細(xì)胞膜的功能和成分教學(xué)設(shè)計(jì) 高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

第1課時(shí)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能目標(biāo)素養(yǎng)1．從系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的角度，闡釋細(xì)胞膜作為系統(tǒng)的邊界所具有的功能。2．分析對(duì)細(xì)胞膜成分的探索歷程，認(rèn)同科學(xué)理論的建立是一個(gè)不斷修正和發(fā)展的過程。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)細(xì)胞膜的功能。難點(diǎn)1．細(xì)胞膜作為系統(tǒng)的邊界所具有的功能。2．對(duì)細(xì)胞膜成分的探索。教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備1．制作課件。2．磷脂分子模式圖的磁吸片。學(xué)生準(zhǔn)備1．復(fù)習(xí)脂質(zhì)的相關(guān)知識(shí)。2．預(yù)習(xí)，了解細(xì)胞膜的功能。導(dǎo)入新課導(dǎo)入一：復(fù)習(xí)導(dǎo)入教師我們?cè)诘?章學(xué)習(xí)了細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)，它可以獨(dú)立完成很復(fù)雜的生命活動(dòng)；在第2章學(xué)習(xí)了組成細(xì)胞的分子。然而，將細(xì)胞中所有的物質(zhì)放在一起，它們并不能進(jìn)行任何生命活動(dòng)。可見細(xì)胞是一部精密的機(jī)器，組成細(xì)胞的分子必須有序地構(gòu)成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，才能幫助細(xì)胞完成各項(xiàng)生命活動(dòng)。布萊森在《萬物簡(jiǎn)史》中有這樣的描述：“每個(gè)細(xì)胞都是自然界的一個(gè)奇跡。即便是最簡(jiǎn)單的細(xì)胞，其構(gòu)造的精巧程度也是人類的智慧難以企及的?！苯裉煳覀兙蛷南到y(tǒng)的邊界-細(xì)胞膜開始，來認(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)吧。導(dǎo)入二：類比法導(dǎo)入一個(gè)國(guó)家有陸地、海域、領(lǐng)空的邊界；使人體內(nèi)部與外界分隔的皮膚和黏膜，是人體的邊界。系統(tǒng)的邊界對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。細(xì)胞作為一個(gè)基本的生命系統(tǒng)，它的邊界就是細(xì)胞膜，也叫質(zhì)膜。細(xì)胞膜是一層很薄的結(jié)構(gòu)，厚度只有7～10nm，在光學(xué)顯微鏡下很難辨識(shí)它的真面目。如果我們將1萬層細(xì)胞膜堆疊起來，才只有教材的一頁紙那么厚。但是，正是這樣的細(xì)胞膜，幫助細(xì)胞成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，維持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。細(xì)胞膜是如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的呢？它又是由什么物質(zhì)組成的？讓我們帶著這一系列的問題，一起來學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的功能和成分吧。教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：細(xì)胞膜的功能教師課件出示資料及相關(guān)圖片：資料1科學(xué)家用顯微注射器將一種叫作伊紅的物質(zhì)注入變形蟲體內(nèi)，伊紅很快擴(kuò)散到整個(gè)細(xì)胞，卻不能逸出細(xì)胞。學(xué)生閱讀資料，觀察圖片，思考伊紅為什么不會(huì)逸出細(xì)胞，感受變形蟲細(xì)胞最外層存在一個(gè)邊界，將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開。1．作為邊界，細(xì)胞膜的分隔作用具有什么意義？提示：細(xì)胞膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開，可以維持系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立，保障細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。2．植物細(xì)胞細(xì)胞膜的外側(cè)有細(xì)胞壁，細(xì)胞壁是系統(tǒng)的邊界嗎？提示：植物細(xì)胞的邊界也是細(xì)胞膜，不是細(xì)胞壁，因?yàn)榧?xì)胞壁是全透性的，不能保障細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。講解：在生命起源的過程中，原始海洋中的有機(jī)物逐漸聚集并且相互作用，進(jìn)化出原始的生命。在原始海洋中，膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段，為原始細(xì)胞的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。課件出示資料及相關(guān)圖片：資料2科研上鑒別死細(xì)胞和活細(xì)胞，常用“染色排除法”。例如，用臺(tái)盼藍(lán)染液染色，死的動(dòng)物細(xì)胞會(huì)被染成藍(lán)色，而活的動(dòng)物細(xì)胞不著色。學(xué)生閱讀資料，觀察圖片，思考臺(tái)盼藍(lán)染色法鑒別死細(xì)胞和活細(xì)胞的原理。1．為什么活細(xì)胞不能被染色，而死細(xì)胞能被染色？提示：活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性，臺(tái)盼藍(lán)是細(xì)胞不需要的物質(zhì)，不易通過細(xì)胞膜，因此活細(xì)胞不能被染色。死細(xì)胞的細(xì)胞膜失去控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，臺(tái)盼藍(lán)能通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，因此死細(xì)胞能被染色。2．據(jù)此推測(cè)，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？提示：具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能。教師引導(dǎo)學(xué)生列舉哪些物質(zhì)可以通過細(xì)胞膜進(jìn)出人體細(xì)胞。提示：（1）O2、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以進(jìn)入細(xì)胞。（2）CO2等代謝廢物可以出細(xì)胞。（3）細(xì)胞產(chǎn)物如激素、消化酶、抗體等可以出細(xì)胞。（4）某些病菌、病毒等可以入侵人體細(xì)胞，某些有害的物質(zhì)也可以進(jìn)入細(xì)胞?？偨Y(jié)：以上實(shí)例說明細(xì)胞膜有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，但控制作用是相對(duì)的。偶有所得教師提問：細(xì)胞膜具有的控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能有什么意義？提示：通過對(duì)進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的篩查，既能夠富集營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，阻止?fàn)I養(yǎng)成分的流失，滿足細(xì)胞的基本需求，又能減少有害物質(zhì)對(duì)細(xì)胞的傷害，為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供有力的保障。教師講解：細(xì)胞學(xué)說強(qiáng)調(diào)“細(xì)胞是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位，既有它自己的生命，又對(duì)與其他細(xì)胞共同組成的整體生命起作用”，可見多細(xì)胞生物體的生命活動(dòng)必須依賴于細(xì)胞之間的協(xié)調(diào)配合才能完成。教師課件出示資料：資料3胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素，隨血液到達(dá)全身各處，與靶細(xì)胞（肝細(xì)胞）細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給肝細(xì)胞，使肝糖原分解為葡萄糖，從而使血糖濃度升高。1．胰高血糖素為什么能與肝細(xì)胞結(jié)合？提示：因?yàn)楦渭?xì)胞細(xì)胞膜表面有胰高血糖素的特異性受體。2．由此分析，細(xì)胞膜具有什么功能？提示：具有進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流的功能。教師畫出上述細(xì)胞間信息交流方式的示意圖。學(xué)生繪圖。教師出示示意圖并進(jìn)行說明：細(xì)胞間信息交流的方式一：物質(zhì)傳遞。細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子等），隨體液到達(dá)全身各處，與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細(xì)胞。信息分子（如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子等）的分泌與細(xì)胞膜有關(guān)，靶細(xì)胞接受信息也與細(xì)胞膜有關(guān)。教師課件出示資料：資料4形成受精卵的過程中，只有同種生物的精子和卵細(xì)胞能夠識(shí)別和結(jié)合。細(xì)胞可以識(shí)別同種與異種細(xì)胞的基礎(chǔ)是細(xì)胞膜表面某些生物大分子提供的識(shí)別信息。師生歸納：細(xì)胞間信息交流的方式二：接觸傳遞。相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸，信息從一個(gè)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)細(xì)胞。教師｜課件出示資料：資料5胞間連絲是貫穿細(xì)胞壁、溝通相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)連線，它由相互連接的相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜共同組成的直徑為20～40nm的管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，中央是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)延伸形成的連絲微管。胞間連絲形成了物質(zhì)從一個(gè)細(xì)胞進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞的通道，在植物細(xì)胞的信息交流中起非常重要的作用。例如，在分泌旺盛的細(xì)胞中，胞間連絲的數(shù)目達(dá)15個(gè)／μ㎡，而一般細(xì)胞中約歸納：細(xì)胞間信息交流的方式三：通道傳遞。相鄰兩個(gè)細(xì)胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞。設(shè)計(jì)意圖從科學(xué)事實(shí)出發(fā)，通過資料分析，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維，推測(cè)細(xì)胞膜的三大功能，使得學(xué)生既能理解核心概念，又學(xué)會(huì)了概括歸納，為下一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。環(huán)節(jié)二：對(duì)細(xì)胞膜成分的探索教師1674年，列文虎克第一次看到了活細(xì)胞。在此后的200多年里，人們觀察了更多類型的細(xì)胞，但卻一直未能直接觀察到細(xì)胞膜的存在，直到20世紀(jì)50年代末期，倫敦大學(xué)的羅伯特森才在電子顯微鏡下觀察到細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。人類對(duì)細(xì)胞膜的探索不是一步到位的，而是經(jīng)歷了多位科學(xué)家的努力，最終明確了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。一、對(duì)細(xì)胞膜成分的探索1．脂質(zhì)的推測(cè)教師課件出示資料：資料11895年，英國(guó)生物學(xué)家歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行了上萬次的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性不一樣：溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，容易穿過細(xì)胞膜；不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，不容易穿過細(xì)胞膜。學(xué)生觀看資料，并根據(jù)歐文頓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)細(xì)胞膜的成分。提示：根據(jù)“相似相溶”的原理，推測(cè)細(xì)胞膜的主要組成成分中有脂質(zhì)。教師提問：歐文頓對(duì)細(xì)胞膜成分的認(rèn)識(shí)，是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析，還是通過對(duì)膜成分的提取和檢測(cè)？學(xué)生思考并回答問題。提示：是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析。2．脂質(zhì)成分類型的確定教師課件出示資料：資料2科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離，然后進(jìn)行化學(xué)分析。結(jié)果表明：組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。教師強(qiáng)調(diào)：脂質(zhì)成分的確定不是推測(cè)，而是通過提取并進(jìn)行化學(xué)分析完成的。3．磷脂雙分子層的推測(cè)教師課件出示資料：資料3磷脂的一端為親水的頭，兩個(gè)脂肪酸一端為疏水的尾（如圖）。教師提問：觀察比較，磷脂分子結(jié)構(gòu)式與脂肪分子有什么異同？學(xué)生根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)，畫出磷脂分子在空氣與水的界面上以及在水中的排列方式。教師指導(dǎo)學(xué)生繪制并用課件出示磷脂分子正確的排列方式：當(dāng)磷脂分子平鋪在水面上形成單分子層時(shí)，親水性的頭部會(huì)朝下，而疏水性的尾部會(huì)朝上；攪拌之后，由于四周都是水環(huán)境，磷脂分子會(huì)重新排列，形成磷脂雙分子層，親水頭部在外，而疏水尾部在內(nèi)，形成脂質(zhì)體。教師課件出示資料：資料41917年，美國(guó)化學(xué)家朗繆爾將磷脂溶于苯中，并與水混合，當(dāng)苯揮發(fā)完以后，磷脂分子在水面上分布散亂，經(jīng)過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且其磷酸基團(tuán)的親水頭部浸入水中，疏水端浮于水面。學(xué)生借鑒朗繆爾的實(shí)驗(yàn)，以小組為單位，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)細(xì)胞膜中磷脂分子的層數(shù)，派代表分享本組的實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。教師巡視各小組的討論情況，適當(dāng)進(jìn)行指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。教師課件出示資料：資料51925年，荷蘭生物學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣-水界面上鋪展成單分子層，測(cè)得單層分子的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。由此推斷：細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。4．蛋白質(zhì)的推測(cè)教師課件出示資料：資料61935年，英國(guó)學(xué)者丹尼利和戴維森研究了細(xì)胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的表面張力明顯低于油一水界面的表面張力。此前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂滴表面如果附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會(huì)降低。學(xué)生根據(jù)資料提出推測(cè)：細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。教師提問：根據(jù)已學(xué)知識(shí)，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)推測(cè)成立？學(xué)生以小組為單位展開討論，設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案，并與全班同學(xué)分享。二、細(xì)胞膜的成分課件出示資料：資料7成分蛋白質(zhì)／％磷脂／％膽固醇／％糖類／％哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜4933108小鼠肝細(xì)胞膜444583大腸桿菌細(xì)胞膜752500學(xué)生根據(jù)表格中的內(nèi)容，思考：1．結(jié)合對(duì)細(xì)胞膜成分的探索的相關(guān)知識(shí)，列舉出細(xì)胞膜的組成成分。提示：細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，此外還有少量的糖類。2．比較哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜和大腸桿菌細(xì)胞膜成分的異同，分析哪種成分決定了細(xì)胞膜功能的復(fù)雜程度。提示：蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量越多，細(xì)胞膜的功能越復(fù)雜。三、拓展應(yīng)用課件出示資料：資料8如圖是由磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，它可以作為藥物的運(yùn)載體，將藥物運(yùn)送到特定的細(xì)胞發(fā)揮作用。在脂質(zhì)體中，能在水中結(jié)晶的藥物被包在雙分子層中，脂溶性的藥物被包在兩層磷脂分子之間。學(xué)生根據(jù)細(xì)胞膜的成分、磷脂分子的特點(diǎn)以及細(xì)胞膜的功能進(jìn)行小組討論：1．為什么兩類藥物的包裹位置不相同？提示：由雙層磷脂分子構(gòu)成的脂質(zhì)體，兩層磷脂分子之間的部分是疏水的，脂溶性藥物能穩(wěn)定地包裹其中；脂質(zhì)體的內(nèi)部是水溶液環(huán)境，能在水中結(jié)晶的藥物可穩(wěn)定地包裹其中。2．脂質(zhì)體到達(dá)細(xì)胞后，藥物將如何進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用？提示：由于脂質(zhì)體是磷脂雙分子層構(gòu)成的，到達(dá)靶細(xì)胞后可能會(huì)與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜發(fā)生融合，也可能會(huì)被靶細(xì)胞吞入，從而使藥物在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。教師對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行補(bǔ)充。課外制作：利用廢舊物品制作磷脂雙分子層模型（局部）。設(shè)計(jì)意圖通過對(duì)教材中科學(xué)實(shí)驗(yàn)的分析，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的探索過程進(jìn)行科學(xué)思維，提出推測(cè)、驗(yàn)證推測(cè)并感受他們的科學(xué)精神。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究核心素養(yǎng)。核心總結(jié)1．細(xì)胞膜的功能（1）將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開（2）控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞通過分泌信息分子傳遞信息（3）進(jìn)行細(xì)胞間信息交流通過細(xì)胞接觸傳遞信息通過相鄰細(xì)胞間的通道傳遞信息2．細(xì)胞膜的成分（1）脂質(zhì)的推測(cè)：歐文頓通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)、脂溶性的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，推測(cè)細(xì)胞膜的主要組成成分中有脂質(zhì)。（2）通過化學(xué)分析得出組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇。（3）脂雙層的推測(cè)：戈特和格倫德爾測(cè)得單分子層的面積為紅細(xì)胞表面積的2倍，推測(cè)細(xì)胞膜中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。（4）蛋白質(zhì)的推測(cè)：丹尼利和戴維森研究細(xì)胞膜張力，推測(cè)細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外，可能還附有蛋白質(zhì)。教學(xué)研討本課時(shí)基于學(xué)生已經(jīng)掌握系統(tǒng)的觀點(diǎn)，認(rèn)可細(xì)胞是最基本的生命系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)的視角推導(dǎo)出細(xì)胞膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開的功能；結(jié)合初中生物所學(xué)細(xì)胞與外界物質(zhì)交換的知識(shí)，列舉進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)，推導(dǎo)出細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能；細(xì)胞膜具有的進(jìn)行細(xì)胞間的