基于当代科学本质观的生物课堂教学设计，本文主要内容关键词为：课堂教学论文,本质论文,当代论文,生物论文,科学论文，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。
科学教育的一个重要的目标是培养具有科学素养的学生，而科学素养的一个重要的核心成分就是对科学本质的理解。在新颁布的高中生物课程标准的课程目标中强调了要使学生“认识科学的本质”。基于科学本质理解的教学有助于学生对科学本质的理解，才有助于学生理解科学内容，有助于培养学生的批判精神和创造性思维。因此，在生物课堂教学设计中，应体现当代科学本质观的理念，通过课堂教学，有意识地培养和发展学生的科学本质观。本文结合高中生物教材中“生物膜的流动镶嵌模型”一节的教学内容，进行促进学生科学本质理解的教学设计。
当代科学本质观的基本内涵可以概括为以下7个方面：①当发现新的证据和对已有事实有新的解释时，科学知识将会改变；②科学知识最终是建立在经验证据基础之上，那就是对自然世界的观察；③人类的想象和创造参与了科学知识发展的所有阶段，包括假设的提出、实验的设计和数据的解释；④科学观察受到个体科学价值观和先前知识等主观性的影响；⑤科学受到文化和社会价值观念的影响；⑥科学知识是建立在观察和推论基础之上，观察是通过人的感官或这些感官的扩展收集的，推论是对这些观察的解释；⑦科学定律和科学理论是不同的科学知识。
一、“生物膜的流动镶嵌模型”一节中体现的科学本质观
生物膜的流动镶嵌模型是在一系列观察实验的基础上，通过推理想象而建构的理论，该模型能够较为满意地解释生物膜的功能。这节内容中折射的与当代科学本质观基本内涵相符的方面有：科学认识活动是以实验事实为基础的；科学是观察与推论的必然结合，知道的并不都是看到的，观察和推论之间有明显的区别；科学知识的暂定性和发展性；科学知识的想象性和创造性；科学理论的产生方式是建构式；科学理论之所以被人们接受，是因为它能够较为满意地解释相关的事实。
二、“生物膜的流动镶嵌模型”教学目标的构建
教学目标是整个教学行为的导向系统。教师在教学目标中如果没有考虑到对科学本质的理解，也就不可能自觉表现出科学本质的具体教学行为。已有研究表明，科学本质的理解是一种认知性学习结果，应该被“显性”地教，而不是期望“在科学活动中通过一种渗透过程被同化”。“显性”不是指说教的策略，而是突出一种意图，即科学本质理解应该是被有意地确定为目标和计划，应将对科学本质的理解作为显性教学目标。那么，关于本节课的教学目标可确定为：
(1)通过科学史回顾，“再现”生物膜的分子组成及其结构模型的建构历程，了解生物膜结构的知识是如何产生的。
(2)了解生物膜的流动镶嵌模型的内容。
(3)对生物膜知识的产生方式进行反思，评价其合理性，使学生对于科学的本质有一定的认识。
三、教学过程设计
在教学活动中要通过显性和反思性活动让学生理解科学的本质。科学本质观大多属于观念性的东西。观念的培养不是一朝一夕就可以完成的，它需要教师在教学中恰到好处地不断地重现符合科学本质观的语言，使学生渐渐建立科学本质观。例如，教师的教学语言中应该经常含有“观察”“推论”“猜测”“可能是”“支持”“提出”等词语。在显性活动中，注意区别观察和推论，注重知识的产生方式。在反思性活动中，让学生清晰回顾知识学习的过程，对知识的产生方式进行反思，综合评价知识的合理性，使学生对于科学理论的本质有一定的认识。
以下是本节课的教学过程设计：
1.引言
回忆上一节物质跨膜运输的实例，强调生物膜对物质进出细胞是有选择性的。提问：为什么生物膜能够控制物质的进出？这与生物膜的结构有什么关系？从而使学生产生探究生物膜结构的强烈愿望。
2.生物膜结构的探索过程
(1)探究细胞膜的组成成分是什么？
资料①：1895年，欧文顿的实验
［事实］欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂溶性物质更容易通过细胞膜。
［推论］细胞膜是由脂类物质组成的。
［显性语言］在实验中有一些结论是观察到的，有一些结论是在观察的基础上推论得出的。换句话说，知道的并不都是看到的。观察是通过人的感官或这些感官的扩展收集的，推论是对这些观察的解释。
资料②：20世纪初，膜的化学成分鉴定
［事实］科学家将膜从红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。
［讨论］在推理分析得出细胞膜的成分后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？
［显性语言］有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。科学中的假说是在实验与观察的基础上作为试探性的想法提出来的，同时又需要进一步用实验来证明。
(2)探究这些物质是如何组成膜的？
资料③：1925年，两位荷兰科学家的实验
［事实］从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单层分子，测得单分子层的面积是红细胞表面积的2倍。
［推论］细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
资料④：1959年，罗伯特森提出单位膜模型
［事实］用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗一明一暗三层结构，厚约7.5 nm，它由厚约3.5nm的双层脂质分子和内外表面各为厚约2nm的蛋白质构成。
［推论、假说］所有的生物膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。
［讨论］罗伯特森提出的膜的结构模型为什么被越来越多的人质疑否定？（因为他把生物膜描述为静态的统一结构，不能解释细胞膜的一些功能，如细胞的生长、变形虫的运动等现象。它假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜的功能不完全相同是矛盾的）
资料⑤：［实验证据］科学家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中。
资料⑥：1970年，Larry Frye等
［事实］将人和鼠的细胞表面的蛋白质分子用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光，另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光均匀分布。
［假说、推论］细胞膜具有流动性。
［显性语言］在继承前人的结论的基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。迄今为止，已提出了几十种不同的膜分子结构的模型，如板块镶嵌模型、晶格镶嵌模型、流动镶嵌模型等。其中1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(C.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
(3)生物膜的流动镶嵌模型的构建
［简介］膜的流动镶嵌模型的内容：磷脂双分子层构成了膜的基本支架，这个支架不是静止的。磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。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。大多数蛋白质分子也是可以运动的。
3.讨论与反思
(1)为什么生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受？（生物膜的流动镶嵌模型是在继承前人结论的基础上，以实验观察为基础而提出的；该模型能够较为满意地解释生物膜的一些功能，如生物膜对物质进出细胞是有选择性的、细胞的生长等）
(2)生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？（流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型）
(3)分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？科学研究要在实验和观察的基础上，通过严谨的推理和大胆的想象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。观察和推论之间有明显的区别，科学是观察与推论的结合。科学研究依赖于技术的进步。科学知识是在继承的基础上不断验证、修正和完善发展的。科学理论的产生方式是建构式。科学理论之所以被人们接受，是因为它能够较为满意地解释相关的事实。科学家的观点并不全是客观的。