核心素养视角下的高中生物教学以“细胞膜

刘付香

摘要以人教版高中生物内容“细胞膜一系统的边界”为例，探讨如何在生物课堂教学中渗透生物学科核心素养。

关键词 细胞膜 核心素养 教学设计

中图分类号G633.91 文献标志码B

生物学核心素养是学生后天习得的终身受益成果，是公民基本素养的重要组成之一，是学生在解决真实情境中生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力。生物学核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。下面以“细胞膜——系统的边界”为例，谈谈如何在教学中渗透核心素养。

1教材分析和设计思路

“细胞膜——系统的边界”是人教版《必修1分子与细胞》第三章第一节的内容。本节主要介绍细胞膜的成分和功能，为以后的细胞器、物质进出细胞的方式等内容的学习做铺垫。本节的教学重点是细胞膜的成分和功能，教学难点是用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法，细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义则是本节课的重难点。为了最大限度地调动学生学习的积极性，提高学习效率，教师设计精彩主线贯穿整节新课，采用“自主学习、合作交流、科学探究”的学习方式、“问题解决、建构网络”的教学方法，发挥学生的主体地位，帮助学生树立生命观念和社会责任，注重培养学生的科学思维和科学探究能力，提高学生的生物学学科核心素养。

2教学目标

通过分析实验现象、学习资料，能够初步解释细胞膜的组成與功能相适应，建立结构与功能相适应的生命观念;认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义。

通过所学科学事实、概念和证据，运用归纳、演绎等思维方法总结细胞膜的成分，解释细胞膜的组成与功能相适应。

通过观察实验现象、文本阅读，尝试提出问题并在独立思考和小组讨论中形成解释。

能够解释、评价膜在生活中的应用。

3教学过程

3.1联系生活，引发体验

教师把鸡蛋剥壳，用分蛋器取出蛋黄，将其小心地倒入培养皿中。学生观察现象，并尝试轻轻触摸蛋黄。教师设问：蛋黄是否有边界？这个边界是什么呢？学生纷纷回答。教师解释：蛋黄就是一个卵细胞，卯黄膜成为卵细胞这一系统的边界。教师以此导入新课。

设计意图：教师选取生活中学生十分熟悉的材料，引导学生通过亲手操作，真切、直观感受到系统边界细胞膜的存在。

3.2树立生命观念，提升探究能力

教师提出问题：如何获取细胞膜呢？图1中的4种细胞，哪种细胞更适合作为获取细胞膜的材料，为什么？获取细胞膜的实验原理是什么？实验如何操作？

设计意图：通过问题讨论和情境解决，学生能轻松掌握“制备细胞膜的方法”这一难点。教师在引导学生分析哺乳动物成熟红细胞的优点时，还能使学生树立结构与功能相适应的观点，初步培养了学生的生命观念。“自主合作，自主探究”的学习方式发挥了学生的主体地位，培养了学生的科学探究能力。

3.3观察概括，培养科学思维

教师提出问题：细胞膜由哪些物质组成？并提供施一公、颜宁、曹嘉翌3位科学家的科研论文片段，要求学生阅读资料，迅速概括出细胞膜的成分。

施一公论文的片段：FocA在细菌、古细菌、真菌、藻类和寄生虫中负责短链酸的转运。甲酸一亚硝酸转运蛋白家族中所有成员蛋白的分子结构和转运机制都是未知的。这个晶体结构显示，FocA构成了一个对称的五聚体。尽管FocA与水通道蛋白Aquaporin在序列上缺乏同源性，但它们的单体整体结构却异常相似。这些结果意味着FocA应该是一个细胞膜上的跨膜通道蛋白，而不是此前认为的转运载体蛋白。在结构生物学和生物化学方面的进一步研究为细胞膜上蛋白质的类型及具体作用提供重要线索。

颜宁论文的片段：应用傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）对胆囊癌细胞膜进行检测，并分析其蛋白质和脂质的红外变化。结果：胆囊癌细胞膜上生物大分子蛋白质和占主要成分的磷脂分子的红外光谱存在明显差异：癌组织中与磷脂相关的吸收谱带出现概率高、峰型高尖，相对吸收强度12957/11650和11740/11400的比值增加;相对吸收强度11460/11400的比值在正常组织细胞膜中较高。结论：胆囊炎性与癌组织细胞膜上大分子红外光谱存在不同，通过FTIR对癌变早期生物大分子改变做出客观反映。

曹嘉翌论文的片段：细胞膜上的糖类含量很少，一般和蛋白质结合形成糖蛋白复合物，和脂质结合形成糖脂复合物。生物体内糖一蛋白间的相互作用是糖生物学功能的基础，此作用往往是由多拷贝数的糖链与簇集状的糖蛋白受体经过特异性结合所完成的。因此此类糖一蛋白相互作用与许多疾病的诊断、治疗和干预相关。通过生物实验对合成的多价糖肽类化合物靶向肝癌细胞（HepG2）的能力作初步的探讨，发现连结糖基数目越多的多价化合物与ASGPR结合能力越强，其多价GalNAc糖基使之具备潜在生物学靶向能力及类肿瘤疫苗的结构特征。

设计意图：当前生物学高考命题，常采用科技论文作为命题情境素材。科技论文具有真实性、科学性和时代性等特点，教师将精心筛选的科技论文引入到课堂教学中，注重培养学生的分析概括能力，有利于提高学生的科学思维。

3.4结合实践，树立社会责任

教师提出问题：在正常情况下，细胞膜的成分会轻易改变吗？如果改变了会怎么样？教师展示某病人的检验报告单，学生讨论该病人细胞膜成分的变化。

学生通过小组讨论，得出：该病人的细胞膜产生了甲胎蛋白（AFP）、癌胚抗原（CEA）等物质。教师补充细胞膜成分发生改变，需要做进一步检查，以确定体内是否出现了癌细胞。同时，教师简单介绍目前癌症的治疗方式，引导学生认同它依然是医学界的一大难题。

设计意图：教师结合实践开展对病人细胞膜成分的讨论，引导学生“为攻克医学难题而执着奋斗”，从而树立社会责任感。

3.5动手操作，提升探究能力

教师提出问题：细胞膜如此重要，它有哪些功能呢？教师让学生用牙签戳破蛋黄膜，观察实验现象。

设计意图：教材通过原始海洋生命的出现，引出细胞膜具有将细胞与外界环境隔开的功能，有些学生难以想象出来。教师通过戳破蛋黄这一实验，让学生体验到细胞膜的屏障功能。

教师提示：细胞膜对于细胞来说不是单纯的一道屏障，它还能控制物质进出细胞。教师设计实验，让学生体验、感悟细胞膜的功能：取数量相等的熟玉米、生玉米两份，分别放入盛有等量蓝墨水的烧杯中，10min后用蒸馏水清洗两组玉米粒，并用解剖刀对半切开玉米粒。教师引导学生在操作过程中思考：熟玉米粒为什么被染成黑色，而生玉米粒的顏色却不变？学生带着问题在组内讨论、探究，最终明白活细胞的细胞膜能控制物质进入细胞，并推理得出活细胞的细胞膜能有选择地控制物质进出细胞。

设计意图：通过小组动手操作实验，学生能深刻地理解细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，从而培养了学生的动手能力和科学探究能力。

教师提出问题：“信息交流”对于生物来说非常重要，那么，细胞之间是如何进行细胞交流的呢？教师请几位学生通过情景模拟的形式展示“细胞间的信息交流”。

设计意图：“细胞间的信息交流”对于学生来说比较抽象，难以理解。通过情景模拟的形式来突破这一难题，能取得较好的教学效果。

3.6归纳总结.构建思维导图

学习完细胞膜的全部知识后，各学习小组归纳总结本节课内容，并自主构建思维导图，小组之间互评、修正。教师提出课后拓展题目：细胞膜的结构是怎样的？

设计意图：教师充分利用板书资源，促进学生自主建构，直观呈现本节课的内容，让学生对所学知识有清晰、全面的认识。而拓展内容则将本节课的内容与必修1第4章的知识进一步综合串联。

3.7习题反馈，巩固本节知识

参照布鲁姆认知领域的目标将习题设置为基础题、能力题。基础题有直接、明确、无歧义的答案，用以检测学生识记、理解方面知识点的掌握情况;能力题没有唯一的正确答案，注重培养学生答题的主次性、层次性、要点性。

4教学反思

在“细胞膜——系统的边界”的教学设计中，基于核心素养的提升，教师以所创设的情境主线贯穿课堂，开展问题教学，活跃了学生的思维，提高了学生的学习热情和参与度。同时，教师充分挖掘了教材中体现核心素养的内容，通过自主讨论、自主探究、自主构建，以“学生为主体，教师为主导”的教学原则，促进学生对每个知识点理解、掌握、运用，确保了学生生物核心素养的落实。

核心素养背景下的教学设计，教师应依据新课标的基本理念和课程目标实施教学，根据学生的基础和认知规律，创设问题情境和学习任务，使学生自发、有效地自主学习。教师在教学设计和教学实践过程中，应加强思考，提高教学设计的科学性、针对性和实效性，将生物核心素养教育落实到实处。