學(xué)說。班主任提供電鏡成像原理：電子束照射大分子物質(zhì)散射度高，黑暗；照射小分子物質(zhì)，散射度低，亮光。據(jù)電鏡成像原理，中學(xué)生打造出單位膜模型（圖５）。圖５單位膜模型引導(dǎo)中學(xué)生剖析討論披薩模型有什么不足之處？有哪些證據(jù)證明細胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的呢？事例指責(zé)）。中學(xué)生剖析討論得出：所有的生物膜具有相同的統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)均分布在膜的兩邊，生物膜是靜止的剛性結(jié)構(gòu)。舉例：變形蟲的變型運動、白細胞吞噬病支原體、細胞分裂、精子與精子結(jié)合、植物細胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗。展示材料６：隨著新的技術(shù)手段不斷運用于生物膜的研究，科學(xué)家發(fā)覺蛋白質(zhì)并不是全部平鋪在磷脂的表面，有的蛋白質(zhì)鑲嵌或橫越于磷脂雙分子層中。引導(dǎo)中學(xué)生剖析資料得出：磷脂雙分子層中蛋白質(zhì)的排布不均勻。
引導(dǎo)中學(xué)生大膽想像膜中蛋白質(zhì)的可能的排布情況。展示材料７：１９７０年，ＬａｒｒｙＦｒｙｅ胞膜用不同螢光抗原標(biāo)記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半腫脹色螢光；另一半發(fā)紅色螢光，放置一段時間后發(fā)覺兩種螢光抗原均勻分布。引導(dǎo)中學(xué)生剖析得出：生物膜具有一定的流動性。展示材料８：在承繼前人的結(jié)論基礎(chǔ)上，結(jié)合新的觀察和實驗證據(jù)，又有科學(xué)家提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型的假說。其中１９７２年桑格（Ｓ．Ｊ．Ｓｉｎｇｅｒ）生物學(xué)教學(xué)２０１６年（第４１一種自制教學(xué)演示教具“聽覺的產(chǎn)生過程”的模型建立王科（四川師范學(xué)院生命科學(xué)大學(xué)河南４５３００７）苗晉濤（廣東省保定職業(yè)技術(shù)大學(xué)４５３００７）摘要本文介紹了一種自制的“聽覺的產(chǎn)生過程”的生物學(xué)教學(xué)演示教具，可動態(tài)直觀演示“聽覺的產(chǎn)生過程”，化具象為具體，提高中學(xué)生的感性認識。關(guān)鍵詞觸覺產(chǎn)生過程教具模型“聽覺的產(chǎn)生過程”內(nèi)容較為具象，中學(xué)生缺少感性認識，不易理解和把握，是學(xué)校生物學(xué)教學(xué)中的重點和難點內(nèi)容。本教具用不同的組件模仿耳的結(jié)構(gòu)組成，演示過程借助聲波的傳輸特性，較為直觀、形象地演示觸覺的產(chǎn)生過程。通過動態(tài)直觀演示觸覺的產(chǎn)生過程，除了使中學(xué)生把握耳的結(jié)構(gòu)組成，并且能夠啟發(fā)中學(xué)生深刻理解觸覺的產(chǎn)生過程。
１制做材料鐵皮漏斗狀組件、鐵皮圓錐狀組件、橡皮膜、木質(zhì)小棒、塑料小球、絲線、吸盤、小鐵塊、橡皮筋、鐵螺栓、鐵絲架、木質(zhì)底座、螺母。２制做方式在木制底座前面用螺栓將兩根相同厚度的鐵絲杠固定；鐵質(zhì)圓錐狀的管點焊固定在兩根鐵螺栓上面；將鐵質(zhì)漏斗擰在或則點焊在鐵質(zhì)圓錐狀的管的一頭；在鐵質(zhì)圓錐狀管的另一端封上橡皮膜（橡皮膜一定要緊繃拉展），之后用橡皮筋在兩側(cè)系牢；將吸盤貼在橡皮膜里面；將木制小棒的一端固定在吸盤里面；將一個鐵絲架固定在有木制小棒的兩側(cè)，將塑料小球用線繩懸掛在鐵絲架里面，塑膠小球的位置要緊挨到木制小棒的另一端；將另一個鐵絲架固定在有鐵質(zhì)漏斗的兩側(cè)，將小鐵塊用線繩懸掛在鐵絲架上面，線繩的寬度要使小鐵塊靜置在鐵質(zhì)漏斗上方斜坡面的１高度處。３使用方式該教具中漏斗狀組件代表齒齦；圓錐狀組件代表內(nèi)耳道；橡皮膜代表中耳；小棒代表聽小骨；塑膠小球代表內(nèi)耳；細線代表聽神經(jīng)。教具裝置模型如圖１。使用時，帶動鐵質(zhì)漏斗狀組件里面的鐵塊，使其對準(zhǔn)漏斗狀組件碰撞發(fā)出聲音，外界聲波經(jīng)漏斗狀組件（耳朵）的搜集作用，經(jīng)圓錐狀組件（內(nèi)耳道）的傳導(dǎo)作用，抵達橡皮膜（外耳），并導(dǎo)致橡皮膜（外耳）的震動，經(jīng)小棒（聽小骨）傳到塑膠小球（內(nèi)耳），剌激了內(nèi)耳內(nèi)的觸覺體會器（塑膠小球擺動），形成神經(jīng)沖動，再經(jīng)細線（聽神經(jīng)）傳到腦部，因而形成觸覺。
該教具可以使中學(xué)生深刻理解“外耳集音、中耳傳音、內(nèi)耳感音”的功能，把握觸覺的產(chǎn)生過程，因而突出重點，突破難點。圖１“聽覺的產(chǎn)生過程”模型４使用注意事項（１）將教具放置于水平位置，防止外界各類風(fēng)力干擾，使教具中的塑膠小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，小球中心正對小棒并保持接觸狀態(tài)。（２）使用時，帶動小鐵塊到與圓錐狀組件成水平位置的高度，之后松手使其下落撞擊鐵質(zhì)漏斗狀組件發(fā)出聲音，小鐵塊下落的位置不宜偏低，也不宜過高。（３）使用一段時間后應(yīng)注意橡皮膜的老化以及小吸盤與橡皮膜之間所黏雙面膠的起皺現(xiàn)象，如有老化或起皺應(yīng)及時更換維護。和尼克森（Ｇ．Ｎｉｃｏｌｓｏｎ）提出的流動鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。２．５把握生物膜的流動鑲嵌模型基本內(nèi)容通過前面學(xué)習(xí)，中學(xué)生基本了解了流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，課件展示流動鑲嵌模型的動漫圖，引導(dǎo)中學(xué)生從生物膜的組成、基本骨架、蛋白質(zhì)分子的排布特性及膜的結(jié)構(gòu)特點等方面歸納：生物膜的主要組分是脂類、蛋白質(zhì)，還有少量脂類；膜的基本支架是磷脂雙分子層；膜中的蛋白質(zhì)分子以不同方式分布于磷脂雙分子層中，黃酮與兩側(cè)蛋白質(zhì)或脂類結(jié)合為糖被或糖脂；膜的結(jié)構(gòu)特征是具有一定的流動性。（基金項目：山東省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃立項課題“模型建構(gòu)在中學(xué)生物教學(xué)中的實踐研究”，Ｎｏ．Ｄ／２０１５／０２／２４１）槾生物學(xué)教學(xué)２０１６年（第４１