王凤
深圳实验学校高中部 深圳 518055
摘要：基于CER论证模型，通过问题串引导学生分析资料，在建构细胞膜的流动镶嵌模型过程中培养学生科学思维。通过生活生产实例引导学生总结细胞膜的功能，培养学生将知识与真实生活联系，运用生物学知识解决实际问题的能力，提高学生核心素养。
关键词：CER论证模型；细胞膜；核心素养
1 教材分析及设计思路
《细胞膜结构和功能》属于人教版高中生物学教材（2019年版）必修1第3章第1节的内容，包括细胞膜的功能、对细胞膜成分和结构的探索、流动镶嵌模型的基本内容3部分。本节是第2章“组成细胞的分子”内容上的延伸，也为第4章“细胞的物质输入和输出”的学习奠定基础。
本节课授课对象为高一学生，学生已经学完第2章“组成细胞的分子”，对细胞的物质组成有基本认识。具备一定的阅读能力、分析归纳能力，但思维严谨性不足。同时学生缺乏对微观世界的经验认识，对物质结构的空间想象力较弱，建构模型能力、知识迁移能力有待提高。
因此本节课先探索细胞膜的成分和结构，再讨论细胞膜的功能。其中细胞膜的成分、结构的探索采用CER论证模型（图1）进行教学，将科学家的研究成果和科学事实引入课堂，通过论证的方式构建理论知识，帮助学生理解细胞膜的成分、结构的探索思路。流动镶嵌模型的基本内容、细胞膜的功能这两部分内容，采用学生自主学习、小组合作与教师问题引导相结合的教学方法，注重情境体验、实验探究，将课堂教学由知识本位转向素养本位，从而落实发展核心素养的教学目标。
2 教学目标
基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕学生核心素养培养的要求，制定如下教学目标：
（1）通过学习细胞膜成分、结构的探索过程，建构细胞膜的结构，形成模型与建模思想（科学探究）
（2）通过生活实例的类比分析，运用归纳的方法，概述细胞膜的功能（科学思维）
（3）概述流动镶嵌模型的主要内容，树立细胞膜结构与功能相适应的观念（生命观念）
（4）通过脂质体药物的分析，体会科学知识与解决现实问题之间的密切联系，增强社会责任感。（社会责任）
3 教学过程
3.1 创设情境，引入新课
活动：取几枚鸡蛋，打破鸡蛋外壳，将蛋黄和蛋清倒入培养皿中，分发给各个小组。没有受精卵的鸡蛋中，鸡蛋黄可以看作一个卵细胞。引导学生观察蛋黄和蛋清之间被细胞膜分开。
设计意图：联系生活，通过触摸、观察让学生直观感受细胞膜的存在，体会细胞膜作为系统的边界，为探究细胞膜的结构做好铺垫。
3.2 呈现资料，组织探究
探索一：探索细胞膜的成分
资料1：欧文顿（E.Overton）用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不容易脂质的物质，不容易穿过细胞膜。
学生根据CER论证模型进行分析，得出结论细胞膜是由脂质构成的（图2）。
资料2：1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。人们已经发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。
学生根据CER论证模型进行分析，发现细胞膜除脂质分子外，可能还含有蛋白质（图3）。
探索二：探索磷脂分子的排布
资料3：科学家利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸为疏水的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。让学生在纸上画出磷脂分子在空气-水界面、水中上的排列方式。
资料4：单细胞生物草履虫生在有水的环境；人体组织细胞生活在组织液中，其主要成分是水，且细胞内有85%-90%的化合物是水。请同学们猜想磷脂分子在细胞膜中的排列方式并构建模型。
设计意图：结合科学探究过程和相关问题，通过任务引导学生理解“模型和建模”，激发学生的探索欲望，培养学生的建模能力，培养学生的科学思维和探究能力。
资料5：戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞提取磷脂分子，在空气-水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。他们由此推断细胞膜中的磷脂分子排列必然为连续的两层。
学生结合资料3-5，利用CER论证模型，推导得出细胞膜中的磷脂分子排列必然为连续的两层（图4）。
设计意图：分析细胞膜成分相关资料，感知科学探究过程，提高资料分析能力，发展科学思维和科学探究能力。
探索三：探索蛋白质的分布
资料6：1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构。
资料7：电子显微镜的电子束照射大分子物质，呈像黑暗；照射小分子物质，呈像光亮。
学生根据CER论证模型，分析电镜下细胞膜的结构组成，从而发现暗-亮-暗的三层结构为蛋白质-脂质-蛋白质（图5）。
资料8：利用冰冻蚀刻技术将标本冰冻，然后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。发现单层磷脂分子的疏水面，可见一个个蛋白质突起，蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂双分子层中。让学生总结蛋白质在细胞膜的分布情况。
设计意图：引导使学生逐步建立细胞膜的三维模型，对细胞膜结构有立体的认识，并对细胞膜的结构模型进行修正、完善。学习“提出假说”的科学方法，培养学生的科学思维和基本的科学探究能力，强化了结构与功能观，有利于生命观念的形成。
资料9：科学家用绿、红荧光染料分别标记小鼠细胞和人细胞表面蛋白质分子，刚融合时，一半发绿色荧光，一半发红色荧光，在37℃下40min后，两种颜色的荧光均匀分布。（ppt展示人鼠细胞融合的视频）
资料10：1972年，辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型。让学生阅读教材p44-45，归纳总结流动镶嵌模型的要点。（ppt展示流动镶嵌模型的动画和图片。）
设计意图：借助视频、图片等资料，以事实为依据，让学生真切认同细胞膜是流动的 ，领悟到科学发现是不断完善的，需要有质疑精神和孜孜不倦的探索精神。通过视频和教材阅读，训练学生对细胞膜结构的归纳能力，使学生能准确把握细胞膜的成分、结构与功能之间的关系，使抽象的细胞膜结构内化为学生头脑中的概念模型，落实核心素养的培养。
3.3阅读教材，领会功能
通过大量生活情境导入细胞膜的功能。
情境1：用培养皿展示一个生鸡蛋，蛋黄用针戳破，观察蛋黄流出的情况。
情境2：家里买了萎焉的苋菜，可以用清水浸泡，一段时间后苋菜会变得“水灵”。洗的时候水不会变红，而苋菜被煮熟后，菜汤变红了。引导学生分析原因。
情境3：学生中午跑去食堂吃饭，可以闻到土豆烧排骨的香味，这种香味是怎样产生的？
设计意图：联系生活实例，提升学生推理分析能力，引导学生概括细胞膜的功能，加深对细胞结构与功能相适应的理解。
请同学们设计实验来检验玉米种子是否能发芽。实验材料包括生玉米粒、煮熟的玉米粒、红墨水、清水等。教师讲解用台盼蓝染剂来鉴定动物细胞是否死亡的原理。并展示三种信息交流方式的图片和动画，结合教材，分析讲解细胞间信息交流的方式。（图6）
设计意图：引导学生运用细胞膜的功能解决现实生产问题，通过实验设计，培养学生科学思维和科学探究能力，激发学生兴趣。
3.4拓展认知，迁移应用
介绍科学家将抗癌药物包埋于脂质体内，在脂质体外包裹上聚乙二醇保护层，并镶嵌上相应的抗体，用于癌症的靶向治疗[3]。引导学生结合细胞膜的结构和功能，去分析脂质体运输的原理。
设计意图：完成细胞膜的结构与功能的教学后，展示脂质体药物的应用，引导学生学以致用，既巩固了所学知识，激发了学生学习兴趣，又培养学生的社会责任感。
4教学反思
本节课基于CER论证模型，设计大量问题串，引导学生从资料中寻找证据，基于证据进行推理论证，最终得出主张。在探究细胞膜成分及结构过程中，CER模型的论证过程使学生的思维外显化，培养学生演绎推理、模型与建模的科学思维。结合生活生产实例，激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的核心素养。
参考文献：
[1]吕琦,代建军.新加坡科学教育中的CER科学论证框架研究~1——以新加坡中学化学学科为例[J].基础教育课程,2019(15):72-80.
[2]阮周波.CER论证模型在高中生物课堂上的应用——以“物质出入细胞的方式”为例[J].中学生物教学,2019(21):27-30.
[3]冯小勇,陈廷华.“细胞膜结构和功能”的教学设计[J].生物学教学,2020,45(10):40-42.