人教版高中生物必修一教學(xué)設(shè)計：42生物膜的流動鑲嵌模型

1、“生物膜的流動鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計 1.教學(xué)設(shè)計思想普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)提倡學(xué)生探究性學(xué)習(xí)，并且明確指出要注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，所以本教學(xué)設(shè)計充分利用科學(xué)家的實驗以及所提出的假說，通過模型構(gòu)建活動，有效引導(dǎo)學(xué)生對其進(jìn)行分析與評價，在這個過程中轉(zhuǎn)變學(xué)生的接受學(xué)習(xí)方式，讓他們充分進(jìn)行自主、合作、探究性學(xué)習(xí)。在問題引導(dǎo)下積極思維，在合作討論中有效學(xué)習(xí)，在評價中感受探索的樂趣，在整個探究性學(xué)習(xí)中升華知識。通過模型建構(gòu)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，體現(xiàn)杜威“做中學(xué)”的理念。在教與學(xué)的雙邊活動中充分發(fā)揮教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的作用。在模型建構(gòu)過程中讓學(xué)生進(jìn)行了充分的探究性學(xué)習(xí)。2.教材分析“生物膜的

2、流動鑲嵌模型”一節(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”的一個延伸與拓展，并且和本章第1節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶嵗庇忻芮新?lián)系，為第3節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡膶W(xué)習(xí)做了知識準(zhǔn)備，所以，本節(jié)在第4章中起著承上啟下的作用。本節(jié)課是適合學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的好素材，把科學(xué)家探索細(xì)胞膜的有關(guān)實驗整理并轉(zhuǎn)化為適合學(xué)生課堂探究的小課題，讓學(xué)生親歷探究過程，體驗科學(xué)探究的魅力，同時加強(qiáng)了科學(xué)方法教育。3. 學(xué)情分析  高中學(xué)生具備了一定的觀察和認(rèn)知能力，但是對問題探索的動力主要來自對

3、相關(guān)問題的好奇，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)史實驗資料，設(shè)計學(xué)生要探究的問題，讓學(xué)生在問題引導(dǎo)下進(jìn)行課堂探究活動，問題的設(shè)計層層深入，按照學(xué)生的思維水平和能力達(dá)到一定深度,使學(xué)生順利由感性認(rèn)識向理性認(rèn)識過渡。4. 教學(xué)目標(biāo)4.1 知識與技能1)通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程,闡述科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般方法和規(guī)律。2)簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。4.2 過程與方法  通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題、做出假設(shè)，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，并通過觀察和實驗

4、進(jìn)一步驗證和完善。同時，理解實驗技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。5. 教學(xué)重點1）生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。（方法）2）流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。（知識）6. 教學(xué)難點1）利用資料嘗試建立生物膜模型的過程。2）細(xì)胞膜流動性的有關(guān)實驗設(shè)計。7.教學(xué)策略  通過研究教材，對教材提供的素材進(jìn)行靈活處理，為學(xué)生提供充分有效而有序的資料，以問題的形式啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生做出假設(shè)、師生共同合作構(gòu)建模型，設(shè)計實驗、相互評價等培養(yǎng)學(xué)生“探究、合作、自主”的學(xué)習(xí)能力，感受科學(xué)家探索的歷程和探索過程的艱辛。本節(jié)安排1 課時。8.課前準(zhǔn)備及用途實驗素材：用數(shù)碼顯微鏡觀察血液中紅細(xì)胞在生理鹽

5、水、蒸餾水、高濃度鹽溶液這三種液體環(huán)境中的細(xì)胞形態(tài)，制作照片、視頻。煙草植物細(xì)胞在高濃度鹽溶液、0.16-0.2M氯化鈣溶液、清水中的細(xì)胞形態(tài)照片制作。多媒體（課件）：主要為學(xué)生提供學(xué)習(xí)資料（如科學(xué)家的探索實驗）及細(xì)胞膜有關(guān)的圖示動畫。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型、學(xué)生分組及教師演示材料（磁性白板、磁性磷脂分子、磁性蛋白質(zhì)分子、磁性多糖分子等）：制作的磷脂分子與蛋白質(zhì)的磁性模型可粘在磁性白板上，磁性白板豎起展示，可使全班學(xué)生大都看到模型。9.教學(xué)過程：1）創(chuàng)設(shè)情境、導(dǎo)入新課PPT呈現(xiàn)數(shù)碼顯微鏡下觀察到的血液中的紅細(xì)胞在三種不同溶液中（蒸餾水、生理鹽水、9%的NaCl溶液）的三種形態(tài)照片；煙草植物細(xì)胞在去除細(xì)

6、胞壁之后形成的原生質(zhì)體在不同濃度溶液中的形態(tài)照片。提出問題：紅細(xì)胞、煙草植物細(xì)胞在不同的溶液中滲透吸水、失水，從而呈現(xiàn)不同的細(xì)胞形態(tài)，那么這兩種細(xì)胞吸水、失水都應(yīng)該和細(xì)胞中的哪一個結(jié)構(gòu)有關(guān)？（細(xì)胞膜）設(shè)計意圖：利用動植物細(xì)胞的滲透作用吸水、失水的真實、清晰圖片，瞬間達(dá)到震撼效果，所有學(xué)生的注意力立刻集中到課堂上，同時產(chǎn)生了想學(xué)的強(qiáng)烈沖動和濃厚興趣；利用學(xué)生已學(xué)的生物知識自然過渡到本節(jié)內(nèi)容。2）第一階段研究：生物膜的化學(xué)組成研究資料1：1895年, 歐文頓( E. Overton)研究發(fā)現(xiàn): 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(jìn)入細(xì)胞。演

7、示實驗：兩支裝有等量花生油的試管，現(xiàn)在1號試管滴入兩滴食醋，再向2號試管滴入兩滴乙酸乙酯，同學(xué)們觀察一下，哪一組能夠溶解在一起？ 花生油中含有油酸、亞油酸等脂肪酸，屬于酯類物質(zhì)，乙酸乙酯也屬于一種酯類，它們屬于同一類物質(zhì)，結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)實驗現(xiàn)象，它們可以互溶；而食醋中主要成分是水和醋酸，結(jié)構(gòu)與酯類物質(zhì)相差很大，根據(jù)實驗現(xiàn)象，它們不能互溶。我們就可以發(fā)現(xiàn)一個化學(xué)物質(zhì)的溶解規(guī)則？( 相似相溶原理）    同時，要讓學(xué)生明白在當(dāng)時的歷史背景下，人們還無法直接從細(xì)胞膜中提取物質(zhì)分析化學(xué)組成，于是歐文頓從細(xì)胞膜的生理功能切入，推測細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的組

8、成成分。設(shè)計意圖： 高一的學(xué)生對化學(xué)上的相似相溶原理并不清楚，通過一個簡單的演示實驗讓學(xué)生自己總結(jié)出原理。這樣，學(xué)生對歐文頓的實驗結(jié)果就能正確分析，大膽假設(shè)。通過歐文頓的實驗讓學(xué)生初步體會生物學(xué)基本觀念：生物體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家提取了哺乳動物紅細(xì)胞的細(xì)胞膜，并對之進(jìn)行了化學(xué)分析，化學(xué)分析表明：膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。后來，科學(xué)家們在一些后續(xù)研究中通過一系列化學(xué)分析實驗發(fā)現(xiàn)，生物膜中除了脂質(zhì)和蛋白質(zhì)外，還有少量的糖類物質(zhì)，其中，組成膜的脂質(zhì)中磷脂含量最高。設(shè)計意圖：歐文頓結(jié)論的提出，雖然是建立在實驗的基礎(chǔ)上，但這是結(jié)合相關(guān)知識經(jīng)過分析推理得來的，這種結(jié)論

9、我們只能稱之為假說。要讓學(xué)生明白：既然是假說，就需要我們通過進(jìn)一步實驗來驗證和完善。 過渡：既然膜的化學(xué)成分已經(jīng)研究清楚了，那下面該研究什么呢？我們要研究膜的結(jié)構(gòu)，那這些構(gòu)成膜的分子物質(zhì)在生物膜中又是如何排布的呢？3）第二階段研究：生物膜結(jié)構(gòu)的研究磷脂分子在細(xì)胞膜中分布的模型建構(gòu)探究活動一：根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點，請你分析判斷它在空氣水界面上是如何排布的？設(shè)計意圖：問題的小組討論和模型建構(gòu)一方面讓學(xué)生通過對磷脂分子結(jié)構(gòu)的了解，嘗試解決問題，通過對問題的解決獲得對科學(xué)探究的成功感；另一方面也為后續(xù)的深度問題做一個有效鋪墊。探究活動二：此時，如果充分?jǐn)噭右好嫘纬扇闈嵋?，磷脂分子在乳濁液?/p>

10、是呈現(xiàn)球形還是一個平面呢？有可能會呈現(xiàn)怎樣的姿態(tài)呢？（學(xué)生一般只能呈現(xiàn)出單層脂質(zhì)分子團(tuán)，可在其排布好后，啟發(fā)：內(nèi)部若有水，又該如何排布？再讓一組學(xué)生上臺排布雙層球形脂質(zhì)體模型）產(chǎn)生疑問：那細(xì)胞膜中磷脂的排布是屬于哪一種情況呢？（學(xué)生回答：可能是兩層磷脂排列，因為細(xì)胞膜內(nèi)外都處于水環(huán)境中。）教師適時呈現(xiàn)資料3的實驗內(nèi)容：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家實驗：用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取出脂質(zhì)，在空氣水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰好是紅細(xì)胞表面積的兩倍。設(shè)計意圖：    科學(xué)探究從提出問題開始，而作出假設(shè)是科學(xué)探究的一個重要的，不可缺少的環(huán)節(jié)。該處的處理

11、有2個亮點：一是學(xué)生討論的問題答案（磷脂分子在水溶液中的兩種可能排列方式）就自然形成了2種假設(shè)。那么哪種假設(shè)是符合細(xì)胞膜上的磷脂排布呢？學(xué)生就此展開了激烈的大討論。二是資料3的實驗不是簡單的呈現(xiàn)、告知，而是對學(xué)生提出的假設(shè)作出的強(qiáng)有力的實證研究。蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜中分布的模型建構(gòu)資料4：1959年，羅伯特森在電鏡下觀察到細(xì)胞膜呈現(xiàn)暗-亮-暗的三層結(jié)構(gòu)。知識鏈接（脂質(zhì)折光性較強(qiáng)，在電鏡下觀察較亮；蛋白質(zhì)折光性較弱，在電鏡下觀察顯得較暗。）提問：請大家根據(jù)這個知識原理，思考一下生物膜中蛋白質(zhì)是如何排布的？請一個學(xué)生上臺，在磷脂雙分子層模型基礎(chǔ)上將羅伯特森提出的生物膜模型構(gòu)建出來，羅伯特森認(rèn)為生物膜

12、都是由蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。不同生物膜結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，而且是一個靜態(tài)的結(jié)構(gòu)。設(shè)計意圖：依據(jù)細(xì)胞膜呈現(xiàn)暗-亮-暗的三層結(jié)構(gòu)的實驗現(xiàn)象，學(xué)生愉快地自主建構(gòu)出蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)三層靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生初步知道科學(xué)技術(shù)在生物科學(xué)研究上的重要地位。知識鏈接的補(bǔ)充，可以讓學(xué)生很順當(dāng)?shù)耐茰y出羅伯特森的當(dāng)時關(guān)于膜結(jié)構(gòu)的猜想。過渡：羅伯特森其實和前面的歐文頓一樣，是在實驗觀察的基礎(chǔ)上通過推理分析提出了生物膜模型，所以這也屬于假說。羅伯特森這個關(guān)于生物膜的靜態(tài)統(tǒng)一模型構(gòu)建的是否合理，我們可以看看這個模型能否很合理的解釋一些有關(guān)膜功能的生物學(xué)現(xiàn)象。PPT視頻呈現(xiàn)：變形蟲的變形活動。學(xué)生提出質(zhì)疑：生物膜是靜態(tài)的嗎

13、？PPT視頻呈現(xiàn)：綠色熒光蛋白的淬滅和修復(fù)實驗（綠色熒光對膜中的蛋白質(zhì)進(jìn)行了標(biāo)記，激光處理后，處理區(qū)域的蛋白質(zhì)熒光褪去，很快由于鄰近的蛋白質(zhì)熔合，修復(fù)出現(xiàn)熒光。），學(xué)生得出結(jié)論：膜中絕大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動的。PPT圖片呈現(xiàn)：磷脂分子多方向、多角度的運(yùn)動的圖片。學(xué)生認(rèn)同結(jié)果：磷脂分子也是可以運(yùn)動的。學(xué)生歸納：生物膜不是靜態(tài)的，而是具有一定的流動性。實驗現(xiàn)象：生物膜中的膜蛋白有的很容易分離，有的則很難（提示：如果膜中的蛋白質(zhì)均平鋪在脂質(zhì)兩側(cè)，膜蛋白的提取難度會有差異嗎？）學(xué)生提出質(zhì)疑：生物膜中的蛋白質(zhì)是否都是平鋪在脂質(zhì)兩側(cè)呢？資料5：隨著科技的發(fā)展，一種新的顯微技術(shù)再一次推動了我們對于膜結(jié)構(gòu)

14、的認(rèn)識和研究（冰凍蝕刻電鏡技術(shù)膜解剖手術(shù)）PPT呈現(xiàn)冰凍蝕刻電鏡下的細(xì)胞膜解剖圖最直接的證據(jù)表面：膜中的蛋白質(zhì)或鑲在、貫穿、全部或部分嵌入磷脂雙分子層中。設(shè)計意圖：    變形蟲的變形活動讓學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑：生物膜是靜態(tài)的嗎？“生物膜中的膜蛋白有的很容易分離，有的則很難”讓學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑：生物膜中的蛋白質(zhì)是否都是平鋪在脂質(zhì)兩側(cè)呢？學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑后，必然產(chǎn)生強(qiáng)烈的繼續(xù)了解、繼續(xù)學(xué)習(xí)的愿望。羅伯特森提出的是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的假說，學(xué)生嘗試解釋細(xì)胞膜的某些生理功能變形蟲的變形活動，讓學(xué)生認(rèn)識到此種結(jié)構(gòu)并不能與它的功能相適應(yīng)，學(xué)生再次深刻體會“生物體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一生

15、物學(xué)基本觀念，從而認(rèn)識到該假說的不足。適時呈現(xiàn)綠色熒光蛋白的淬滅和修復(fù)實驗，知道了蛋白質(zhì)的運(yùn)動性，再結(jié)合磷脂分子的運(yùn)動性，學(xué)生歸納出細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的流動性。而冰凍蝕刻電鏡技術(shù)的細(xì)胞膜解剖圖也修正了蛋白質(zhì)在膜上的分布，也讓學(xué)生深刻認(rèn)同科學(xué)技術(shù)在生物科學(xué)研究上的重要地位。蛋白質(zhì)分布的模型建構(gòu)學(xué)生活動：請各小組根據(jù)前面我們提到的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，用你手中的模型來構(gòu)建一個生物膜平面結(jié)構(gòu)模型）（請一組兩名學(xué)生上臺展示自制模型）設(shè)計意圖：歷經(jīng)多次的科學(xué)探究，經(jīng)過不斷的科學(xué)修正，學(xué)生對生物膜結(jié)構(gòu)有了深刻的認(rèn)識，都有小組（自我）展示學(xué)習(xí)成果的愿望。通過膜結(jié)構(gòu)的模型再次建構(gòu)，鞏固小組學(xué)習(xí)成果。多糖分子在細(xì)胞膜中分布的模型建

16、構(gòu)    學(xué)生繼續(xù)小組合作，在剛剛建構(gòu)的模型基礎(chǔ)上加多糖分子，教師巡視。請兩組小組同時展示（一組為膜一側(cè)有糖蛋白，一組為膜兩側(cè)均有糖蛋白），教師介紹糖蛋白的功能（細(xì)胞識別），類比學(xué)生的校服上都有?；眨瑸榱诉_(dá)到個體身份識別的作用，?；斩荚谛７耐饷?，絕對不會在校服的里面。設(shè)計意圖：    教師請兩個小組同時展示，給大家一個強(qiáng)烈的視覺沖擊，學(xué)生會快速的思考：兩種情況，兩種假設(shè)，誰對呢？類比校服上的?；?，學(xué)生立刻會明白且印象深刻。4）解讀生物膜流動鑲嵌模型的主要內(nèi)容    總結(jié)：這

17、其實就是1972年桑格和尼克森提出的生物膜的流動鑲嵌模型。該模型的主要內(nèi)容主要包括三個方面（學(xué)生回答，教師補(bǔ)充）5）三維目標(biāo)的升華(學(xué)習(xí)過程中的感悟)縱觀生物膜流動鑲嵌模型的發(fā)現(xiàn)發(fā)展史，思考：是哪些因素推動了這一認(rèn)識的不斷發(fā)展和深入？   （各小組相互交流、討論）a、科技發(fā)展帶來的更先進(jìn)的實驗技術(shù)-電鏡、熒光染色、冰凍蝕刻電鏡技術(shù)b、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法歐文頓、羅伯特森提出的靜態(tài)統(tǒng)一模型的質(zhì)疑修正都采用了科學(xué)的研究方法c、正確的研究指導(dǎo)思想結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)（通過不同物質(zhì)進(jìn)出膜的差異這一功能現(xiàn)象入手開始研究膜的化學(xué)組成；通過變形蟲的運(yùn)動來質(zhì)疑膜的靜態(tài)分布）d、堅持不懈

18、、前赴后繼的研究精神生物膜的流動鑲嵌模型是多位科學(xué)家經(jīng)過近一個世紀(jì)的研究才發(fā)現(xiàn)提出的，這個發(fā)現(xiàn)歷程如果用模型來呈現(xiàn)的話，應(yīng)該是這樣的。（白板上的模型進(jìn)行箭頭連接） 桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型是最完善的模型嗎？生物膜結(jié)構(gòu)的探究與發(fā)現(xiàn)發(fā)展到這里，桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型就是最完美的嗎？自1972年來，人們不斷通過實驗來驗證“生物膜的流動鑲嵌模型”的合理性，先后又提出了“液晶態(tài)模型”、“板塊鑲嵌模型”等學(xué)說，這些模型學(xué)說其實都是對流動鑲嵌模型的充實、補(bǔ)充和完善。由此可以發(fā)現(xiàn)，科學(xué)的研究和發(fā)現(xiàn)是永無止境的。10教學(xué)反思：10.1 實驗在課堂教學(xué)中的巧妙應(yīng)用a、課題情境引入本節(jié)課的課題引入，通過紅細(xì)胞、煙草植物細(xì)胞在三種不同濃度溶液中的不同形態(tài)實驗照片對比，引發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過實驗現(xiàn)象成因的分析，切入了本節(jié)課的課