資源簡介

生物膜的流動鑲嵌模型
教
案
一、教材分析
（一）教材的地位和內容
“生物膜的流動鑲嵌模型”一節是人教版《必修1分子與細胞》第四章《細胞的物質輸入和輸出》之第二節，與第一節“物質跨膜運輸的實例”所反映的生物膜對物質的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯系，并對第三節學習“物質跨膜運輸的方式”作了知識準備。所以，對整個章節的知識起到了承上啟下的作用。
本節主要包括對生物膜結構的探索歷程和生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容兩大部分。在教學中，要充分發揮教師的主導地位和學生的主體地位，引導學生觀察并分析實驗現象，大膽的提出實驗假設，宛如親歷科學家探索科學的歷程，切身感受科學的魅力，保持探究科學的激情和興趣，自然地接受流動鑲嵌模型的理論。讓學生在探究中學習科學探索的方法，從而滲透探索的科學過程和方法的教育。
（二）教學目標
1.知識與技能
（1）簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。
（2）舉例說明生物膜具有的流動性特點。
（3）通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學發展的一般規律。
2．過程與方法
（1）分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設。
（2）發揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構。
3.
情感、態度與價值觀
（1）使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點。
（2）培養學生嚴謹的推理和大膽的想象能力。
（3）認識到技術的發展在科學研究中的作用，尊重科學且用發展的觀點看待科學，樹立辨證的科學觀。
（三）教學重點
1、科學家對生物膜結構的探索歷程。?
2、生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容。
（四）教學難點
1、對科學探究過程的分析，如何體現生物膜的結構與功能相統一。
2、生物膜的空間立體結構。?
3、生物膜的流動性特點。
（五）教學方法
本節課采用“引導—觀察分析實驗現象—提出假設—實驗驗證再分析”的教學模式，融合運用引導啟發、觀察分析、對比歸納、聯系實例等方法，配以多媒體輔助教學，尤其在體驗生物膜的探索歷程上給學生以動態的感覺，輕松地講授本節的兩大知識板塊。
（六）學習方法
在本節課中，學生將通過多種途徑，如：觀察、閱讀、思考、分析、討論、探究等等，來開展學生之間的協作學習和自主學習，形成以學生為主體的教學模式。
二、教學設計
（一）設計思路
本節課采用“提供資料→提出問題（要求）→做出假設（構建模型）→提供實驗驗證”的教學模式，通過“生物膜流動鑲嵌模型”的構建及有關實驗設計，體現學生“自主、探究、合作”的學習方式，感受科學家探索的歷程和過程的艱辛。同時對探索歷程的內容凸顯脈絡，像“層層剝去筍衣”一樣，幫助學生梳理并體驗結構模型的建構方法，同時理解并能夠描述流動鑲嵌模型的基本內容。
（二）教學程序
（三）教學過程
教師活動
學生活動
設計意圖
[引入]
首先讓我們一起欣賞一首詩，請大家大聲朗讀一遍。
學生朗讀“是誰，隔開了原始海洋的動蕩；
是誰，為我日夜守邊防；
是誰，為我傳信報安康。
沒有你，我——一個小小的細胞，會是何等模樣?
”
點燃學生的好奇之火，激發學生對生物膜結構的強烈興趣和渴望探索的動機。
[提問]
里面描述的是哪種細胞結構
[過渡]
詩中提到細胞膜的3個功能，請大家回憶一下哪3個功能？細胞膜的功能如此重要，與細胞膜的結構有密切關系。今天這節課我們一起來探索細胞膜等生物膜的結構。
[回答]
細胞膜
[新課]
一．生物膜結構的探索歷程
[過渡]
要弄清某一物質或物體的結構，首先要弄清它的化學組成成分。那么，細胞膜的主要組成成分是什么？
[回答]
脂質（磷脂）和蛋白質
開始學習模型建構的方法。
[小標題一]
從細胞膜功能入手的科學探究
[展示資料1]
細胞膜的通透性實驗時間：19世紀末
1895年科學家：歐文頓（E.Overton）實驗：物質對細胞膜的通透性問題：①實驗的現象是什么？②歐文頓提出了什么假說？[設疑]
這樣的假說是通過對現象的推理分析，還是對膜成分進行提取出來加以鑒定？[過渡]
由于當時技術條件的限制，他沒辦法完成這個實驗，所以在科學發展的道路上，技術的發展也是很重要的。探究過程并未終止。到了20世紀初，有了這樣的實驗條件，科學家又做了什么？[展示資料2]
細胞膜提取分離和成分分析時間：20世紀初實驗：科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發現細胞膜不但會被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。問題：這個實驗的結論是什么？
這個實驗的結果是否驗證并完善了
歐文頓的假說？
[閱讀]
P65教材正文第二段。[觀察]
歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性實驗[回答]①實驗的現象是什么？
（凡是可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。）②歐文頓提出了什么假說？
（膜是由脂質組成的。）[回答]
推理分析[閱讀]
P65教材正文第三段。[回答]細胞膜是由哪些化學成分構成的？（膜的主要成分是脂質和蛋白質。）
是。
假說是怎樣提出的。科學的探索要具備嚴密的思維。
[小標題二]
單位膜模型的提出
[過渡]
細胞膜中的化學成分是怎樣有機結合構成細胞膜的呢?其中涉及到細胞膜中磷脂的排列方式和蛋白質的排列方式。我們接著往下探究。請大家仔細觀察課本中磷脂分子的結構。
根據磷脂分子的特點，我們準備一個燒杯，燒杯內裝有一定體積的水，在空氣—水界面上磷脂分子應該怎樣排布呢？
接下來我們就一起動手探究下一個問題。以小組為單位，拿出資料袋中的模型，在白板上試著擺出模型。
題目：如果用玻璃棒攪動液面，使所有的磷脂分子浸在水中，形成很小的脂球體。這些脂球體中的磷脂分子是怎樣排布的？[設疑]
結合人體組織細胞的內外環境，磷脂分子應怎樣排布？[過渡]
這只是大家探究的一個模型，下面我們來看科學家對這一問題是怎樣驗證的？[展示資料3]
兩位荷蘭科學家實驗過程時間：1925年科學家：荷蘭科學家Gorter和Grendel問題：①實驗的現象是什么？②實驗結論是什么？③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續的兩層呢？[過渡]
教師利用教具將磷脂雙分子層在黑板上排列出來，設疑：這是否就是生物膜的完整結構？
接下來要我們接著探究蛋白質的排布方式。蛋白質在細胞膜上究竟怎么排布。這個問題科學家們做出了各種各樣的假設，有的科學家推測，蛋白質是否覆蓋在磷脂分子的表面？但是沒有確定。我們之前說技術是科學發展的推動力，技術發展了，電子顯微鏡誕生了。[展示資料4]
單位膜結構模型時間：1959年科學家：羅伯特森（J.D.Robertsen）實驗：羅伯特森電鏡下觀察到的細胞膜問題：①實驗的現象是什么？②羅伯特森提出了什么假說？
③討論單位膜模型的局限性？
[觀察]
教材
P66思考與討論中的磷脂分子。學生上臺用模型演示。[小組討論，演示，評價][小組討論，演示，評價][小組討論回答]①實驗的現象是什么？
（測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。）②實驗結論是什么？
（細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層。）③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續的兩層呢？
（磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸組成。其磷酸“頭部”是親水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。該結構決定了細胞膜中磷脂分子的排列方式。）[回答]不是，還缺少蛋白質[閱讀]
P66教材正文第一段[觀察]
展示羅伯特森電鏡下觀察到的細胞膜。[小組討論回答]①實驗的現象是什么？
(在電鏡下看到了細胞膜清晰的“暗—亮—暗”三層結構。)②羅伯特森提出了什么假說？
(所有生物膜都是由“蛋白質—脂質—蛋白質”三層結構構成的靜態統一結構。)③討論單位膜模型的局限性？
(把生物膜描述為靜態的剛性結構，解釋不了膜的許多生理功能）
了解技術進步對科學研究發展的作用。技術進步推動了假說的發展。
[設疑]我們觀察單位膜發現蛋白質-脂質-蛋白質這三層結構是一層緊挨一層，動彈不得，那應怎樣解釋這種實驗現象？[展示資料]
人們研究人工膜（只由兩層磷脂分子構成）對不同離子的通透性，發現：脂溶性物質易通過人工膜，葡萄糖、氨基酸、鈉離子等難以通過，而生物膜上卻可以通過上述物質。下面合作探究2：請大家在剛才的磷脂雙分子層的基礎上利用“蛋白質”的模型擺出蛋白質可能存在的方式。
[小組討論回答]葡萄糖等物質通過細胞膜需要蛋白質，蛋白質不可能只覆蓋在脂質表面。學生分組構建蛋白質在磷脂分子中的排布方式。展示小組合作的成果并進行自我評價。
[小標題三]
新技術帶來新模型
[展示資料5]
新技術手段：用干冰等冰凍細胞膜。后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面。[設疑]實驗的現象是什么？[過渡]因此羅伯特森提出的模型很快被新技術的實驗否定。[展示資料6]
免疫熒光技術細胞融合實驗時間：1970年科學家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)實驗：人鼠細胞融合問題：①實驗的現象是什么？②實驗結論是什么？③例舉細胞膜具有流動性？[智慧升華]
1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）通過觀察和實驗，并在繼承前人的研究成果基礎上，提出了什么樣的生物膜分子模型并被人們所接受。
實驗的現象是什么？
(實驗表明蛋白質并不是全部平鋪在脂質的表面，有的蛋白質是鑲在脂質雙分子層表面的，有的是嵌入或貫穿在整個磷脂雙分子層中。)[閱讀]
P67教材正文第二段[觀察]
Flash演示小鼠細胞和人細胞的融合過程。[小組討論回答]①實驗的現象是什么？
（兩種顏色的熒光均勻分布。）②實驗結論是什么？
[細胞膜具有流動性（膜分子是運動的）。]③例舉細胞膜具有流動性？
（白細胞吞噬細菌、變形蟲運動。）[形成共識]1972年，桑格和尼克森提出了最具代表性的生物膜模型——流動鑲嵌模型。
隨著技術進步，假說不斷被修正和完善。突出模型建構方法：實驗、推理想像→提出假說→進一步驗證完善→不斷發展。
二．流動鑲嵌模型的基本內容
[過渡]回顧這一百年來的探索歷程，我們一塊來分享一下科學家的勞動成果，學習流動鑲嵌模型的基本內容，請大家閱讀教材68頁的課文內容。[動畫演示]
細胞膜的亞顯微結構模型[自學問題]①生物膜的基本支架是什么？②蛋白質分子有哪幾種存在形態？③膜分子是靜止的，還是運動的？[設疑]
生物膜的流動鑲嵌模型是否已完美無缺呢？從生物膜結構的探索歷程中，你受到哪些啟發？
[閱讀]
P68教材正方第一段[觀察]
三維立體動畫演示生物膜的流動鑲嵌模型[小組討論回答]①生物膜的基本支架是什么？
[磷脂雙分子層。（親水性頭部朝向兩側，疏水性尾部朝向內側）]②蛋白質分子有哪幾種存在形態？
[蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨磷脂雙分子層。（體現了生物膜的不對稱性）]③膜分子是靜止的，還是運動的？
[磷脂分子和大多數蛋白質分子都是運動的。（體現了生物膜的結構特點具有流動性）][生生協作，形成共識]
流動鑲嵌模型不可能完美無缺。
通過動畫演示和直觀圖片，強化生物膜“流動鑲嵌模型”的基本內容。
[科學精神和科學品質滲透]
人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創新和改進，不斷完善和發展流動鑲嵌模型。希望在座的每一位同學都能多一些探索精神，去探索自然界中更多的神奇和奧秘！
總結結構與功能相適應的觀點。人類對自然的認識是永無止境的。
實現“情感、態度與價值觀”課程目標。
（四）教后反思
本節課的設計意圖：希望能激發學生興趣，讓學生積極參與探究活動，最終達到學生理解掌握生物膜的流動鑲嵌模型的目的。現將反思整理如下：
1．知識處理方面：要注意前后呼應、承上啟下。以一首描述細胞膜的詩歌導入本節課，讓學生回顧細胞膜的功能，重點強調結構與功能相適應的觀點。在本節課結束的時候，通過一段視頻再回到這一話題，流動鑲嵌模型能否完成這一功能？細胞膜對物質的吸收有選擇性？從而引導學生關注下一節的內容。對于某些知識不能想當然地認為自己清楚學生也清楚，該交待清楚的要交待清楚，不可省。比如：磷脂分子的親水端與疏水端的意思。
2．探究活動的處理。第一個探究活動，由磷脂分子在空氣與水界面的排布到脂球體的探究，首先要大力肯定學生的思維，然后繼續啟發學生思考細胞的特點、細胞膜的內外環境，構成細胞膜的磷脂分子該如何排布呢？否則，探究活動與膜結構有點脫節。但由于時間的限制，沒有將所有小組上臺展示小組的探究成果。第二個探究活動，蛋白質在磷脂分子中的排布，學生大膽的發揮想象力，勇敢的上臺展示，并進行自我評價，很好地體現以學生為主體。
3．教學評價方面：要適當地讓學生來評價學生，這樣有利于調動學生的積極性。
4．盡量多讓學生來描述。學生不會描述，是因為平時老師沒有給他們機會。
5．處理課堂的預設和生成問題的能力還有待加強。
雙層磷脂分子
單層磷脂分子
第3頁　（共7頁）

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