“生物膜的流动镶嵌模型”翻转课堂式教学设计

杨丽娟 高 扬 燕 艳*

（1.曲阜师范大学生命科学学院 山东曲阜 273100）

（2.山东省济南第一中学 山东济南 250100）

1 教材分析

“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版高中生物学教材《必修1·分子与细胞》第四章第二节的内容，在教材中起着承上启下的作用，重点在于帮助学生建立结构与功能相适应的观点。本节内容有两大难题：①如何有效学习科学探究史？若是仅由教师简单叙述，将不利于学生自主探究，学生难以从旧知中扩展获得新知，课堂枯燥而低效。②如何直观生动地让学生理解细胞膜的流动镶嵌模型？细胞膜的结构微观而抽象，现有的教具无法展示其“流动性”，学生难以形成具体的认知。笔者通过“翻转课堂”的教学设计以及教具的创作来突破难题，从而促进学生生物学学科核心素养，提高教学的有效性。

2 教学目标

①形成结构与功能相适应的观点，体会细胞膜结构与功能之间的关系。

②通过学习科学史，培养运用模型与建模法解决问题的思维方式。

③根据科学家观察到的实验现象，以小组合作的方式探究、表达与交流，提高团队协作意识以及小组合作活动的水平。

④运用结构与功能观，对事物作出科学解释和判断；将结构与功能观与自身发展联系起来，培养主动承担与解决问题的个性品质。

3 教学过程

3.1 创设情境，导入新课

在本节课的开始，教师提出问题，促进学生思考：“细胞膜的出现为什么是生命形成的关键一步？”学生根据已有的知识，联想到“细胞膜拥有丰富的功能”。教师引导学生回顾：“细胞膜的功能有哪些？”紧接着，教师追问：“细胞膜为什么可以拥有这些功能？”学生思考后，难以说出准确的答案。此时，教师提示：“生物学中有种观点是结构与功能相适应。”学生据此联想到细胞膜的功能与结构有关。在此基础上，教师提出本节课需要解决的问题：“细胞膜的结构是怎样的？”

本环节通过环环相扣的问题串，引导学生思考“细胞膜应具备怎样的结构才能实现它的功能”，使学生对细胞膜的结构产生好奇心。教师引导学生利用“结构与功能相适应”的观点，根据旧知——细胞膜的成分与功能，来推测新知——细胞膜的结构，从而使学生初步形成结构与功能相适应的观点。

3.2 角色翻转，主动探究

课前，教师将学生按照科学史的时间顺序分成4个小组（表1）。每个小组有两项任务：①合作收集资料，根据相应时期科学家观察到的实验现象，小组对于“细胞膜的结构”进行思考、表达与交流。②小组成员共同制作细胞膜的结构模型。

表1 学生小组的分工

课上由各小组代表依次介绍相应时期的实验现象并展示模型（图1～图3），其他同学记录其展示过程中的优点与有疑问的地方。学生在准备、展示与聆听的过程中，可以发现自己遗漏的知识点。本环节可以充分调动学生的积极性，培养学生合作探究、动手操作以及语言表达能力，使课堂更富有生命力。

图1 磷脂分子铺成一层

图2 磷脂双分子层

图3 单位膜模型

3.3 特色点评，互相学习

及时反馈、激励性评价对小组合作学习起着重要的导向与促进作用。

3.3.1 小组互相提问与答疑

在展示的过程中，学生也萌生了新的问题，因此小组之间可以互相提问。提问组向展示组提出之前记录下的疑问，由展示组进行回答。对于提问组提出的问题，展示组经过反思做出必要的订正和补充发言。在教师的引导下，学生归纳出合理的结论。学生通过组内、组间的合作学习，对问题及时反馈，有助于进一步内化知识，构建更加丰富、立体的知识结构。

3.3.2 小组自评与互评

为提高学生的合作意识以及小组合作活动的水平，有必要进行激励性评价。教师给出“组员参与情况”“展示效果”“模型美观”“小组活动秩序”等关键词，引导学生进行小组自评与组间互评。学生结合之前记录的展示组的优点和问题，表达交流。学生通过本环节既可以自我分析问题、总结经验，又能够取长补短、互相学习。

3.3.3 教师点评

为了加强各小组的集体荣誉感，教师根据各组的综合表现以及小组自评与互评的结果，设置团结之星、演讲之星、模型之星与文明之星四个奖项，采用颁奖的方式对各小组表现突出的方面进行肯定，使小组内形成互动、互助的局面，小组间形成互勉、互进的良好氛围。

3.4 限时任务，解决疑惑

通过前面的环节，学生初步了解了各种成分是如何构成细胞膜的，但是对于细胞膜的运动现象，仅凭目前构建的模型难以理解，从而使学生产生疑惑。教师布置一项课上限时任务，学生需要在3 min内阅读两则材料，尝试得出磷脂分子和蛋白质分子都能运动的结论，进而回答细胞膜产生运动现象的原因，总结细胞膜的结构特点——具有一定的流动性。

3.5 直观演示，加深理解

根据新的实验证据，桑格和尼克森提出了目前被大多数人接受的“流动镶嵌模型”。教师通过展示亲自制作的模型，带领学生梳理流动镶嵌模型的基本内容，演示磷脂分子与蛋白质分子的运动，从而使学生思考与总结细胞膜具备流动性的原因。

接着，教师带领学生回顾细胞膜的功能，并提出问题：“请观察模型，细胞膜的这些功能分别是通过哪部分结构实现的？”学生进行讨论并回答问题。

本环节可以加深学生对结构与功能观的理解，此外，还能够为本章第三节“物质跨膜运输的方式”的学习埋下伏笔。

3.6 畅谈收获，反思总结

教师引导回顾探索细胞膜结构的历程，学生积极思考，表达交流，对本节课的内容起到点睛与升华的作用。通过本节课使学生形成结构与功能相适应的观点。

学生反思：从生命观念与社会责任的角度出发，“结构决定功能，物质决定结构”，想让自己拥有怎样的能力，就要让自己具备怎样的知识结构，从而主动学习相应的知识。

4 教具制作

目前真正能展示“流动性”的细胞膜教具几乎没有，经过多重摸索，建议选取的材料为乒乓球（40个）、毛绒条（40根）、细铁丝（20 cm，6根）、彩泥（两色）、海洋球、白乳胶。接下来介绍“流动性”细胞膜教具的制作步骤。

4.1 磷脂分子的制作

用乒乓球表示磷脂分子的头部，用毛绒条表示磷脂分子的尾部。乒乓球的色彩鲜艳，大小合适，毛绒条同样颜色丰富，粗细适中，适合展示。乒乓球质地略硬，钻孔时可用烧热的细铁丝直接烫穿，随后将毛绒条直接插入孔中即可。

4.2 蛋白质分子的制作

蛋白质在磷脂双分子层中的分布方式有，覆盖式、镶嵌式及贯穿式3种。用捏扁的海洋球表示覆盖式的蛋白质分子，用铁丝穿过海洋球，将其卡在磷脂双分子层中，便于演示蛋白质分子的运动。用彩泥捏出镶嵌及贯穿式的蛋白质分子，使用白乳胶将其固定在磷脂双分子层中，贯穿式的蛋白质分子能起到支撑作用。

4.3 各基本单位的连接

使用烧热的细铁丝对乒乓球钻孔。使用相同颜色、相同长度的毛绒条，将磷脂分子连接成串，每串5个磷脂分子，8串为宜。毛绒条具备独特的摩擦力与柔软度，既能保证乒乓球不易脱落，也能展示出磷脂双分子层的流动性。

用毛绒条将成串的磷脂分子连接成网，形成两层磷脂分子。

用细铁丝作为磷脂分子层的支架，使用白乳胶将铁丝与乒乓球的连接处进行固定，露出的铁丝尖端用白乳胶涂抹，待其风干，防止使用者被划伤。

最后，将制作好的蛋白质分子覆盖、镶嵌、贯穿在磷脂双分子层中（图4）。

图4 完成后的模型

5 教学反思

经过教学实践，采用翻转课堂的教学模式来学习科学探究史，通过小组之间的提问与答疑，有助于学生自主归纳出合理的结论，构建更加丰富、立体的知识结构。教师采用激励性评价，提高了学生进行合作探究的热情，使学生在学习小组内、组间形成了互助、互勉的良好氛围。制作并展示真正具有“流动性”的细胞膜模型，将细胞膜的功能与其结构相呼应，使学生直观而深刻地体会了结构与功能相适应的观点。

当然，本节课也存在一定问题，小组合作的活动难以保证全员参与。因此在今后的教学中，教师要更关注教学设计的有效性，如应尽可能地详细、具体发布布置小组合作的任务。