生物膜的流動鑲嵌模型教學設計說明

1、下載可編輯信息化教學設計生物膜的流動鑲嵌模型一、教材分析1.地位與作用“生物膜的流動鑲嵌模型”是人教版高中生物必修一 第四章第2 節(jié)的內(nèi)容 。 本節(jié)通過“成分 結(jié)構 功能 ”這條主線與其前后2 節(jié)以及第3 章第 1 節(jié)緊密聯(lián)系 ， 并在這 4 節(jié)內(nèi)容中居于樞紐地位 。 學生在學完 “第 1 節(jié)物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?”等知識后 ，大多數(shù)的學生對 “生物膜究竟是什么樣的呢 ？”產(chǎn)生了興趣 ，可以說之前的知識可為本部分的學習埋下了伏筆 。 同時本節(jié)內(nèi)容又為后面學習 “第 3 節(jié)物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞?”等知識的學習打下基礎。起到了承上啟下的作用 。2.教材結(jié)構內(nèi)容包括科學家對生物膜結(jié)構的探索歷程和流動鑲嵌

2、模型的基本結(jié)構。其中 “流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容”是點睛之筆 ,為教學的重點；而 “建立生物膜模型的過程中, 如何體現(xiàn)結(jié)構與功能相適應的觀點”,需要學生進行推理和想象,是教學的難點。對細胞膜結(jié)構的研究是從生理功能 膜的通透性開始的,而與此相關的細胞膜的成分、功能及其選擇透過性,學生已學習過 ,這為本課教學做好了鋪墊。3.教材重點難點（ 1）重點 ： 生物膜的的探究歷程；流動鑲嵌模型的內(nèi)容。（ 2）難點 ：立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構適應功能的觀點。4.學時安排 ： 45 分鐘二、教學目標.專業(yè) .整理 .下載可編輯1、知識目標 ： 通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律；

3、理解并識記流動鑲嵌模型的內(nèi)容。2、能力目標 ： 培養(yǎng)分析 、質(zhì)疑、探究、合作交流的能力； 培養(yǎng)的動手操作能力。3、情感目標 ： 樹立生物結(jié)構與功能相適應的生物學辨證觀點； 正確認識科學技術在科學研究中所起作用。三、教學策略與設計根據(jù)教材和學生的特點，結(jié)合教學目標，本課可采用的最好學習方法便是學生自主學習方法 。 這種教學方法是建立在現(xiàn)代建構主義學習理論和創(chuàng)造教育基礎之上的。以學生為中心 ，教學過程中由教師起組織者、指導者 、幫助者和促進者的作用，利用情景 、協(xié)作 、會話等學習環(huán)境，充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造精神，最終達到使學生有效地建構當前所學知識的意義與目的。與傳統(tǒng)教學相比，師生關系

4、發(fā)生了互位變化，同時教材變成了學生主動建構意義的對象，多媒體則成了學生認知的工具。這種教學方法有利于學生認知能力 、實踐能力以及創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。在多媒體課堂教學活動中，創(chuàng)設多元化的軟、硬件學習環(huán)境，使學生方便地利用多媒體計算機技術，通過人機交互作用去主動地發(fā)現(xiàn)、探索 、思考，從而使學生高質(zhì)高效地獲取知識，培養(yǎng)創(chuàng)造能力 。四、教學及課件設計思路依據(jù)本節(jié)教材內(nèi)容和教學目標，采取以下的教學流程：課程導入 提供資料 自主探究 構建模型 模型評比 。 通過講授和學生思考探究，以討論 、談話組織整個教學過程。.專業(yè) .整理 .下載可編輯五、教法與學法1、學情分析教學要求學生提前預習本節(jié)內(nèi)容。學生一方面對流

5、動鑲嵌模型的構建過程和基本內(nèi)容要有一定了解；另一方面對于模型構建中的邏輯推理、技術進步的作用、科學家提出假說的思維方法 、結(jié)構與功能相適應的觀點，認識上還比較模糊，需要教師進行梳理提煉。此外，學生對流動鑲嵌模型蘊含的流動美和鑲嵌美還缺乏感受， 值得教師加以凸顯。2、教法和學法 教法 ：啟發(fā)式 、分組討論法 、歸納法 、 講授法 。充分體現(xiàn)教師于“教 ”的主導作用和學生于 “學 ”的主體地位 。 學法 ：良好的學習方法是學習成功的必要條件。結(jié)合本節(jié)課內(nèi)容，教師應指導學生以討論法 、歸納法進行探究式的學習， 在教師的指導下，學生通過有目的、有選擇的閱讀，通過課堂論壇的積極討論，最后通過對生物膜模型

6、的建構，使學生主動地參與到學習中，同時培養(yǎng)了學生的動手能力、合作精神 。六、學習資源與環(huán)境近年來 ，隨著現(xiàn)代科學技術的進步，計算機網(wǎng)絡技術和多媒體教育技術得到了前所未有的迅猛發(fā)展 ，并且越來越多地運用到教學活動中。計算機網(wǎng)絡技術和多媒體教育技術在教學活動中的運用，極大的豐富了教與學的手段，使學習的觀念 、方法得到了更新，學習的效果得到了進一步的提高。生物作為一門以實驗為基礎的自然科學，在學習中引入計算機網(wǎng)絡技術和多媒體教育技術，可以更好地豐富學習的內(nèi)容，激發(fā)學習的興趣，取得良好的學習效果 。 教師利用幻燈片、圖片 、網(wǎng)上相關資料等資源，創(chuàng)設情景 ，激發(fā)學生興趣。學生通過略讀 ，詳讀 ，課堂討論

7、 ，分組討論 ，資料分析 ，課后交流等活動方式，提高自己各方面的能力 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯條件 ： 1.教師從網(wǎng)絡上下載圖片及資料，利用 PowerPoint制作課件 ；2.學生課前預習，課堂學習討論，課后通過網(wǎng)絡查詢整理交流，更加深入的了解所學的知識 。七、教學過程1.課前復習在進入新課程內(nèi)容之前，先帶領同學們一起復習上節(jié)課學習的物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗斑x擇透過性 。2 導入新課引入 ：生物膜為什么能夠控制物質(zhì)進出細胞呢？過渡 : 我們一直在說一句話，結(jié)構與功能相適應，這樣的功能必定由一定的結(jié)構決定的。人們對事物的認識是有一個過程的，科學家當年正是懷著對物質(zhì)跨膜運輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問 ，開

8、始了對生物膜結(jié)構的孜孜以求地探索，歷經(jīng)了一百多年時間 ，走過了一條曲折的道路 ，直到現(xiàn)在仍有許多科學家在繼續(xù)深入研究。讓我們一起重溫一下這段歷史，會讓大家對科學過程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過時空隧道，回到一百多年前 ，假想一下 ：如果你是當時的一位科學家，你會怎樣去研究細胞膜的結(jié)構？（提示學生 ，引導他們明白限于當時的技術條件，還不能親眼看到生物膜，無法想像它的結(jié)構是什么樣的，通過什么辦法進行第一步的探究呢？引導學生看教材后明白當時科學家是從生理功能入手來探究的 ，通過實驗觀察 ，科學家才有嚴謹?shù)耐评?，提出膜是由脂質(zhì)組成這一假說，提示學生作出科學探究過程中作出假設后的步驟是什么（通過

9、實驗來驗證假設 ）， 從而進入下面的學習 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯教師 ：這就是生物學研究上常用的一種科學方法 假說法 。這也是我們今天探究生物膜的結(jié)構的一個重要的方法，下面 ，就讓我們沿著科學家的足跡，和科學家一起來研究這個問題 。3.新課呈現(xiàn)（板書：對生物膜結(jié)構的探索歷程）環(huán)節(jié) 1問題 （ 1）： 探究細胞膜的組成成分是什么？展示材料 ： 歐文頓的實驗及其相關的圖片時間： 19 世紀末1895 年人物 ：歐文頓 （E. Overton ）實驗 ：用 500 多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進行過上萬次的實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(zhì)的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的

10、物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞。教師 ：根據(jù)實驗 ，你能提出什么假說？學生 ：提出假說 ：膜是由脂質(zhì)構成的。教師 ：在得出結(jié)論之后，還有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢 ？學生 ：有必要 ，通過鑒定能更準確地說明問題。教師 ：那為什么一開始不直接對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢 ？.專業(yè) .整理 .下載可編輯學生 ：當時的技術不能實現(xiàn)。教師 ：這說明什么問題呢？學生 ：這說明技術對科學研究的重要作用。教師 ：直至 20 世紀初 ，科學家才能第一次將細胞膜從哺乳動物紅細胞中分離出來，化學分析表明 ，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以實驗說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實驗與

11、觀察的基礎上提出來的，同時又需要更進一步的實驗來證明。問題（ 2 ）：探究這些物質(zhì)是如何組成膜的？出示資料 ： 1917 年歐文 朗繆爾將提取的膜質(zhì)鋪展在水盤的水面上，發(fā)現(xiàn)脂在水面上形成一薄層 ，單脂層親水的頭朝向水面，疏水的尾背離水面。于是他提出 ：磷脂分子是一種由甘油 、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構既有疏水基團（尾部 ），又有親水基團（頭部）。 因為磷脂分子的“頭部 ”親水，所以在水 空氣界面上磷脂分子是“頭部 ”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上展開為一層。教師 ：大家分組討論，利用手中的磷脂分子模型擺出下面兩種情況下磷脂的分布情況在空氣 -水界面上

12、 完全浸沒在水中學生 ：小組代表上黑板演示展示材料 ： 戈特 和格倫德對血影的研究.專業(yè) .整理 .下載可編輯時間 ： 1925 年人物 ：荷蘭科學家Gorter和 Grendel實驗 ：兩位科學分離純化了紅細胞，從一定數(shù)量的紅細胞中抽提脂類，按 Langmuir的方法進行展層 ，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細胞的表面積之比為（ 1.8 2.2） 1，約為兩倍 。教師：假如你是當時的科學家，當你做實驗時發(fā)現(xiàn)單分子的磷脂分子正好是紅細胞的兩倍時 ，大膽地展開你的想象力，你能做出什么假說？學生 ：細胞膜中的磷脂是兩層的。教師 ：那這

13、兩層磷脂分子在細胞中又是怎樣排布的呢？再分小組討論、利用你手中的模型擺出來吧 。學生 ：分組討論 ，共可有六種排布方式，并提出細胞膜應兩面都處于水環(huán)境中，所以討論得到正確的排布方式。問題 （ 3）： 那蛋白質(zhì)和磷脂的位置關系又是如何的呢？展示材料 ： 羅伯特森的單位膜模型時間 ： 1959 年人物 ：J. D. Robertson羅伯特森實驗 ：用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗 明 暗三層結(jié)構 ，厚約 7.5nm ，它由厚約3.5 nm的雙層脂質(zhì)分子和內(nèi)外表面各為厚約2 nm 的蛋白質(zhì)構成 。提出假說 ：連續(xù)的脂質(zhì)雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜內(nèi)側(cè)，極性端朝向膜外兩側(cè)

14、，蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度，通過靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合，從而形成.專業(yè) .整理 .下載可編輯蛋白質(zhì) 磷脂 蛋白質(zhì)的三層結(jié)構，稱之為單位膜。他提出真核細胞與原核細胞具有相同的膜結(jié)構 。單位膜模型的主要不足在于：把生物膜的結(jié)構描述成靜止的、不變的 ，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。單位膜結(jié)構模型繼承了前人的有關結(jié)論，又成功地利用了先進的電子顯微鏡的觀察結(jié)果作為證據(jù) 。 但是他將生物膜描述為靜態(tài)的剛性的結(jié)構，這一點很快又被新的技術手段下的實驗所否定 。問題 （ 4）： 有什么證據(jù)證明細胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的呢？教師放映變形蟲的變形運動、白細胞吞噬病原體、細胞分裂的動畫，讓學生從感性上認識膜不是剛性結(jié)

15、構。展示材料 ： 熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗時間 ： 1970 年人物 ： Larry Frye 等實驗 ：將人和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發(fā)紅色熒光 、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。提出假說 ：細胞膜具有流動性。教師：很好 ，在繼承前人的結(jié)論基礎上，結(jié)合新的觀察和實驗證據(jù)，又有科學家提出一些關于生物膜的分子結(jié)構模型。 其中 1972 年桑格 （ S. J. Singer ）和尼克森 （ G.Nicolson ）提出的流動鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。他們的結(jié)論中補充說明膜的外側(cè)還存在糖蛋白 ，接下來大家就根據(jù)我們之前的討論分析結(jié)

16、合課本中的糖蛋白介紹嘗試構建模型。教師 ：那流動鑲嵌模型的具體內(nèi)容是如何的呢？教師查看學生繪制的模型，并作出分析評價 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（ 1）磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部相對朝向內(nèi)側(cè)。（ 2）蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面 ，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層 。 這里體現(xiàn)了膜結(jié)構內(nèi)外的不對稱性 。（ 3）在細胞膜的外側(cè)，有一層由細胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構合形成的糖蛋白，叫做糖被 。 糖被與細胞識別、細胞間的信息交流有密切聯(lián)系。（ 4）磷脂分子是可以運動的 ，具有流動性 。 大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運動

17、的 ，也體現(xiàn)了膜的流動性 。設計意圖 ：進一步強化流動鑲嵌模型的創(chuàng)立過程和內(nèi)容。環(huán)節(jié) 2教師 ：好，學到這里 ，縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，我們有些話題想讓大家思考討論。生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。學生 ：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創(chuàng)新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結(jié)構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動鑲嵌模型。.專業(yè) .整理 .下載可編輯的確 ，流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如 Walla

18、ch 于 1975 年提出晶格鑲嵌模型； Jain 和White 于 1977 年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止 ，已提出的生物膜結(jié)構模型達幾十種之多，生物膜的結(jié)構模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構模型基本內(nèi)容是趨向一致的。其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構特征。教師 ：縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談談實驗技術的進步起到怎樣的作用 ？學生 ：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如血影的制取和化學成分的鑒定技術使人們認識膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對稱

19、；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發(fā)展。教師 ：分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構與功能相適應是如何得到體現(xiàn)的？學生 ：在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識 ，再實踐 、再認識 ；使人類一步步接近生物膜結(jié)構的真相。例如 ，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統(tǒng)中 ，一般來說 ，功能的不同常伴隨著結(jié)構的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的 。 還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問題 。 一些學者使用

20、了更加先進的技術，運用紅外光譜等技術證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構 。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質(zhì)顆粒，這樣又發(fā)展了生物膜模型 。 生物膜中存在不同種類的蛋白質(zhì)，以及蛋白質(zhì)在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結(jié)構的生物膜具有不同的生理功能。.專業(yè) .整理 .下載可編輯教師 ：分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？學生 ：科學研究是要在實驗和觀察的基礎上，通過嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出假說，再通過實驗進一步地驗證假說。學生 ：科學研究依賴于技術的進步，技術進步了 ，可以得到更多新的實驗數(shù)據(jù)。學生 ：科學發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作。學生 ：科學發(fā)現(xiàn)的過程不是一帆風順的，往往是在繼承的基礎上不斷驗證、修正和完善發(fā)展的 。學生 ：科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。八、教學活動流程圖開始課前復習導入新課教師創(chuàng)設情境，導入