資源簡介

3.1細胞膜的結構和功能 教學設計
——細胞膜的結構和功能
1概念分析
本節課是高中生物學新課改生物學必修1《分子與細胞》第三章第一節的教學內容。本節課安排在糖類、脂質和蛋白質等有機化合物之后，又是細胞的基本結構開篇之作，主要包括細胞膜的功能、對細胞膜結構的探索、流動鑲嵌模型的基本內容三部分。細胞膜成分、結構和功能的學習有助于學生理解有機物如何構建細胞結構，促使學生初步形成結構與功能相適應的生命觀念，同時又是學習生物膜系統、物質進出細胞方式的基石。
知識概括：細胞膜的功能——將細胞與外界環境分割開；控制物質進出細胞；進行細胞間的信息交流。
關于細胞膜的分子結構模型，辛格和尼科爾森提出的流動鑲嵌模型被大部分人接受。流動鑲嵌模型認為，細胞膜主要由磷脂分子和蛋白質分子構成的，其外表面還有糖類分子；細胞膜不是靜止不動的，而是具有流動性。
課標要求：聚焦課標，大概念要求學生認識到“細胞都由質膜包裹，質膜將細胞與其生活環境分開，能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流。”
聯系前后：本節課的教學內容是在學習了細胞的化學組成的基礎上進行的，主要包括細胞膜的功能、細胞膜的物質組成、細胞膜的探究歷程、流動鑲嵌模型等內容，這既有利于學生鞏固前面所學的知識，又能為學生學習細胞的代謝作好鋪墊，在教材中起著承上啟下的橋梁作用。
地位作用：本節課安排在糖類、脂質和蛋白質等有機化合物之后，又是細胞的基本結構開篇之作，承前啟后，并且為學生學習生物膜系統、物質進出細胞方式打下基礎。本節課體現了結構決定功能的生物學特點，在教學中起著至關重要的作用。本節課運用科學史和模型建構相結合的教學策略，以細胞膜成分與結構的科學探究史為主線，以問題為引領，運用假說、求證等方法，引導學生提出假說、構建模型、修正模型，旨在促進學生主動、合作、探究、可持續的學習，發展學生的生物學學科核心素養，實現生態育人目標。
2學情分析
基于必修1前兩章的學習和初中相關的知識基礎，學生已知道細胞的基本結構、組成細胞的成分和各成分的功能、細胞成分鑒定的一般方法，為本節知識的學習奠定了基礎。學生雖然具備了一定的觀察和分析能力，思維的連續性和邏輯性也已初步建立，但還不是很嚴密，對探索事物的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考，故此節課積極引導學生觀察分析實驗現象，大膽提出實驗假設。
3教學目標
3.1知識目標
闡述細胞膜的成分和功能；認同細胞膜作為系統的邊界，對于細胞這個生命系統的重要意義；理解細胞膜流動鑲嵌模型的基本內容。
3.2能力目標
通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，作出假設；通過生物膜模型建立過程的一系列實驗，培養學生根據實驗現象進行分析推理的能力；嘗試利用廢舊物品制作生物膜模型。
3.3情感態度與價值觀
通過各實驗的資料分析，使學生體驗科學工作的方法和過程，增強學生探索新知識的欲望和創新意識；探討建立生物膜模型的過程中如何體現結構和功能相適應的關系；認同科學發展是在眾多科學家共同探索、以及技術進步的基礎上的。
4教學重點
細胞膜的功能；流動鑲嵌模型的基本內容。
5教學難點
探討建立生物膜模型的過程如何體現結構和功能相適應的關系。
6教學過程
教學流程 教師活動 學生活動 設計意圖
創設情境
導入新課
(2分鐘) （展示摸臉圖片）同學們摸摸自己的手和臉，你摸到什么了呢？
對，是皮膚，任何系統都有邊界，而皮膚是隔絕我們人體內與外界的邊界。細胞作為一個完整的系統，也是有邊界的，那么細胞作為最基本的生命系統，它與外界的邊界是？
【屏幕展示】真核生物細胞基本結構圖片。
非常好，今天我們就一起來研究一下最基本的生命系統細胞的邊界一細胞膜。 學生能回答皮膚。
學生通過識圖能
準確齊答出：細胞膜。 展示圖片，與學生互動，使之與生活實際聯系，吸引學生注意力，將學生引入課堂情境之中，激發學習興趣。
探究細胞
膜的作用
(10分鐘) 【展示資料】科學家用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質注入變形蟲體內，伊紅很快擴散到整個細胞，卻不能逸出細胞。 【提問】伊紅充滿細胞卻不能溢出細胞，說明了什么？
對，我們可以看出細胞膜將細胞與外界分隔開，導致伊紅不能逸出細胞。
在原始海洋還是一片混沌的時候，有了細胞膜這個邊界將細胞與動蕩不安的原始海洋分隔開，保障了細胞內部環境的相對穩定，才使得原始生命的誕生成為可能。從而減小受到的各種外部干擾，才能正常的進行各種代謝活動。這就好比我們的學校的圍墻，班級的墻壁，如果沒有這些，喧囂的街道，隔壁班級的活動直接影響到我們班級同學的學習，那么，我們的學習不可能正常進行。
細胞膜作為細胞的邊界，它還具有什么樣的功能呢？我們一起通過一段動畫來了解一下。
【屏幕展示】動物細胞控制物質進出動畫。
【教師講述】這是一個動物細胞模式
圖。橙黃色代表代謝廢物，紅色代表有用物質，綠色代表無用物質。
看完這個動畫，請同學們總結下哪些物質能進出細胞，哪些不能進入細胞。 （教師及時肯定總結） 細胞膜像海關或邊防檢查站，對進出細胞的物質進行嚴格的檢查，細胞需要的營養物質可以從外界進入，不需要的或者對細胞有害的物質“不容易”進入細胞，抗體、激素等物質在細胞內合成后，分泌到細胞外，細胞產生的廢物也要排到細胞外；但是細胞內的DNA等重要成分卻不會流失到細胞外。所以，細胞膜的第二個功能是能控制物質進出。
但是細胞膜的控制作用也是有限的，是相對的，環境中一些對細胞有害的物質有可能進入；所以有些病毒、細菌能侵入細胞，使生物體患病。
生物體作為一個繁忙有序的細胞社會，每個細胞都不是孤立存在的，與周圍的環境關系密切，不斷地與外界環境發生著物質和信息的交流。只有這樣，細胞才能聯合起來完成生命活動。而細胞之間的信息交流方式多種多樣。 【屏幕展示】（直接交流）精子和卵細胞結合過程。
同學們可以看到精子和卵細胞是通過直接接觸進行信息交流形成受精卵的，這種方式就是直接交流。即通過膜表面的信號分子進行識別和結合，達到信息交流的目的。
（間接交流）近距離的細胞可以直接交流，那相距較遠的細胞怎么進行信息交流呢？
【屏幕展示】激素分泌傳遞作用過程。
教師引導學生識圖，找出在這個過程中，哪些物質分別模擬寄信人、信件、郵差、收信人？
（教師總結陳述）這種方式就是間接交流。
【屏幕展示】胞間連絲圖片
有的相鄰兩個細胞之間可以形成通道，攜帶信息的物質通過通道進入另一細胞。例如高等植物細胞間通過胞間連絲相互連接形成通道，完成信息交流。
所以，細胞膜第三個功能是進行信息交流。
最后我們一起來總結細胞膜的功能。
學生閱讀資料，思
考、分析，討論回
答得出：細胞膜將
細胞與外界環境
分隔開。 學生觀察動畫，找
尋規律得出：代謝
廢物排出細胞，有
用的物質進入細
胞，無用的物質不
能進入細胞。 學生觀察圖片，思
考討論回答出：寄
信人是內分泌細
胞，信件是內分泌
細胞分泌的激素，
郵差是血液，收信
人是靶細胞。 學生回想前面學
到的細胞膜功能，
并和老師一起總
結鞏固。 引導學生展開想像，理解細胞膜功能，認同細胞膜對細胞這個生命系統的重要意義。樹立功能與結構相適應的生物學觀點。 學生積極參與課堂討論，通過表達交流，讓學生學有所得，有學習的成就感。 將細胞膜的成分和功能與生活實際聯系，讓學生注意理解生物科學與技術和社會之間的相互作用，重視理論聯系實際。 引導學生識圖，拓展視野，激發學生求知欲。進一步體會細胞膜的強大功能。 通過表達交流，讓學生有所得，有學習的成就感。 歸納總結，鞏固知識點。
探究細胞膜成分（8分鐘） 細胞膜的功能由它的成分和結構決定，但是由于細胞膜非常薄，即使在高倍顯微鏡下依然看不清它的真面目，所以我們對細胞膜成分和結構的認識經歷了很長過程，下面就讓我們來重溫科學家們的探索歷程。
【屏幕展示】資料一:1859年,歐文
頓選用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行了上萬次的研究。發現凡是易溶于脂質的物質，容易穿過膜，反之，不易溶于脂質的物質，不易穿過膜。
【引導】結合學生學過的化學知識，根據相似相溶的原理，思考為什么脂質更容易通過細胞膜。
最初認識到細胞膜由脂質組成的，是通過對實驗現象的推理分析還是通過膜成分的提取和鑒定？那還有必要對膜成分進行提取、分離和鑒定嗎？
【引導】教師介紹，提出假說的探究方法。
【引導】細胞膜由脂質組成，脂質在膜上又是如何排布的呢？ 學生討論得出結
論：細胞膜由脂質
組成。
學生分析：最初認
識到細胞膜由脂
質組成的，是通過
對實驗現象的推
理分析，因此有必
要對膜成分進行
提取和鑒定。 提出問題，
思考，激發
探究欲望，
學生學習興
領悟“假設
是如何提
的。
【屏幕展示】資料二:1925年,荷蘭科
學家戈特和格倫德爾從細胞膜中提取
脂質，鋪成單層分子，發現其面積是細胞膜的2倍。
【引導】設置想象空間：以血液中的紅細胞為例，在紅細胞膜內外兩側都有水的存在，試推斷構成紅細胞膜的磷脂分子應是怎樣排列的？（教師展示介紹磷脂分子的基本結構）
【引導】疏水性尾部部分和親水性頭部部分應該如何在水中分布？
【屏幕展示】資料三:1935年,英國
丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力。 他們發現細胞的表面張力明顯低于油-水界面的表面張力。由于人們已發現了油脂滴表面如果吸附有蛋白質成分則表面張力會降低，因此丹尼利和戴維森推測細胞膜除含脂質分子外，可能還附有蛋白質。 【教師講述】20世紀初,科學家第一次將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來進行化學分析，得出膜的主要成分是脂質和蛋白質。 學生討論得出結
論：細胞膜中的脂
質分子排列成連
續的兩層。 學生討論得出結論；細胞膜由連續的兩層磷脂分子組成，親水性頭部朝外，疏水性尾部朝內。 考察學生思維能力、發現問題的能力。
探究細胞
膜結構（8分鐘） 指導學生閱讀教材P43第二自然段。思考：
(1)1959年,羅伯特森在電鏡下觀察細胞膜，他看到了什么？
(2)然后大膽地提出了怎樣的生物模型？
(3)這種模型有怎樣的特點
(4)你是否支持這一生物膜模型
20世紀60年代后,科學家看到了一些現象。
【屏幕展示】變形蟲的變形運動、白細胞吞噬病原體、細胞分裂的動畫。
【提出問題】看到這些現象，你們有什么想法？
【屏幕展示】呈現科學史料及相應動畫。
1970年Freye和Edidin等人做了小鼠細胞人細胞融合實驗，融合后的細胞一半發紅色熒光，另一半細胞發綠色熒光。將細胞放在37℃環境中，培養40min，兩種顏色均勻分布在融合后的細胞膜表面。 【提出問題】依據實驗現象你能獲得怎樣的信息？ 學生閱讀教材回
答提問：
(1)暗-亮-層結
構。
(2)蛋白質-脂質-
蛋白質。
(3)特點:靜態的
統一結構。
思考并回答：膜結構不應該是靜態的否則這些細胞膜表現出來的功能不能完成。結構和功能不相適應。 學生觀察，得出結論：細胞膜具有流動性。 提出問題，引起思考，激發思維探究的欲望，引起學生學習的興
趣。
利用多媒體增加教學的直觀性，促進學生對知識的理解。
讓學生嘗試提出問題。了解技術手段的進步對科學研究發展的推動作用；探究過程中體現結構與功能相適應等觀點。
流動鑲嵌
模型的基本內容（8分鐘） 在參考前人的結論基礎上，結合新的觀察和實驗證據，又有科學家提出了一些關于生物膜的分子結構模型。其中1972年辛格(S.J.Singer)和尼科爾森(G.Nicolson)提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。
【屏幕展示】生物膜的流動鑲嵌模型動態的部分示意圖。
學生閱讀教材P44-45
【提出問題】
①膜的組成成分有哪些？
②膜的基本支架是什么？
③蛋白質分子在磷脂雙分子層上是如何排布的？
④膜的結構特點和功能特點有哪些？ 在這些過程中簡單介紹糖蛋白的相關知識。流動鑲嵌模型的基本內容。
【屏幕展示】膜物質分子的運動動畫
請學生比較：流動鑲嵌模型與蛋白質一脂質－蛋白質三層結構模型有何異同？ 看書，閱讀教材，歸納出其基本內容，然后看圖描述出生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。
①蛋白質和脂質組成（還有少量糖類）。
②磷脂雙分子層。
③有的表面鑲嵌，有的部分嵌插，有的貫穿。
④結構特點：流動性。功能特點：選擇透過性。 觀看動畫，認識明確細胞膜的流動鑲嵌模型。比較兩種模型異同。 學生通過歸納、總結，主動獲得流動鑲嵌模型的基本內容。
小結
(4分鐘) 帶領學生共同回顧細胞膜的功能、結構探索歷程。
繪制細胞膜亞顯微結構示意圖。 跟隨老師一起回顧細胞膜的功能、結構探索歷程。 鞏固知識。
7 教學反思
本堂課的教學設計，以科學探究為主線，精心設置問題串，引導學生以探索者、研究者的身份投入學習的。學生通過思考與討論，親身體驗科學是一個不斷發展的動態過程，在科學領域沒有終極真理，質疑和爭論不僅是正常的，而且能促進科學的進步。通過多媒體的輔助活躍了課堂氣氛。將一些本來不太好理解的問題簡單化，取得了較好的效果。引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，激發學習興趣。利用材料分析、資料討論圖片動畫演示等多種教學形式引導學生自主學習，歸納總結科學家對細胞膜結構的探究歷程和細胞膜的流動鑲嵌模型的基本內容，從而建立結構與功能相適應的觀點，讓學生在獲得知識的同時，培養了探究能力、分析比較能力和表達能力等。突出的亮點是安排大量的與“圖”有關的學生活動，提高學生圖文轉換能力、正確解讀圖表數據的能力。且本次教學用新教材，先講細胞膜的功能再講成分結構，更符合學生認知。
但不足在于教師講述過多，容易造成學生思維疲乏，注意力分散，不利于培養學生創新能力和學習能力，此點可以通過多設置活動、問題或者讓學生自學來提高學生主動性和積極性。由于時間關系在課堂上沒有給學生做練習，不能及時反饋教學信息。沒有利用問題探討的臺盼藍染色鑒別細胞死活，可以講解這部的內容幫助學生理解細胞膜控制物質進出。此外，在教學過程中的板書也存在不足，體現為對ppt存在過多的依賴。在以后的教學過程中，應多注意板書的總結，不拘泥于多媒體。

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