“生物膜的流動鑲嵌模型” 一節(jié)整合科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計.doc

“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)整合科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計李高梅 （廣東省佛山市順德區(qū)華僑中學(xué) 528333）1 教材分析 本節(jié)內(nèi)容選自人教版高中生物必修1分子與細(xì)胞第4章第2節(jié)。 該節(jié)內(nèi)容在編排上按時間順序介紹了科學(xué)家對生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的一些重要實驗和推論，旨在讓學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實驗和結(jié)論，使學(xué)生宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，同時加深對科學(xué)過程與方法的理解。2 教學(xué)目標(biāo) 1）通過對科學(xué)史材料的分析與討論，使學(xué)生了解生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，知道生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，加深對生物膜組成成分和結(jié)構(gòu)特點的理解。 2）了解科學(xué)探究的一般方法，樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辨證思想，感受科學(xué)研究的艱辛歷程。3 教學(xué)重點和難點 1）重點：生物膜的結(jié)構(gòu)特點、科學(xué)家探索生物膜結(jié)構(gòu)歷程的經(jīng)典實驗。 2）難點：流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容、結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辨證思想。4 教學(xué)過程41 以史實背景設(shè)疑，導(dǎo)入新課，讓學(xué)生感受、學(xué)習(xí)科學(xué)家的創(chuàng)新精神 首先讓學(xué)生完成填空：細(xì)胞膜主要由_和_組成。此外，還有少量的_。 接著提出問題：19世紀(jì)末，科學(xué)家已經(jīng)推知細(xì)胞膜的主要成分。但細(xì)胞膜很薄，光學(xué)顯微鏡觀察不到它的結(jié)構(gòu)，電子顯微鏡又還沒誕生；且當(dāng)時對物質(zhì)的分離提純技術(shù)也不發(fā)達(dá)，因此也無法采用分離提純的方法來測定它的組成。在這樣的情況下，你知道科學(xué)家當(dāng)初是怎樣得知細(xì)胞膜是由這些成分組成的嗎？由此引出科學(xué)家另劈新徑，從生理功能膜的通透性入手，自然導(dǎo)入新課，同時讓學(xué)生感受、學(xué)習(xí)科學(xué)家的創(chuàng)新精神。42以史料分析為主線，再現(xiàn)生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程，讓學(xué)生自主建構(gòu)知識 生物膜的流動鑲嵌模型是本節(jié)課的重點和難點，學(xué)生若不理解，就會陷入死記硬背的泥潭。若從科學(xué)史入手，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生了解知識的產(chǎn)生與發(fā)展過程，學(xué)生就能心領(lǐng)神會，自主完成知識的建構(gòu)。在教學(xué)中我是這樣做的，首先出示資料1：19世紀(jì)末歐文頓（E.Overton）用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實驗，發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。提出問題1：根據(jù)物質(zhì)相似相溶原理，分析上述材料，你能得出什么推論？科學(xué)家得出什么結(jié)論？你的結(jié)論與科學(xué)家一樣嗎？改變教材直接呈現(xiàn)科學(xué)家結(jié)論的做法，讓學(xué)生體驗科學(xué)家的思維過程，提升思維能力，自主建構(gòu)知識。當(dāng)學(xué)生得知自己的想法與科學(xué)家一致時，成功的喜悅溢于言表，學(xué)習(xí)的自信心和內(nèi)驅(qū)力得到加強(qiáng)。解決問題1后，提出問題2：歐文頓的推論是否正確？最初認(rèn)識到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。有沒有必要對膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？使學(xué)生在思考與討論中初步了解模型建構(gòu)的一般方法。 提出問題3：歐文頓用500多種物質(zhì)，通過上萬次實驗，這些數(shù)據(jù)又說明了什么？從而讓學(xué)生感知科學(xué)實驗的重復(fù)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、艱巨性，得出的結(jié)論應(yīng)該具有普遍性的道理，從中受到科學(xué)精神的熏陶。提出問題4：細(xì)胞膜中除含有脂質(zhì)外，還有沒有其他成分呢？分析資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將膜從哺乳動物的紅細(xì)胞分離出來，通過化學(xué)分析表明，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。提出問題5：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子是如何組成細(xì)胞膜的呢？激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的探究欲望，過渡到資料3的學(xué)習(xí)。分析資料3：1925年荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel用丙酮從人的紅細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣水界面上鋪成單層分子，測得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。依然采取改變教材直接呈現(xiàn)科學(xué)家結(jié)論的做法，給學(xué)生提出以下問題：由此，你得出什么結(jié)論？科學(xué)家得出什么結(jié)論？讓學(xué)生繼續(xù)體會科學(xué)家的思維過程。但這一次沒有資料1順暢，盡管我抓住“磷脂單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍”啟發(fā)學(xué)生思考，但仍有相當(dāng)部分學(xué)生不理解推論，情急之中，我將一張練習(xí)紙對折，問學(xué)生：“對折前你們看到的紙的面積是對折后的幾倍？”“2倍！”“原來這張紙是單層的，對折后變成幾層？”“2層！”“那么根據(jù)材料3推測，脂質(zhì)分子構(gòu)成細(xì)胞膜應(yīng)該排列成幾層？”學(xué)生豁然開朗答：“2層！”。這樣學(xué)生順利從形象思維過度到抽象思維，自然而然得出推論。課后反思時，我把這一靈感記錄下來，作為對自己的褒獎。為了改變學(xué)生淺嘗輒止的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)會將前后知識融會貫通，我以史料3為引子進(jìn)行變式訓(xùn)練，問學(xué)生：1、若將資料3中的“紅細(xì)胞”改為“口腔上皮細(xì)胞”進(jìn)行實驗，測得單分子層的面積仍然恰為口腔上皮細(xì)胞表面積的2倍嗎？或是大于、小于？為什么？2、若將資料3中的“人”改為“雞或去壁的原核細(xì)胞”進(jìn)行實驗，結(jié)果又將怎樣呢？為什么？巧借科學(xué)史，實現(xiàn)知識的遷移運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性、深刻性。接著提出問題2：兩層脂質(zhì)分子又是如何排列的呢？并請學(xué)生在草稿紙上試著畫一畫。在學(xué)生畫圖的過程中，我提示學(xué)生：已知磷脂分子頭部是親水的，尾部是疏水的，而細(xì)胞內(nèi)外都有水，想想該怎樣畫？當(dāng)學(xué)生畫好后，我選取幾張有代表性的畫法展示出來進(jìn)行講評，讓學(xué)生知道應(yīng)該怎樣畫，為什么這樣畫。問題3：蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置呢？材料4：1959年羅伯特森（J.D.Robertsen）在電鏡下看到細(xì)胞膜由“暗亮暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。他大膽提出：生物膜是由“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。羅伯特森的“三明治”靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型解決了什么問題？有什么不足之處呢？我又以問題的形式啟發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。為了便于學(xué)生找出它的不足，我播放質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原，變形蟲吞噬纖毛蟲、酵母菌出芽生殖、精卵結(jié)合的視頻動畫，讓學(xué)生直觀地感知細(xì)胞膜不是靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，而是一個動態(tài)的彈性結(jié)構(gòu)，同時也讓學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)要與功能想適應(yīng)的觀點。有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動的呢？ 資料5：圖文結(jié)合介紹熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實驗。問學(xué)生：看到了什么現(xiàn)象？這種現(xiàn)象說明了什么？再一次讓學(xué)生體會科學(xué)家的思維過程，讓學(xué)生自己得出結(jié)論。接著我讓學(xué)生在原來畫的脂雙層中添加蛋白質(zhì)，畫出自己認(rèn)為的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型圖。當(dāng)學(xué)生畫好后，我讓學(xué)生把自己畫的圖與桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型進(jìn)行對照，明確脂雙層的排列方式和蛋白質(zhì)的三種分布情況。請畫得比較好、與流動鑲嵌模型接近的學(xué)生舉手，給予充分的肯定，幽默地稱他們是當(dāng)代的桑格、尼克森，并選出代表描述流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。學(xué)生的成就感油然而生，課堂氣氛輕松活躍。43利用科學(xué)史素材，創(chuàng)設(shè)糖蛋白學(xué)習(xí)情景，指導(dǎo)學(xué)習(xí)方法教科書的特點是圖文并茂、互為補(bǔ)充，文字簡練，材料精選。但學(xué)生往往不善于圖文結(jié)合去閱讀理解知識。為了養(yǎng)成學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，當(dāng)學(xué)生基本理解、接受了“生物膜的流動鑲嵌模型”學(xué)說后，我提醒學(xué)生看黑板，喚起他們的有意注意，接著在“生物膜的流動鑲嵌模型”示意圖中寫上水的分子式并加上一個箭頭，問學(xué)生：你能告訴我這樣表示細(xì)胞吸水還是失水嗎？大部分學(xué)生表現(xiàn)出一臉茫然！只有個別學(xué)生怯生生的小聲回答：吸水。我及時抓住學(xué)生困惑之時機(jī)，再設(shè)一個問題作鋪墊：要判斷細(xì)胞吸水還是失水，我們必須先判斷哪一側(cè)是外側(cè)，哪一側(cè)是內(nèi)側(cè)，那么根據(jù)什么來判斷膜的外側(cè)與內(nèi)側(cè)呢？這樣利用科學(xué)史素材，創(chuàng)設(shè)新的問題情景，將學(xué)生的探究欲望再一次激發(fā)起來，為糖蛋白的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了有利情景，對培養(yǎng)學(xué)生圖文結(jié)合深刻理解知識的習(xí)慣與能力也大有裨益。44課堂小結(jié)為了加深學(xué)生對科學(xué)過程與方法的理解，在新課結(jié)束時，我再次以問題的形式啟發(fā)學(xué)生思考：1、縱觀生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，請大家想想科學(xué)家建構(gòu)模型的一般方法是什么？2、在探索生物膜結(jié)構(gòu)的過程中，科學(xué)家應(yīng)用了哪些實驗技術(shù)？3、實驗技術(shù)的進(jìn)步在科學(xué)探索中起到了怎樣的作用？使學(xué)生進(jìn)一步理解建立模型的一般方法，明確實驗技術(shù)的進(jìn)步在科學(xué)探索中所起的推動作用。45練習(xí)鞏固1）變形蟲的任何部位都能伸出偽足，人體某些白細(xì)胞能吞噬病菌，這些生理過程的完成都依賴于細(xì)胞膜的（ ）A 保護(hù)作用 B 一定的流動性 C 主動運(yùn)輸 D 選擇透過性2）細(xì)胞膜上與細(xì)胞識別、信息傳遞等功能有著密切關(guān)系的化學(xué)物質(zhì)是A 糖蛋白 B 磷脂 C 脂肪 D 核酸3）下列關(guān)于細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型敘述錯誤的是（ ）A、是磷脂分子，構(gòu)成了膜的基本骨架，這個支架不是靜止的，具有流動性B、是糖脂，對細(xì)胞具有保護(hù)和潤滑作用，以及細(xì)胞識別作用C、是蛋白質(zhì)分子，有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的嵌入磷脂雙分子層表面，有的橫跨整個磷脂雙分子層D、大多數(shù)蛋白質(zhì)分子也是可以運(yùn)動4）閱讀有關(guān)生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的材料，回答相關(guān)問題。 資料1：l 89 5年Overton在研究各種未受精卵細(xì)胞的透性時，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細(xì)胞膜十分困難。 資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家們第一次將細(xì)胞膜從某種細(xì)胞中分離出來，化學(xué)分析表明，它們的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)。 資料3：1925年荷蘭科學(xué)家用丙酮從某種細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣一水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為細(xì)胞表面積的2倍。 資料4：1 9世紀(jì)30年代初，科學(xué)家通過實驗發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不可能是單純磷脂分子構(gòu)成，再通過實驗進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)可能還有蛋白質(zhì)，于是提出在磷脂雙分子層內(nèi)外兩側(cè)都有蛋白質(zhì)分子覆蓋的假說。 資料5：l 959年，羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜清晰的“暗一亮一暗”的三層結(jié)構(gòu)。按照“三明治”模型，科學(xué)家經(jīng)過計算認(rèn)為生物膜至少厚約1 520nm。但電鏡照片中，實際測得細(xì)胞膜的厚度約為7-1Onm。 資料6：1 970年，科學(xué)家用熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞等做了一系列相關(guān)融合實驗。 (1)僅通過對資料l的分析，你能對膜結(jié)構(gòu)提出什么樣的假說? (2)資料2、3中要獲得純凈細(xì)胞膜，最好選擇哺乳動物的哪一類細(xì)胞?試簡述理由： (3)從資料3的實驗結(jié)果可以得出什么結(jié)論? (4)資料4、5中，通過比較分析生物膜的計算厚度和實測厚度，科學(xué)家對膜結(jié)構(gòu)模型提出了什么樣的假說? (5)資料6中，科學(xué)家最早是用紅色熒光染料標(biāo)記人細(xì)胞的膜蛋白，用綠色熒光染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞的膜蛋白，進(jìn)行融合實驗。剛?cè)诤蠒r，融合細(xì)胞一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光。在37下經(jīng)過40min，兩種顏色的熒光均勻分布，這一實驗現(xiàn)象表明_. (6)1972年，桑格和尼克森綜合以上實驗，并在新的觀察和實驗證據(jù)基礎(chǔ)上，提出了為大多數(shù)人所接受的_模型。5 板書設(shè)計生物膜的流動鑲嵌模型一、對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程1）19世紀(jì)末推測 膜由脂質(zhì)組成；2）20世紀(jì)初證實 膜的主要成分是蛋白質(zhì)和脂質(zhì) ；3）1925年，推測 脂質(zhì)分子是雙層的4）1959年觀察到 暗亮暗三層結(jié)構(gòu)，推測是蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì) 5）1970年證明了 膜具有流動性；6）1972年，提出 流動鑲嵌模型。二、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容：1）磷脂雙分子層為基本支架；2）蛋白質(zhì)：覆蓋表面，鑲嵌其內(nèi)，貫穿其中；3）具有一定的流動性。三、糖蛋白：分布在細(xì)胞膜的外側(cè)，有保護(hù)、潤滑、細(xì)胞識別等作用。6 教后反思該設(shè)計是高一年級的新課教學(xué)，是我們研究課題中的一個課例。自我評價有五處亮點：1）以問題為引導(dǎo)，讓學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實驗和結(jié)論，體驗科學(xué)家的思維過程，實現(xiàn)了“在過程中學(xué)習(xí)，在過程中生成知識”的教學(xué)思想。2）以史料3為引子設(shè)計變式訓(xùn)練，將科學(xué)史與思維訓(xùn)練有機(jī)地結(jié)合在一起。3）將紙對折幫助學(xué)生理解荷蘭科學(xué)家的