“生物膜的流动镶嵌模型”教学中若干问题的分析与处理，本文主要内容关键词为：若干问题论文,模型论文,生物论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版《生物（必修1）·分子与细胞》第4章第2节的教学内容，非常适合学生作为研究者进行探究，对学生养成严谨的科学态度、培养科学思维、感悟科学的发展过程、理解科学发展与技术的关系等非常有帮助，是一个良好的科学史教学素材。然而，在实际教学过程中发现部分知识的理解和教学处理值得商榷。
一、生物膜流动性的成因
多数教师运用诸如变形虫的变形运动等作为说明生物膜流动性的实例，利用人、鼠细胞融合实验等作为流动的证据，得出构成生物膜的蛋白质和磷脂分子都是可以运动的，进而得出“生物膜具有一定的流动性”的结论。如此教学处理有理有据，有利于学生顺理成章地得出科学结论。然而，笔者认为，仅此理解细胞膜流动性的原因尚缺乏深度，并未触及流动性的根本原因。分子运动理论的基本观点表明：分子处于永不停息的、无规则的热运动之中。细胞膜中膜脂的侧向扩散、旋转运动、伸缩运动、翻转扩散、左右摆动、旋转异构运动和膜蛋白的随机移动、定向移动、局部扩散正是分子运动的具体形式，人、鼠细胞融合实验中荧光标记物混匀所需时间随温度而变，其实是分子运动受温度影响所致。点明细胞膜流动性的本质属性，不仅能使学生更好地理解上述实验，提高对知识的接受度，也将学生对科学的探究引向了更深层次，对事物的认识更趋于本质化。
二、蛋白质镶嵌状况的分析
关于“生物膜的流动镶嵌模型”要点，高中教材表述为：“蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层”[1]。部分教师在教学中尤其强调了膜蛋白分子存在的第2种可能。事实果真如此吗？根据蛋白质的分子组成特点，蛋白质的每个亚基均至少有一个游离氨基和羧基，而游离的氨基和羧基都是极性的，加上成百上千的R基中必然存在的一些极性基团，蛋白质分子的极性是必然的。根据相似相溶的化学原理，极性的蛋白质分子完全埋在非极性脂双层内部的状态是不可能稳定的，在自然状态下不可能长时间存在。“无论是整合蛋白还是周边蛋白，至少要有一端露出膜表面，没有蛋白质分子完全埋在脂双层内部”[2]。在教学中，教师可以引导学生思考，运用已有知识作出自己的判断，以修正模型，但不能刻意强化片面信息而产生误导。
三、“暗—亮—暗”图像的解读
在生物膜的发现史教学中，必然会提及Robertson J.D.在电镜下观察到的“暗—亮—暗”三明治式图像。教师在分析此图像时大多作出这样的提示：电镜下密度高的区域发暗，密度低的区域发亮；蛋白质的密度明显高于脂质。据此，引导（“误导”）出Robertson J.D.的“蛋白质—脂质—蛋白质”单位膜模型。
学习生物膜的流动镶嵌模型后，细心且善于思考的学生会对此提出疑义：蛋白质既然可以镶嵌在磷脂双分子层中，且蛋白质的密度明显高于脂质，那么，电镜下的细胞膜就应该可以是明带中镶嵌暗区，而非“暗—亮—暗”式图像。
Robertson J.D.在电镜下观察到的现象实际上是经过锇酸染色处理的结果。锇酸染色法是神经科学研究中常用来固定脂质的一种方法。由于髓鞘的主要成分是脂质，所以经常用于髓神经纤维的染色。事实上，构成髓鞘的施旺氏细胞膜蛋白成分极少，几乎就是磷脂双分子层。后来有实验表明，人工脂类双分子层即使不附着蛋白质，在电镜下也呈现为“暗—亮—暗”三层式结构，这说明单层膜在电镜下显示出的2条暗线是蛋白质和脂质亲水端经锇酸染色后所呈现出的图像[3]，甚至暗线就是磷脂的亲水性头部。相当部分的师生和Robertson J.D.同样犯了一个想当然的错误。
事实上，电镜下显示出的明暗取决于其密度大小，经锇酸染色后呈现暗区主要是因重金属锇酸本身的高密度所致，而非蛋白质。锇酸作为无机染色剂主要作用于磷脂的极性头部，而磷脂的极性头部聚集在膜的两侧，因而在电镜下呈现2条暗线，致使生物膜显示出了“暗—亮—暗”的三明治式图像。蛋白质的密度虽高于磷脂，但在锇酸的高密度对比下则完全可以忽略不计。
四、磷脂单分子层在空气—水界面上的排布
经过教师的引导和学生的积极思考，根据相似相溶原理，学生顺利摆放出了磷脂单分子层在空气—水界面上排布的模型。然而，有教师发现学生摆出了如下图的3种可能，到底哪一种是正确的？又该如何处置？
分析：这3种可能摆法的差异在于磷脂分子极性头部与水相溶的程度。随着磷脂分子的种类不同，磷脂分子的极性头部也存在着很大的差异：有的基团复杂、庞大，有的基团极其简单、很小，因此磷脂分子头部的极性也是各不相同的，与水的亲和力也就必然存在着差异。在空气—水的界面上完全有可能部分与水结合度大些，部分小些，从而呈现出多种不同的状况，但有一点是肯定的——至少有一部分是与水相接触的。
模型是人们根据某种目的（需要），抓住事物原型的本质特征，对原型进行抽象、简化、纯化或理想化所得，凸显其本质属性。学生摆出的磷脂分子的模型，把简单或复杂的磷脂分子极性头部统一用小圆圈表示，如何能区分出其内部的细微差异？因此，学生的3种摆法都可以看作是合理的。如果真有学生提出这样的疑问，只需略作说明即可，以免导致教学重点的转移。
科学史教学中需要关注知识的科学性，关注思维的严密性，更需要关注科学的态度。学生的科学态度是在教师的熏陶下逐渐培养起来的，因此教师更需要有严谨的科学态度。当教学中遇到问题或问题没有得到科学的解释之前，不求甚解或想当然地予以解释是不合适的，其消极影响也是深远的。教学过程本身就是教师不断学习成长的过程，不怕遇到困难，就怕遇到问题时不能用科学的态度去面对。