[原創(chuàng)]生物膜的流動鑲嵌模型(一等獎教案).doc

人教版必修一分子與細(xì)胞 第四章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出第2節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型教 學(xué) 設(shè) 計陳喬平 呂正余 （江蘇省淮安中學(xué) 223200）1 教材分析1.1 教材的地位和內(nèi)容“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)是人教版必修1分子與細(xì)胞第四章細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出之第二節(jié)，與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗彼从车纳锬ξ镔|(zhì)的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯(lián)系，并對第三節(jié)學(xué)習(xí)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健弊髁酥R準(zhǔn)備。所以，這節(jié)的內(nèi)容安排很合理，對整個章節(jié)的知識起到了承上啟下的作用。本節(jié)主要包括對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程和生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容兩大部分。在教學(xué)中，要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析實驗現(xiàn)象，大膽的提出實驗假設(shè)，宛如親歷科學(xué)家探索科學(xué)的歷程，切身感受科學(xué)的魅力，保持強烈的探究科學(xué)的激情和興趣，自然地接受流動鑲嵌模型的理論。讓學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)科學(xué)探索的方法，從而滲透探索科學(xué)過程和方法的教育。1.2 課程三維目標(biāo)的確定1.2.1知識與技能 本節(jié)內(nèi)容的課程標(biāo)準(zhǔn)是“簡述細(xì)胞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能”。這項要求包括兩層含義：一是簡述細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的概念和功能；二是簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。因此本節(jié)在知識與技能方面的目標(biāo)可定為簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。1.2.2過程與方法 本節(jié)內(nèi)容以細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的探究歷程為主線，學(xué)生動腦分析實驗現(xiàn)象得出實驗結(jié)論并構(gòu)建模型為重點，讓學(xué)生們從中體驗科學(xué)的實驗思想和實驗方法。因此本節(jié)在過程與方法方面的目標(biāo)可定為嘗試提出問題做出假設(shè)。1.2.3情感、態(tài)度與價值觀 本節(jié)教材介紹了人類探究生物膜結(jié)構(gòu)的過程和方法，可以加深學(xué)生對科學(xué)的歷史和本質(zhì)的認(rèn)識，特別是這些內(nèi)容中所體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一，技術(shù)手段的進步，促進科學(xué)的發(fā)展等觀點對于學(xué)生的情感態(tài)度與價值觀領(lǐng)域的發(fā)展有重要價值。因此本節(jié)在情感、態(tài)度與價值觀方面的教學(xué)目標(biāo)可定為探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步所起的作用;探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點。1.3 重點、難點的確定生物膜的功能特性是具有選擇透過性，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)基本觀點，因此確定本節(jié)的教學(xué)重點為流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。高一學(xué)生已有的生物學(xué)知識和生活經(jīng)驗較少，空間想象能力和邏輯推理能力有限，因此確定本節(jié)的教學(xué)難點為探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點。1.4 學(xué)情分析學(xué)生在第三章的學(xué)習(xí)中曾經(jīng)制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，已經(jīng)知道細(xì)胞膜很薄，細(xì)胞膜是最基本生命系統(tǒng)的邊界，控制物質(zhì)的進出，具有選擇透過性。在第四章第一節(jié)的學(xué)習(xí)中做過植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗，已經(jīng)了解細(xì)胞膜具有一定的彈性，這些已有的知識和經(jīng)驗為本節(jié)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。高一學(xué)生具備了一定的觀察和認(rèn)知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學(xué)的過程與方法及結(jié)論的形成缺乏理性的思考。1.5 教學(xué)方法的確定以學(xué)生“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式來優(yōu)化課堂學(xué)習(xí)與教學(xué)，實現(xiàn)課程三維目標(biāo)。本節(jié)課采用“引導(dǎo)觀察分析實驗現(xiàn)象提出假設(shè)實驗驗證再分析”的教學(xué)模式，融合運用引導(dǎo)啟發(fā)、觀察分析、對比歸納、聯(lián)系實例等方法，配以多媒體輔助教學(xué)，尤其在體驗生物膜的探索歷程上給學(xué)生以動態(tài)的感覺，輕松地講授本節(jié)的兩大知識板塊。1.6 學(xué)習(xí)方法的確定“授人與魚，莫過于授人與漁”，學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目點不是僅僅為了“學(xué)會”知識，更是為了“會學(xué)”知識。 在教學(xué)中，要注重學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)和培養(yǎng)。在本節(jié)課中，學(xué)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(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，形成以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。讓學(xué)生通過自己的主體活動，根據(jù)自身的反饋信息來形成對客觀事物的認(rèn)識和理解，從而發(fā)展自身的創(chuàng)造性思維能力，提高自身的信息素養(yǎng)。2 教學(xué)設(shè)計2.1 設(shè)計思想這節(jié)課以教改的新生物課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的教學(xué)理念：面向全體學(xué)生、提高生物科學(xué)素養(yǎng)、倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)為設(shè)計指導(dǎo)思想。把培養(yǎng)會學(xué)習(xí)的、具有高度科學(xué)文化素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的人作為最終教學(xué)目標(biāo)。嘗試進行信息化環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計（信息化教學(xué)設(shè)計），即用系統(tǒng)方法，以學(xué)為中心，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和信息資源，科學(xué)地安排教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)和要素，以實現(xiàn)教學(xué)過程的優(yōu)化。2.2 設(shè)計思路本節(jié)課采用“提供資料提出問題（要求）做出假設(shè)（構(gòu)建模型）提供實驗驗證”的教學(xué)模式，通過“生物膜流動鑲嵌模型”的構(gòu)建及有關(guān)實驗設(shè)計，體現(xiàn)學(xué)生“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式，感受科學(xué)家探索的歷程和過程的艱辛。同時對探索歷程的內(nèi)容添加小標(biāo)題以凸顯脈絡(luò)，像“層層剝?nèi)スS衣”一樣，將小標(biāo)題作為思考討論的切入點一一展開，幫助學(xué)生梳理并體驗結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)方法，同時理解并能夠描述流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。2.3 教學(xué)程序2.4 教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖引入 （5分鐘）問題探討 在制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型的活動中，選用塑料袋、普通布和彈力布三種材料做細(xì)胞膜，哪種材料更適于體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能？小組討論回答 三種材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布不具有柔變性，而彈力布不僅具有柔變性，還具有一定的通透性。點燃學(xué)生的好奇之火，激發(fā)學(xué)生對生物膜結(jié)構(gòu)的強烈興趣和渴望探索的動機。師生共識 選擇彈力布做細(xì)胞膜的材料，相對好一些。過渡 當(dāng)然，這幾種材料的特點與真實的細(xì)胞膜之間還有不小的差距。今天就讓我們一起隨著小探索者去親歷科學(xué)家的探索歷程吧!效果 讓學(xué)生宛如親歷科學(xué)探索歷程，切身感受到科學(xué)的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，且加深對科學(xué)過程和方法的理解。教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖新課 （32分鐘）一生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程過渡 一種物質(zhì)或物體的結(jié)構(gòu)是其組成成分間的組合形式的體現(xiàn)。要弄清某一物質(zhì)或物體的結(jié)構(gòu)，首先要弄清其化學(xué)組成成分。那么，細(xì)胞膜的組成成分是什么？設(shè)疑 探究細(xì)胞膜的化學(xué)組成成分，為什么不用化學(xué)分析的方法呢？小組討論回答限于當(dāng)時的技術(shù)條件，科學(xué)家們不知道細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，只好從研究細(xì)胞膜的生理現(xiàn)象入手來探究其化學(xué)組成成分。開始學(xué)習(xí)模型建構(gòu)的方法。小標(biāo)題一 從細(xì)胞膜功能入手的科學(xué)探究展示資料1 細(xì)胞膜的通透性實驗時間：19世紀(jì)末 1895年科學(xué)家：歐文頓（E.Overton）實驗：物質(zhì)對細(xì)胞膜的通透性問題：實驗的現(xiàn)象是什么？歐文頓提出了什么假說？設(shè)疑 正是有了實驗觀察，科學(xué)家才有了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂瘛Ｄな怯芍|(zhì)組成的這一假說在19世紀(jì)被提出。假說是否還需要進一步的實驗和觀察來驗證和完善？展示資料2 細(xì)胞膜提取分離和成分分析時間：20世紀(jì)初實驗：科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。問題：細(xì)胞膜是由哪些化學(xué)成分構(gòu)成的？閱讀 P65教材正文第二段。觀察 歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性實驗小組討論回答實驗的現(xiàn)象是什么？ （凡是可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進入細(xì)胞。）歐文頓提出了什么假說？ （膜是由脂質(zhì)組成的。）回答 需要閱讀 P65教材正文第三段。小組討論回答細(xì)胞膜是由哪些化學(xué)成分構(gòu)成的？（膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。）假說是怎樣提出的?？茖W(xué)的探索要具備嚴(yán)密的思維。小標(biāo)題二 單位膜模型的提出過渡細(xì)胞膜中的化學(xué)成分是怎樣有機結(jié)合構(gòu)成細(xì)胞膜的呢?其中涉及到細(xì)胞膜中磷脂的排列方式和蛋白質(zhì)的排列方式及模型的建構(gòu)。展示資料3 兩位荷蘭科學(xué)家實驗過程時間：1925年科學(xué)家：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel閱讀 P65教材正文第三段觀察 動畫演示兩位荷蘭科學(xué)家實驗示意圖。了解技術(shù)進步對科學(xué)研究發(fā)展的作用。教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖實驗：磷脂平鋪在空氣水界面問題：實驗的現(xiàn)象是什么？實驗結(jié)論是什么？細(xì)胞膜中的脂質(zhì)為什么會排列為連續(xù)的兩層呢？展示資料4 “三明治”結(jié)構(gòu)模型時間：1959年科學(xué)家：羅伯特森（J.D.Robertsen）實驗：羅伯特森電鏡下觀察到的細(xì)胞膜問題：實驗的現(xiàn)象是什么？羅伯特森提出了什么假說？討論“三明治”模型的局限性？小組討論回答實驗的現(xiàn)象是什么？ （測得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。）實驗結(jié)論是什么？ （細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層。）細(xì)胞膜中的脂質(zhì)為什么會排列為連續(xù)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(jié)構(gòu)決定了細(xì)胞膜中磷脂分子的排列方式。）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(xì)胞膜。小組討論回答實驗的現(xiàn)象是什么？ (在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的“暗亮暗”三層結(jié)構(gòu)。)羅伯特森提出了什么假說？ (所有生物膜都是由“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。)討論“三明治”模型的局限性？ (把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，解釋不了膜的許多生理功能。)技術(shù)進步推動了假說的發(fā)展。小標(biāo)題三 新技術(shù)帶來新模型過渡 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們從新的實驗現(xiàn)象入手對細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)作出了新的判斷。展示資料5 電鏡冰凍蝕刻細(xì)胞膜示意圖時間：20世紀(jì)60年代實驗: 科學(xué)家用掃描電鏡技術(shù)和冰凍蝕刻技術(shù)揭示了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中蛋白顆粒問題：該圖說明了什么？觀察 科學(xué)家用掃描電鏡技術(shù)和冰凍蝕刻技術(shù)揭示了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中蛋白顆粒分布示意圖。小組討論回答實驗的現(xiàn)象是什么？ (實驗表明蛋白質(zhì)并不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的。)隨著技術(shù)進步，假說不斷被修正和完善。突出模型建構(gòu)方法：實驗、推理想像提出假說進一步驗證完善不斷發(fā)展。教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖展示資料6 免疫熒光技術(shù)細(xì)胞融合實驗時間：1970年科學(xué)家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)實驗：人鼠細(xì)胞融合問題：實驗的現(xiàn)象是什么？實驗結(jié)論是什么？例舉細(xì)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(chǔ)上，提出了什么樣的生物膜分子模型并被人們所接受。設(shè)疑 生物膜的流動鑲嵌模型是否已完美無缺呢？從生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程中，你受到哪些啟發(fā)？閱讀 P67教材正文第二段觀察 Flash演示小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞的融合過程。小組討論回答實驗的現(xiàn)象是什么？ （兩種顏色的熒光均勻分布。）實驗結(jié)論是什么？ 細(xì)胞膜具有流動性（膜分子是運動的）。例舉細(xì)胞膜具有流動性？ （白細(xì)胞吞噬細(xì)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。生生協(xié)作，形成共識 流動鑲嵌模型不可能完美無缺?？偨Y(jié)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點。人類對自然的認(rèn)識是永無止境的。實現(xiàn)“情感、態(tài)度與價值觀”課程目標(biāo)?？茖W(xué)精神和科學(xué)品質(zhì)滲透人類對自然界的認(rèn)識永無止境，隨著實驗技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進，對膜的研究將更加細(xì)致入微，對膜結(jié)構(gòu)的進一步認(rèn)識將能更完善地解釋細(xì)胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動鑲嵌模型。二流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容動畫演示 細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)模型自學(xué)問題生物膜的基本支架是什么？蛋白質(zhì)分子有哪幾種存在形態(tài)？膜分子是靜止的，還是運動的？知識拓展 磷脂分子的運動方式。1側(cè)向擴散 2旋轉(zhuǎn)運動 3擺動運動4翻轉(zhuǎn)運動 5伸縮震蕩 6旋轉(zhuǎn)異構(gòu)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(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）蛋白質(zhì)分子有哪幾種存在形態(tài)？ 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中，有的橫跨磷脂雙分子層。（體現(xiàn)了生物膜的不對稱性）膜分子是靜止的，還是運動的？ 磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是運動的。（體現(xiàn)了生物膜的結(jié)構(gòu)特點具有流動性）能力提升 通過觀看磷脂分子的運動方式，進一步加深分子運動的直觀感受。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(nèi)容。教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖小結(jié) （4分鐘）師生合作 繪制生物膜的概念圖運用繪“概念圖”，將已有知識系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。鞏固 （4分鐘）繪圖 繪制細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖要求1準(zhǔn)確繪制出細(xì)胞膜的基本支架、蛋白質(zhì)的三種位置和糖被。2準(zhǔn)確標(biāo)注出各部分的結(jié)構(gòu)名稱，且用平行線。生生合作 復(fù)習(xí)強化“流動鑲嵌模型”的基本內(nèi)容，突出教學(xué)重點。課外延伸 興趣1 搜索科學(xué)家對生物膜研究的最新進展資料，課后相互交流。參考網(wǎng)址：興趣2利用廢舊物品制作生物膜模型。提示：用包裹中藥丸的球形蠟質(zhì)盒做磷脂分子的頭部。去掉藥盒表面的臘殼，穿過鐵絲或電線，使鐵絲或電線成為磷脂分子的尾部。再在盒子扣合處以及與盒子扣合處相垂直的方向打上兩組孔（每組兩個孔）。每一個盒子都這樣做。用較長的鐵絲把盒子穿起來，并扣上兩半盒子，排列在一個水平面上，這就做好了“磷脂單分子層”。用同樣的方法再做一個“磷脂單分子層”，這樣就做成了“磷脂雙分子層”。用什么材料做蛋白質(zhì)呢？可以收集廢舊包裝材料，如包裝電器的硬質(zhì)泡沫塑料，它很容易被你加工成需要的形狀。一些“蛋白質(zhì)”可以“漂浮”在膜的兩側(cè)，另一些可以“嵌入”或“貫穿”膜?？梢杂秘灤┠さ摹暗鞍踪|(zhì)”來幫助固定磷脂雙分子層，穿鐵絲的時候把它們穿上就是了。搜索11975年，Wallach提出晶格鑲嵌模型。搜索21977年，Jain和White提出板塊鑲嵌模型。搜索3 2005年，Caco-2細(xì)胞生物膜因在結(jié)構(gòu)和生物學(xué)性質(zhì)上與人小腸吸收細(xì)胞相似而廣泛用于腸道藥物吸收機制研究。成果展示創(chuàng)新1用球形或接近球形的“紐扣”穿上兩根“細(xì)銅線”，模擬磷脂分子（紐扣模擬磷脂分子的頭部，細(xì)銅線模擬磷脂分子的尾部）；用“廢舊塑料泡沫”剪成不同圓球形，模擬蛋白質(zhì)分子。創(chuàng)新2 用“乒乓球”穿上兩根“細(xì)鐵絲”，模擬磷脂分子（乒乓球模擬磷脂分子的頭部，細(xì)鐵絲模擬磷脂分子的尾部）；用“橡皮泥”捏成不同圓球形，模擬蛋白質(zhì)分子?！芭d趣1”可培養(yǎng)學(xué)生對問題的科學(xué)思維方法和探究精神，幫助學(xué)生提高對信息技術(shù)運用的熟練程度