《生物膜的流動鑲嵌模型》教案

《生物膜的流動鑲嵌模型》教案

周婷吳江市高級中學1．設計思路：本節(jié)隸屬第四章，第四章是在第三章《細胞基本結(jié)構》的基礎上提出的，在認識細胞結(jié)構的基礎上學生自然想知道細胞是如何獲得物質(zhì)和能量的，這就是第四第五章的內(nèi)容。第四章共有三節(jié)。第一節(jié)主要從實驗實例和生活實例來說明細胞膜是選擇透過性膜。這種膜的特性與結(jié)構有關，所以第二節(jié)內(nèi)容是學習生物膜的結(jié)構。生物膜的結(jié)構又是解釋第三節(jié)內(nèi)容“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健钡幕A。這三節(jié)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系是：現(xiàn)象－結(jié)構－功能。由此可見，本節(jié)《生物膜的流動鑲嵌模型》在第四章中起著承上啟下的作用，并體現(xiàn)出了結(jié)構與功能相適應的觀點。同時本節(jié)內(nèi)容和前面的第二章中的“化合物”和第三章中的“細胞膜”、“生物膜系統(tǒng)”等內(nèi)容又有一定的聯(lián)系。學生通過前面章節(jié)的學習，對細胞膜有了一定的了解。因此本節(jié)從膜的功能引入，既是對前面所學知識的復習，又是對功能和結(jié)構相統(tǒng)一觀點的進一步證實，引入自然。本節(jié)主要圍繞科學家對生物膜結(jié)構的探索過程展開，最后總結(jié)得到生物膜流動鑲嵌模型。課中涉及5個實驗，按照年代順序展開，后一個實驗是對前一個實驗的繼承、補充和發(fā)展。因此本節(jié)課采用“引導——觀察分析實驗現(xiàn)象——提出假說——實驗驗證再分析”的教學模式，層層深入下去；融合運用啟發(fā)引導、觀察討論、對比歸納等方法，并輔以多媒體手段。最后一邊歸納總結(jié)一邊自然引出流動鑲嵌模型，合乎邏輯，順理成章。2．教學目標2.1知識與技能知道生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容理解科學家探索生物膜結(jié)構的科學史，闡述科學發(fā)展的一般規(guī)律③嘗試利用廢舊物制作生物膜模型④舉例說明生物膜具有流動性的結(jié)構特點過程與方法分析解讀科學家探索生物膜的科學史，嘗試提出問題，作出假設。通過觀察、討論、推測和畫圖，體驗科學探究建構生物膜模型的過程情感態(tài)度與價值觀①生物膜結(jié)構的研究是立足于生物膜所具有的功能特點上展開的，樹立生物結(jié)構與功能相適應的生物學觀點。②正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要嚴謹?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰?，并通過實驗進一步驗證。③認識到技術的發(fā)展在科學研究中的作用，體驗科學研究的方法，科學研究中傳承、發(fā)展及艱辛的歷程3．教學重難點3.1教學重點對生物膜結(jié)構的探索歷程生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內(nèi)容3.2教學難點1.探討建立生物膜模型的過程，如何體現(xiàn)結(jié)構與功能相適應的觀點。2.生物膜的空間立體結(jié)構3.生物膜的流動性特點4．教具準備1.與生物膜結(jié)構探索過程相關的科學家圖片以及實驗圖片2.生物膜流動鑲嵌模型的多媒體課件3．實物（雞蛋）5．課時安排1課時教學過程：【課前準備】1.由于本節(jié)內(nèi)容時間上跨度比較大，而且提到的一些實驗技術和手段又比較陌生，所以課前要教師要精心準備大量圖片和課件。按照時間順序和學生的認知規(guī)律合理組織，讓學生能較快建立對科學史的理解。2.4位同學一個雞蛋【情景創(chuàng)設】教師：同學們，通過對細胞結(jié)構的學習，我們想制作細胞的三維結(jié)構模型，在選擇細胞膜的材料時我們遇到了難題，塑料袋、普通布和彈力布，我們該選擇哪種呢？學生：細胞膜是選擇透過性膜，有些物質(zhì)能通過，有些物質(zhì)不能通過，所以塑料袋不合適。普通布沒有彈性，而我們在質(zhì)壁分離與復原實驗中我們發(fā)現(xiàn)生物膜是有彈性的，所以我們選擇彈力布。教師組織學生用手指觸摸卵黃膜，親身感受細胞膜的存在和彈性。教師：細胞膜究竟有什么樣的結(jié)構決定了它能具有選擇透過性，能有彈性呢？引出課題：第二節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型【師生互動】1.對生物膜結(jié)構的探索歷程為什么生物膜能控制物質(zhì)的進出呢？這與生物膜的結(jié)構有什么關系呢？科學家就是帶著這樣的疑問，開始了對生物膜結(jié)構的探索。多媒體展示材料一資料一：時間：19世紀末人物：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)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞。教師:如果你是歐文頓看到這樣的現(xiàn)象能幫助我們提煉出什么樣的結(jié)論呢?學生:細胞膜的成分中有脂質(zhì)成分。教師：同學們得出的結(jié)論正好與歐文頓的結(jié)論一樣。那么，你們的這個結(jié)論是根據(jù)現(xiàn)象的推理還是通過對膜成分的提取和鑒定？學生：是從生理功能上入手，通過推理分析得出的。教師：那么在通過推理得出結(jié)論后還需要對膜的成分進行提取分離和鑒定呢？學生：有必要。只有通過鑒定才更準確。教師：那么為什么歐文頓一開始不對膜的成分進行鑒定呢？學生：當時的技術條件不能實現(xiàn)。教師：確實如此。由此可見技術對于科學研究的重要性。直到20世紀初，科學家才能從哺乳動物成熟的紅細胞中將膜分離出來。多媒體展示材料二資料二:20世紀初，科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細胞不但會被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會被蛋白酶（能專一地分解蛋白質(zhì)的物質(zhì)）分解。教師：你能推測出什么結(jié)論？學生：說明細胞膜的成分除有脂質(zhì)還有蛋白質(zhì)。教師：到此科學家已經(jīng)知道了生物膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，那么這些分子是如何排列形成特定結(jié)構的生物膜的呢？多媒體展示材料三資料三：1925年，兩位荷蘭科學家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提紅細胞膜脂質(zhì)實驗：將抽提出的脂質(zhì)在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得其分子所占的面積相當于所用的紅細胞表面積的2倍。教師：你能推測出什么結(jié)論？學生：脂質(zhì)分子在細胞膜中是排列成兩排的。教師：細胞膜中的脂質(zhì)為什么會排列為連續(xù)兩層呢？又是如何排列的呢？細胞膜中含量最豐富的是磷脂，磷脂分子的結(jié)構有親水的頭部和多媒體展示材料四：（磷脂分子和其在空氣水界面上的分布情況）教師：利用已有的知識推理和想象，提出許多磷脂分子被攪動后在水溶液中形成的穩(wěn)定排布假說，并用畫圖來表達。展示學生小組活動結(jié)果，引導交流相互評價。（攪動后在水溶液中形成的穩(wěn)定排布是形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體和形成球狀的微團）提問：1、由攪動后在水溶液中形成的雙層脂分子的球形脂質(zhì)體，內(nèi)外都有水環(huán)境，那么細胞膜內(nèi)外是什么環(huán)境？2、如果把球型的脂質(zhì)體展開為單分子層大家推測他們的面積比例是？學生通過討論得到細胞膜中磷脂的排布方式：教師：那么其中的蛋白質(zhì)分子是如何分布的呢？20世紀40年代，曾經(jīng)有學者推測脂質(zhì)兩邊覆蓋著蛋白質(zhì)。直到20世紀50年代，電子顯微鏡誕生，科學家用它來觀察細胞膜。多媒體展示材料五資料五1959年，J.D.Robertsen根據(jù)電鏡下觀察到的細胞膜暗一亮一暗的三層結(jié)構，大膽提出生物膜的模型：所有生物膜都由蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三層結(jié)構構成，并且生物膜為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構。指導學生根據(jù)資料來構建生物膜的結(jié)構圖。教師：這樣的模型特征與我們學過的生物學知識有矛盾的地方嗎？組織小組討論，得出結(jié)論。學生：細胞的膨脹和皺縮，植物細胞的植壁分離與復原，變形蟲的運動，分泌蛋白的形成和分泌，白細胞吞噬病菌等都說明細胞膜不是靜態(tài)的。教師：很好。隨著科技的進步科學家多生物膜的研究日益深入，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)并不是全部平鋪在脂質(zhì)表面的，有的是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的。指導學生修改細胞膜的結(jié)構圖。展示材料六資料六：1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠細胞融合實驗。教師：該實驗表明什么？學生：這個實驗說明組成生物膜的蛋白質(zhì)是可以運動的。多媒體展示材料七資料七：磷脂分子在不同溫度下的運動情況flash演示）教師：資料說明了什么？六七兩個資料共同說明了生物膜具有什么樣的結(jié)構特點？學生：說明磷脂分子也是可以運動的。說明生物膜具有一定的流動性。教師：1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流動鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。多媒體展示材料八流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容指導學生根據(jù)流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容來完善生物膜的結(jié)構圖。教師小結(jié)：1．膜主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，還有少量多糖。2．膜的基本支架：磷脂雙分子層（親水頭部朝外，疏水尾部朝內(nèi)）3．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，外側(cè)的蛋白質(zhì)分子與糖類結(jié)合形成糖被。糖被與細胞識別、胞間信息交流等有密切聯(lián)系，體現(xiàn)了生物膜的不對稱性。4．膜的結(jié)構特點：具有流動性（磷脂和大部分的蛋白質(zhì)分子都是可以運動的）評價與反饋：1.生物膜的結(jié)構特點是，功能特點為2．科學家在實驗中發(fā)現(xiàn)：脂溶性的物質(zhì)能優(yōu)先通過細胞膜，并且細胞膜能被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。這些事實說明，組成細胞的物質(zhì)中有 3．科學家用丙酮提取了細胞膜的脂質(zhì)，并將它在空氣與水的界面上展開時發(fā)現(xiàn)，這個但分子層的面積正好是紅細胞表面積的2倍，由此可以認為 課堂小結(jié)這節(jié)課我們重溫了科學家探索細胞膜結(jié)構的歷程，這是一個曲折漫長的過程，這段歷史也給了我們很多的啟示，使我們加深了科學方法和和過程的理解。另一方面我們也學習了流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，為我們學習下一節(jié)內(nèi)容奠定了基礎。作業(yè)布置結(jié)合生物膜的流動鑲嵌模型，利用生活中的廢棄物做一個細胞膜的流動鑲嵌模型。課后拓展生物膜的流動鑲嵌模型是不是已經(jīng)非常完善了呢？有沒有什么局限呢？還有其他被人們接受的新模型嗎？請利用互聯(lián)網(wǎng)搜索科學家對生物膜研究的新進展情況，通過小組內(nèi)部的組織和加工在班級中進行交流。板書設計一、對生物膜結(jié)構的探索歷程1、歐文頓的實驗：膜是由脂質(zhì)構成的。2、化學分析表明，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。3、膜中的脂質(zhì)分子排布成連續(xù)兩層。4、羅伯特森的“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的三層靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構。5、小鼠細胞和人細胞融合實驗：細胞膜具有流動性。6、桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。二、流動鑲嵌模型的具體內(nèi)容.內(nèi)容.結(jié)構特點：流動性.功能特點：選擇透過性教后反思：對“生物膜結(jié)構的探索歷程