流動(dòng)鑲嵌模型教學(xué)設(shè)計(jì)

1、“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)（一）課標(biāo)分析高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的要求體現(xiàn)在簡(jiǎn)述細(xì)胞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能”，屬于理解水平，要求學(xué)生可以把握細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的內(nèi)在聯(lián)系。其中功能方面已在前一章進(jìn)行了學(xué)習(xí)，本節(jié)課的課標(biāo)要求就應(yīng)當(dāng)集中體現(xiàn)在收集資料并分析得出細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。（二）教材分析本節(jié)是人教版 必修1分子與細(xì)胞第4章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”的第2節(jié)，是前面第 3章 細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”第1節(jié) 細(xì)胞膜系統(tǒng)的邊界”的一個(gè)延伸與拓展。內(nèi)容有：科學(xué)家探索細(xì)胞膜化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)的科學(xué)史；生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型。前者是適合學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的較好素材。 經(jīng)歷了探究活動(dòng)后，對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的接受是水到渠成的，

2、這樣能使學(xué)生在思維與推理能力上得到發(fā)展。二、學(xué)情分析高中學(xué)生具備了一定的觀察和認(rèn)知能力，但是對(duì)問(wèn)題探索的動(dòng)力主要來(lái)自對(duì)相關(guān)問(wèn)題的好奇與有趣水平，目的性不十分明確，所以教師的思維導(dǎo)向就顯得十分重要。本節(jié)課利用科學(xué)，使學(xué)生順利由感性認(rèn)識(shí)史實(shí)驗(yàn)資料，設(shè)計(jì)學(xué)生要探究的問(wèn)題， 讓學(xué)生在問(wèn)題引導(dǎo)下進(jìn)行基于資料和問(wèn)題的課堂探究活 動(dòng)，問(wèn)題的設(shè)計(jì)層層深入，按照學(xué)生的思維水平和能力達(dá)到一定深度 向理性認(rèn)識(shí)過(guò)渡。三、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)目標(biāo)1 .簡(jiǎn)述生物膜的結(jié)構(gòu)2 .舉例說(shuō)明生物膜具有流動(dòng)性特點(diǎn)。3 .通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程，闡述科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。（二）能力目標(biāo)1. 通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程

3、，嘗試提出問(wèn)題，作出假設(shè)。2. 通過(guò)生物膜模型建立過(guò)程的一系列實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析推理的能力。（三）情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)1 .探討建立生物膜模型的過(guò)程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。2 .探討在建立生物膜模型的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用四、教學(xué)重、難點(diǎn)（一）教學(xué)重點(diǎn)1 .科學(xué)家對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。2 .生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說(shuō)的基本內(nèi)容。（二）教學(xué)難點(diǎn)探討建立生物膜模型的過(guò)程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。五、教學(xué)過(guò)程（一） 教學(xué)設(shè)計(jì)思路充分利用科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)以及所提出的假說(shuō)，有效引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，在這個(gè)過(guò)程中轉(zhuǎn)變學(xué)生的接受學(xué)習(xí)方式，讓他們充分進(jìn)行自主、合

4、作、探究性學(xué)習(xí)，在問(wèn)題引導(dǎo)下積極思維，在合作討論中有效學(xué)習(xí)， 在評(píng)價(jià)中感受探索的樂(lè)趣， 在整個(gè)探究性學(xué)習(xí)中升華知識(shí)。制作多媒體課件，以便于展示相關(guān)資料和圖片，提高課堂教學(xué)效率， 使直觀性增強(qiáng)，學(xué)生更易于接受。（二）教學(xué)過(guò)程1.引出課題我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了生命系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，同學(xué)們想一想：最小的生命系統(tǒng)是什么？最小生命系統(tǒng)的邊界是什么？細(xì)胞膜有哪些功能？如果讓你制作一個(gè)真核細(xì)胞模型，制作細(xì)胞膜的材料有：塑料袋、普通布和彈力布，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)分析，用哪種材料做細(xì)胞膜，更適于體現(xiàn)細(xì)胞膜的特點(diǎn)？為什么？以上問(wèn)題依次提出，把學(xué)生的思維引向思考細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上繼續(xù)提問(wèn)：彈力布有彈

5、性，它能完全具備生物膜的特點(diǎn)嗎？ 顯然彈力布不具有生物膜的選擇透過(guò)功能，那么生物膜含有哪些物質(zhì)？究竟具有怎樣的結(jié)構(gòu)？從而引入新課：生物膜的結(jié)構(gòu) 一一流動(dòng)鑲嵌模型。2.科學(xué)史課堂探究資料1:歐文頓（E.Overton）的物質(zhì)通透性實(shí)驗(yàn)（1895年）。用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞 進(jìn)行上萬(wàn)次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過(guò)細(xì)胞膜。問(wèn)題：根據(jù)你所學(xué)習(xí)的有關(guān)知識(shí)，你能得出什么結(jié)論？生物膜是由脂質(zhì)組成的，這 個(gè)結(jié)論的依據(jù)是對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是對(duì)膜成分的提取和鑒定？在推理分析得到結(jié)論之后還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？為什么一開(kāi)始不對(duì)生物膜直接進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？學(xué)生按照學(xué)習(xí)小組進(jìn)行交流、討論

6、，小組代表回答，其他小組進(jìn)行補(bǔ)充、評(píng)價(jià)與修正，教師總結(jié)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)推理，得出結(jié)論。不僅如此，從科學(xué)方 法入手，還使學(xué)生學(xué)習(xí)了科學(xué)假設(shè)的提出，并認(rèn)同假設(shè)必須有實(shí)驗(yàn)支持，假設(shè)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證才能成為科學(xué)理論。最后告訴學(xué)生，后來(lái)的科學(xué)研究表明，細(xì)胞膜的確含有大量脂質(zhì)， 其中主要是磷脂分子。資料2:荷蘭科學(xué)家Gorter和Gren del的紅細(xì)胞膜實(shí)驗(yàn)（1925年）。2位科學(xué)分離純化了 紅細(xì)胞膜，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞膜中抽提脂類，在水面上進(jìn)行展層，并比較展層后的脂單層面積和根據(jù)體積所推算紅細(xì)胞的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂分子鋪展后所測(cè)面積同實(shí)際測(cè)量的紅細(xì)胞的總表面積之比為（1.

7、82.2 ）： 1，約為2倍。提出問(wèn)題：假如讓你幫助當(dāng)時(shí)的科學(xué)家分析，大膽地展開(kāi)你的想象力，你能提出什么假說(shuō)？這個(gè)問(wèn)題能有效訓(xùn)練科學(xué)推理能力和創(chuàng)新思維能力?？梢宰寣W(xué)生討論 2 min ,通過(guò)討論與交流，可以想到細(xì)胞膜中可能是雙層脂質(zhì)分子，順利提出假說(shuō)。資料3:朗姆瓦（Langmuir）的磷脂分子實(shí)驗(yàn)（1917年，在Gorter和Grendel之前）。將 磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后，磷脂分子分布散亂，經(jīng)過(guò)推擠，磷脂分子排列成了單層， 而且磷脂分子的一端都浸入水中，另一端浮于水面。為什么會(huì)出現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？由于學(xué)生對(duì)磷脂分子一無(wú)所知，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該用講授法進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)多媒體課件展示磷脂分子

8、的結(jié)構(gòu)圖，講解磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性：1個(gè)磷脂分子由頭部和尾部組成，頭部由 1分子膽堿、1分子磷酸和1分子甘油組成，尾部由 2個(gè)脂肪酸分子構(gòu)成。頭部由極性分子組成，所以是親水的，尾部是非極性分子，所以是疏水的。所以磷脂分子在水的表面排布時(shí)，親 水端浸入水中，疏水端浮于水面(學(xué)生對(duì)分子的極性及相似相容原理不理解，教師可以舉例略作解釋)。該問(wèn)題的解決主要是為學(xué)生探究細(xì)胞膜內(nèi)磷脂分子的排布方式做好準(zhǔn)備。學(xué)生了 解磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性后，教師可以提出新問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究。我們已經(jīng)知道了細(xì)胞 中有2層磷脂分子，也知道了磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性，這2層磷脂分子在細(xì)胞膜中是怎樣排布的呢？有多少種可能的排布方式

9、？請(qǐng)?jiān)诩埳袭?huà)出你認(rèn)為所有可能的排布方式。問(wèn)題：同學(xué)們， 根據(jù)你們已有的知識(shí)推理，磷脂雙分子層最可能是其中的哪種排布方式呢？說(shuō)出你的理由。給學(xué)生留出充分的討論探究的時(shí)間，然后小組代表回答，其余小組補(bǔ)充、評(píng)價(jià)、修正，最后教師總結(jié)并對(duì)學(xué)生的探究結(jié)果給予肯定。資料4: 20世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來(lái)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但 會(huì)被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。提出問(wèn)題：從該實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論？學(xué)生對(duì)蛋白酶的專一性還不是很了解，可以通過(guò)下列問(wèn)題提示： 初中生物學(xué)課上我們學(xué)習(xí)了食物的消化，食物中的蛋白質(zhì)是在哪里開(kāi)始化學(xué)性消化的？為什么？胃蛋白酶可以消化淀粉和脂肪嗎？為什么？通過(guò)上述

10、問(wèn)題，學(xué)生會(huì)很順利地推理出細(xì)胞膜中含有蛋白質(zhì)”這一結(jié)論。此時(shí)新問(wèn)題順勢(shì)而出： 我們已經(jīng)知道了細(xì)胞膜中的磷脂雙分子層的排布方式，蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中是如何分布的？和磷脂雙分子層位置關(guān)系如何？資料5:羅伯特森(J.D.Robertsen)的電鏡實(shí)驗(yàn)(1959年)。用超薄切片技術(shù)獲得了清晰 的細(xì)胞膜照片，顯示暗一明一暗 3層結(jié)構(gòu)。厚約7.5 nm,由厚約3.5 nm的較亮層，以及內(nèi)外 表面各為厚約2nm的較暗層構(gòu)成。問(wèn)題： 你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了什么問(wèn)題？這個(gè)問(wèn)題學(xué)生很容易能回答出來(lái)。然后告訴學(xué)生，羅伯特森于1959年提出了單位膜模型：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

11、膜外兩側(cè)，蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度， 通過(guò)靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合，從而形成蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)的3層結(jié)構(gòu)，稱之為單位膜。介紹單位膜模型后， 告訴學(xué)生單位膜模型有其不足之處。1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(GNcolson )利用免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果 證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，蛋白質(zhì)分子不僅在膜的兩側(cè)，中間也有。這就推翻了羅伯特森認(rèn)為的蛋白質(zhì)只在膜的兩側(cè)的觀點(diǎn)。問(wèn)題：根據(jù)以前所學(xué)知識(shí)，你能找出單位膜模型還有什么不足之處嗎？說(shuō)一說(shuō)你的理由。讓學(xué)生利用已有的知識(shí)評(píng)價(jià)單位膜模型，有利于學(xué)生批判性思維能力的培養(yǎng)，并且能很好地讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)理論

12、的可修正性，對(duì)于情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)的達(dá)成起到很好的作用。但是這個(gè)問(wèn)題有一定難度，教師可以提示學(xué)生：關(guān)于第2點(diǎn)不足，我們?cè)倏匆豢磫挝荒つＰ偷幕?內(nèi)容，其中提到 蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度， 通過(guò)靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合 ”，這樣羅伯特 森就把蛋白質(zhì)和磷脂看作了靜止的結(jié)構(gòu)，你們認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)正確嗎？能不能根據(jù)所學(xué)的知識(shí)找到反駁的證據(jù)？學(xué)生可以找到有關(guān)證據(jù)，如變形蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)， 白細(xì)胞的吞噬作用等， 此時(shí)，教師可以通過(guò)多媒體展示變形蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，告訴學(xué)生2個(gè)物種的細(xì)胞可以在促融劑的作用下融合為一個(gè)，這就充分說(shuō)明了細(xì)胞膜不是靜止的。關(guān)于細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，既讓學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜的流動(dòng)性有了感性認(rèn)識(shí)，又為后面

13、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)埋下了伏筆。問(wèn)題：20世紀(jì)60年代，就有人對(duì)單位膜的靜態(tài)觀點(diǎn)提出異議。后來(lái)，科學(xué)家的繼續(xù)研究 發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜不是靜止的， 而是具有一定的流動(dòng)性，如果讓你設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，去研究這個(gè)問(wèn)題，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)該如何進(jìn)行？由于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較陌生，所以采用問(wèn)題引導(dǎo)式進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生一步步走向成功， 體驗(yàn)成功的樂(lè)趣。膜的流動(dòng)性，從微觀上是如何體現(xiàn)的？觀察到什么現(xiàn)象才能說(shuō)明細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分 子是運(yùn)動(dòng)的？不做任何處理的細(xì)胞，其膜蛋白分子的運(yùn)動(dòng)可以直接在顯微鏡下觀察嗎？染色時(shí)要注意什么問(wèn)題？染料應(yīng)該有什么特點(diǎn)？應(yīng)該怎樣對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色？細(xì)胞那么小？ 可能一半染一種顏色，另一半染其他顏色嗎？怎樣能

14、得到2個(gè)半球不一樣顏色的細(xì)胞？以上問(wèn)題，采用臺(tái)階遞進(jìn)式提出， 引導(dǎo)學(xué)生步步深入，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生思維能力和實(shí)驗(yàn) 探究能力的提高是必然的。然后出示資料6，告訴學(xué)生，科學(xué)家和我們想的是一樣的。資料6: Larry Frye等的人、鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（1970年）。利用免疫熒光染色技術(shù)，將人 和鼠的細(xì)胞膜用不同的熒光抗體染料標(biāo)記后，讓2種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，37C條件下培養(yǎng) 40 min，發(fā)現(xiàn)2種熒光抗體均勻分布。1C條件下培養(yǎng) 40 min，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的兩極顏色未改變，只是在融合的部位有部分顏色混合。1972 年,提出了生物膜分子模型，問(wèn)題：該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了什么問(wèn)題？學(xué)生通過(guò)思考很容易得出結(jié)論：細(xì)胞膜不是靜止的。 而是具有一定的流動(dòng)性，并且流動(dòng)性的強(qiáng)弱和溫度有關(guān)。此時(shí)，很自然地告訴學(xué)生， 桑格和尼克森通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)，并在繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上，即流動(dòng)鑲嵌模型，并被人們所接受。3結(jié)