借助生物科學史培養中學生建構生物模型的能力———以“細胞膜的流動鑲嵌模型”一節為例羅玲（山東省單縣學校２２３９００）摘要本文以“細胞膜的流動鑲嵌模型”一節為例，通過對科學史中相應素材進行恰當的選擇和組織，引導中學生完成生物膜流動鑲嵌模型的建構，培養中學生的建模能力。關鍵詞生物科學史生物膜建構模型能力生物學教學方式好多，而模型方式是很重要的一合理運用生物科學史中的精典實驗，探究模型建構的過程，能有效提升中學生的建模能力。本文以人教版選修１節“生物膜的流動鑲嵌模型”一節為例，對科學史的材料進行恰當的選擇和組織，引導中學生順著科學家的邏輯思維路線，從提供的材料中去主動發覺問題，剖析、推測實驗的結果細胞膜的流動鑲嵌模型，并通過模型呈現下來，最終完成生物膜流動鑲嵌模型的建構。１課前打算：制做磷脂分子和蛋白質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生創設海面和水底的情景，利于中學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分子模型便于在不銹鐵的托盤中定型，也利于中學生抬起展示。課堂教學時以小組為單位，每位小組一個托盤、約４０個磷脂分子模型和１０個左右蛋白質分子模型，每小組６人為宜。圖１磷脂分子和蛋白質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來理解和記憶。對于表格的設計，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；關于育種過程，大多數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要求和應用價值，可選擇較高要求的“過程”一欄。２教學流程：順著科學家探求生物膜路線２．１設疑激趣，導出新課引導中學生回顧已學的細胞膜的功能，曉得細胞膜對物質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的進出？這與細胞膜的結構有什么關系？引入新課。２．２探究細胞膜成份———磷脂分子和蛋白質分子展示資料１：１８９５年歐文頓用５００多種物理物質對動物細胞私密性進行過上萬次實驗，發覺細胞膜對不同物質的私密性存在差別：凡可以溶于脂類的物質，比不能溶于脂類的物質更容易通過細胞膜步入細胞。
引導中學生剖析剖析實驗現象，推出實驗的推論：膜啟發中學生討論：歐文頓的這個推論，是按照實驗現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世紀初，科學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的分解），細胞膜被破壞。引導中學生詮釋推理，得出推論：膜的主要成份是磷脂和蛋白質。２．３建立細胞膜的基本骨架：磷脂雙分子層設疑激思：膜的主要成份是脂類和蛋白質，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構的建立呢？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，既有疏水側鏈（尾部），又有親水側鏈（背部）。１９１７年歐文朗繆爾將磷脂溶于苯，將苯脂堿液放在海面，當苯揮發完之后，磷脂分子分布散亂，經過推擠，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教學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，親水的頸部與水結合，解釋磷脂分子親水的頸部與水接觸在海面產生了脂雙層讓中學生理解磷脂分子的“頭”“尾”性質，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”排布班主任創設情景：如果用一玻璃棒輕輕攪亂液面，許多磷脂分子步入水底，結果是水底的磷脂分子產生了一個個小圓球，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？學生１上黑板演示雙層磷脂產生的小圓球（３），親水的頸部向外，其圓球內沒有水的存在；圓球外可以有水的存在；中學生２演示單層磷脂產生的小圓球（圖４），磷脂的非極性端朝向膜外側，極性端朝向膜外右側，解釋圓球內外都可以有水的存在。圖３中學生１演示圖４中學生２演示啟發中學生討論、推測：生物膜最可能是由磷雙層脂分子構成還是由兩層磷脂分子的？為何？根據細胞內外都是液體環境，得出生物膜最可能是由單層磷脂分子構成。展示資料４：１９２５年，西班牙科學家戈特和格倫德分離純化了紅細胞，從一定數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引導中學生討論得出推論：細胞膜中得脂類分子必然排列為連續的兩層。
２．４探究細胞膜的磷脂分子和蛋白質分子組合形式設疑激思：膜中不僅磷脂以外，還有蛋白質，那蛋白質坐落細胞膜的哪些位置呢？？引導中學生思索膜中蛋白質的排布情況。展示材料５：１９５９年，Ｊ．Ｄ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ用纖薄切塊技術獲得了清晰的細胞膜相片，顯示暗—明—暗３結構，厚約７．５ｎｍ，它由厚約３．５ｎｍ的單層脂類分子和內外表面各為厚約２ｎｍ的蛋白質構成，由此提出單位膜模型學說。班主任提供電鏡成像原理：電子束照射大分子物質散射度高，黑暗；照射小分子物質，散射度低，亮光。據電鏡成像原理，中學生打造出單位膜模型（圖５）。圖５單位膜模型引導中學生剖析討論披薩模型有什么不足之處？有哪些證據證明細胞膜中的物質不是靜態的呢？事例指責）。中學生剖析討論得出：所有的生物膜具有相同的統一的結構，蛋白質均分布在膜的兩邊，生物膜是靜止的剛性結構。舉例：變形蟲的變型運動、白細胞吞噬病支原體、細胞分裂、精子與精子結合、植物細胞質壁分離與復原實驗。展示材料６：隨著新的技術手段不斷運用于生物膜的研究，科學家發覺蛋白質并不是全部平鋪在磷脂的表面，有的蛋白質鑲嵌或橫越于磷脂雙分子層中。引導中學生剖析資料得出：磷脂雙分子層中蛋白質的排布不均勻。
引導中學生大膽想像膜中蛋白質的可能的排布情況。展示材料７：１９７０年，ＬａｒｒｙＦｒｙｅ胞膜用不同螢光抗原標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半腫脹色螢光；另一半發紅色螢光，放置一段時間后發覺兩種螢光抗原均勻分布。引導中學生剖析得出：生物膜具有一定的流動性。展示材料８：在承繼前人的結論基礎上，結合新的觀察和實驗證據，又有科學家提出一些關于生物膜的分子結構模型的假說。其中１９７２年桑格（Ｓ．Ｊ．Ｓｉｎｇｅｒ）生物學教學２０１６年（第４１一種自制教學演示教具“聽覺的產生過程”的模型建立王科（四川師范學院生命科學大學河南４５３００７）苗晉濤（廣東省保定職業技術大學４５３００７）摘要本文介紹了一種自制的“聽覺的產生過程”的生物學教學演示教具，可動態直觀演示“聽覺的產生過程”，化具象為具體，提高中學生的感性認識。關鍵詞觸覺產生過程教具模型“聽覺的產生過程”內容較為具象，中學生缺少感性認識，不易理解和把握，是學校生物學教學中的重點和難點內容。本教具用不同的組件模仿耳的結構組成，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生過程。通過動態直觀演示觸覺的產生過程，除了使中學生把握耳的結構組成，并且能夠啟發中學生深刻理解觸覺的產生過程。
１制做材料鐵皮漏斗狀組件、鐵皮圓錐狀組件、橡皮膜、木質小棒、塑料小球、絲線、吸盤、小鐵塊、橡皮筋、鐵螺栓、鐵絲架、木質底座、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；鐵質圓錐狀的管點焊固定在兩根鐵螺栓上面；將鐵質漏斗擰在或則點焊在鐵質圓錐狀的管的一頭；在鐵質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，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漏斗的兩側，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；圓錐狀組件代表內耳道；橡皮膜代表中耳；小棒代表聽小骨；塑膠小球代表內耳；細線代表聽神經。教具裝置模型如圖１。使用時，帶動鐵質漏斗狀組件里面的鐵塊，使其對準漏斗狀組件碰撞發出聲音，外界聲波經漏斗狀組件（耳朵）的搜集作用，經圓錐狀組件（內耳道）的傳導作用，抵達橡皮膜（外耳），并導致橡皮膜（外耳）的震動，經小棒（聽小骨）傳到塑膠小球（內耳），剌激了內耳內的觸覺體會器（塑膠小球擺動），形成神經沖動，再經細線（聽神經）傳到腦部，因而形成觸覺。
該教具可以使中學生深刻理解“外耳集音、中耳傳音、內耳感音”的功能，把握觸覺的產生過程，因而突出重點，突破難點。圖１“聽覺的產生過程”模型４使用注意事項（１）將教具放置于水平位置，防止外界各類風力干擾，使教具中的塑膠小球處于靜止狀態，小球中心正對小棒并保持接觸狀態。（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漏斗狀組件發出聲音，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象，如有老化或起皺應及時更換維護。和尼克森（Ｇ．Ｎｉｃｏｌｓｏｎ）提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。２．５把握生物膜的流動鑲嵌模型基本內容通過前面學習，中學生基本了解了流動鑲嵌模型的基本內容，課件展示流動鑲嵌模型的動漫圖，引導中學生從生物膜的組成、基本骨架、蛋白質分子的排布特性及膜的結構特點等方面歸納：生物膜的主要組分是脂類、蛋白質，還有少量脂類；膜的基本支架是磷脂雙分子層；膜中的蛋白質分子以不同方式分布于磷脂雙分子層中，黃酮與兩側蛋白質或脂類結合為糖被或糖脂；膜的結構特征是具有一定的流動性。（基金項目：山東省教育科學“十二五”規劃立項課題“模型建構在中學生物教學中的實踐研究”，Ｎｏ．Ｄ／２０１５／０２／２４１）槾生物學教學２０１６年（第４１