細(xì)胞膜控制細(xì)胞與周圍環(huán)境的聯(lián)系+教學(xué)設(shè)計 高一上學(xué)期生物浙科版必修1

基礎(chǔ)教育精品課教學(xué)設(shè)計

課程基本信息學(xué)科生物年級高一年級學(xué)期秋季課題細(xì)胞膜控制細(xì)胞與周圍環(huán)境的聯(lián)系教科書書名：浙科版教材（2019）出版社：浙江科學(xué)技術(shù)出版社出版日期：2019年7月教學(xué)分析1.教材內(nèi)容分析《細(xì)胞膜控制細(xì)胞與周圍環(huán)境的聯(lián)系》是新浙科版必修一《分子與細(xì)胞》中第二章細(xì)胞的結(jié)構(gòu)第二節(jié)的內(nèi)容，主要包括細(xì)胞膜的選擇透過性、細(xì)胞膜的流動性、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及流動鑲嵌模型。細(xì)胞膜作為細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)之一，不僅是本章節(jié)的核心內(nèi)容，也是高中生物學(xué)的重要基礎(chǔ)知識，為學(xué)生初步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念提供事實性支撐。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容與細(xì)胞的分子組成相聯(lián)系，也為后面學(xué)習(xí)物質(zhì)通過多種方式出入細(xì)胞、觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原活動等眾多知識點奠定了基礎(chǔ)，并暗含了選擇性必修一《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中免疫的相關(guān)知識。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容較為復(fù)雜和抽象，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是微觀的，無法通過簡單的模式圖像讓學(xué)生較好掌握。在教學(xué)過程中，將細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能特性作為教學(xué)重點，流動鑲嵌模型的建構(gòu)作為教學(xué)難點，以構(gòu)建“藥殼”為情境，通過建立物理模型、小組協(xié)作互動等形式，將微觀的內(nèi)容具體化、形象化，環(huán)環(huán)相扣地引導(dǎo)學(xué)生主動構(gòu)建知識體系，最終實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成。2.學(xué)習(xí)者分析授課對象是高一學(xué)生，樂于思考、學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，課堂氣氛較為活躍、同學(xué)間關(guān)系融洽，易于小組討論、互評等活動的開展；學(xué)生在初中階段對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)有了初步的了解，并在必修一第一章學(xué)習(xí)了細(xì)胞的分子組成，對生命的基本單位是細(xì)胞有了一定程度的認(rèn)識，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，但對微觀結(jié)構(gòu)尚未涉及，學(xué)生難以形成深切的直觀感受，故本節(jié)課設(shè)置了一個“模擬膜的透過性”活動，使學(xué)生能對選擇透過性有一個直觀的感受，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和問題分析能力。教學(xué)目標(biāo)1.通過模擬實驗探究膜的透過性這一教學(xué)活動，認(rèn)同細(xì)胞膜具有選擇透性的功能特性（生命觀念、科學(xué)探究）2.通過細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，體會建立模型是解決問題的科學(xué)方法之一（科學(xué)探究、科學(xué)思維）3.通過磷脂分子特性構(gòu)建膜中磷脂分子的排布、蛋白質(zhì)分子特性推測蛋白質(zhì)的分布位置、糖蛋白功能推多糖在膜中的分布、動植物膜結(jié)構(gòu)的區(qū)別推膽固醇的功能，認(rèn)同生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點（生命觀念、科學(xué)思維）教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點：1.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能特性。2.流動鑲嵌模型的建構(gòu)。教學(xué)難點：1.流動鑲嵌模型的建構(gòu)。教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)情境，引出課題【講述】目前癌癥依舊是世界上最難治愈的疾病之一。有一種抗腫瘤抗生素——阿霉素，其對多種腫瘤均有很好的治療作用。但若直接靜脈注射阿霉素，不但作用效果短暫，而且副作用極大，對心臟、肝、脾、腎等具有嚴(yán)重?fù)p傷，病人難以忍受。【設(shè)疑】針對以上缺點，同學(xué)們能否設(shè)計一種可以包裹水溶性阿霉素的“藥殼”，使其經(jīng)血液運輸后，定向作用于癌細(xì)胞？如果可以的話，那么這個“藥殼”該用什么材質(zhì)做？怎么做呢？這與我們今天要學(xué)習(xí)的細(xì)胞膜的知識有關(guān)。讓我們帶著問題先來學(xué)習(xí)今天的學(xué)習(xí)內(nèi)容吧?！驹O(shè)計意圖】聯(lián)系生活，提出實際問題，既可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也可以培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任素養(yǎng)。任務(wù)一：探究細(xì)胞膜的功能特性【設(shè)疑】同學(xué)們見過細(xì)胞嗎？【生答】草履蟲、變形蟲、未受精的蛋黃就是一個細(xì)胞?！驹O(shè)疑】以蛋黃為例，為什么蛋黃液不會流出來呢？【生答】因為有細(xì)胞膜【歸納】細(xì)胞膜圍繞在細(xì)胞的外層，控制著物質(zhì)的進(jìn)出，保證了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。那么細(xì)胞膜在控制物質(zhì)出入細(xì)胞方面有沒有什么特性呢？我們通過一個模擬實驗加以探究膜的功能特性?！局v述】我們用的材料是有一定孔徑的半透膜。如果我們將淀粉和葡萄糖分別裝進(jìn)半透膜里，半透膜對兩種物質(zhì)的通透性是否相同呢？我們一起來做個實驗，具體的實驗過程如下：取A、B兩個半透膜，將等量的淀粉溶液和葡萄糖溶液分別裝入A、B兩個半透膜中，并將半透膜用細(xì)線扎緊后綁在玻璃棒的中央，玻璃棒橫置在燒杯燒杯，半透膜置于燒杯內(nèi)。向燒杯內(nèi)注入等量的蒸餾水，直至淹沒半透膜。向A組半透膜外面的蒸餾水中加入適量的碘—碘化鉀溶液，靜置12h后，觀察A的實驗現(xiàn)象；取B組半透膜外面的蒸餾水2ml，加入2ml本尼迪特試劑，熱水浴加熱2—3min,觀察顏色變化?！菊故尽俊澳M探究膜的透過性”的實驗過程和結(jié)果?！驹O(shè)疑】A組加入碘—碘化鉀后，燒杯內(nèi)蒸餾水呈現(xiàn)什么顏色？靜置12h后，顏色又如何？【生答】加入碘—碘化鉀后，A組燒杯內(nèi)蒸餾水呈現(xiàn)淡棕色，靜置12h后，顏色逐漸變淺至無色，半透膜內(nèi)溶液顏色逐漸變藍(lán)。【設(shè)疑】A組的實驗現(xiàn)象說明什么？【生答】碘可以通過半透膜，淀粉不能通過半透膜。【追問】取B組半透膜外面的蒸餾水2ml，加入2ml本尼迪特試劑，熱水浴加熱2—3min,觀察到什么現(xiàn)象?【生答】B組用本尼迪特試劑鑒定后產(chǎn)生紅黃色沉淀?！驹賳枴緽組的實驗現(xiàn)象說明什么？【生答】說明葡萄糖可以通過半透膜?！練w納】通過A、B組的實驗現(xiàn)象，我們可以看出葡萄糖和碘可以通過半透膜，而淀粉分子無法通過，由此說明半透膜對分子的進(jìn)出具有半透性?！就茰y】細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，需要保證細(xì)胞內(nèi)部相對穩(wěn)定的環(huán)境，可以推測細(xì)胞膜對物質(zhì)的進(jìn)出具有選擇透過性?！驹O(shè)計意圖】通過實驗，將微觀的事物宏觀話，使得學(xué)生能深刻理解半透膜在控制物質(zhì)出入方面的選擇性，從而理會細(xì)胞膜的選擇透過性。任務(wù)二：細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建【過渡】為什么細(xì)胞膜具有選擇透過性呢？這跟細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢？要想知道細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，就必須知道它的化學(xué)成分?！綪PT】資料一：19世紀(jì)末，歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次實驗，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對不同物質(zhì)的通透性不同。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)更容易進(jìn)入細(xì)胞膜?！局v解】于是他推測膜中可能有脂質(zhì)。后來科學(xué)家將膜分離出來，進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)膜的脂質(zhì)成分主要是磷脂?！驹O(shè)疑】磷脂有著怎樣的結(jié)構(gòu)呢？【講解】磷脂是由C、H、O、P四種元素構(gòu)成的兩性分子，有些還含有N元素。P元素分布在一端，形成磷脂分子的頭部，具有親水性；另一端是長長的脂肪酸鏈，形成磷脂分子的尾部，具有疏水性，且具有較強的流動性?！驹O(shè)疑】基于磷脂分子這樣特殊的結(jié)構(gòu)，若將磷脂分子排在水面上，磷脂分子會如何排呢【生答】磷脂分子會排成一排，頭部朝水，尾部朝向空氣。【追問】作為細(xì)胞膜主要成分的磷脂，在膜中又將拍成幾排？如何分布呢？【PPT】資料二：1925年，戈特和格蘭德爾用有機溶劑抽提了人紅細(xì)胞細(xì)胞膜的脂質(zhì)成分后，將其鋪展在水面，測出其面積約為所有紅細(xì)胞表面積的2倍?！緦W(xué)生活動1】5人一組，組長1名，發(fā)言人1名，建議員3名，根據(jù)磷脂分子的特性和資料二，構(gòu)建細(xì)胞膜中磷脂分子的分布模型，并請小組發(fā)言人展小組成果。屏幕前的同學(xué)們也可以利用身邊的材料，如面團、馬鈴薯塊、牙簽、塑料棒等構(gòu)建磷脂分子的分布模型。【追問】為什么要排兩層？為什么不能是頭朝內(nèi)，尾巴朝外？【生答】根據(jù)資料二可知，在細(xì)胞膜中磷脂分子將排成2層，因為細(xì)胞膜的內(nèi)外兩側(cè)都是水環(huán)境，結(jié)合磷脂分子頭部親水，尾部疏水的特性，磷脂分子在細(xì)胞膜中將排成頭朝外尾巴朝內(nèi)的兩次，我們可以稱之為磷脂雙分子層?！驹O(shè)計意圖】通過小組模型構(gòu)建與展示，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法，并通過追問，幫助學(xué)生加深對磷脂分子特性與其所形成結(jié)構(gòu)的聯(lián)系?！驹O(shè)疑】膜中除了磷脂之外，還有什么成分呢？【PPT】資料三：1935年丹尼利和戴維森在研究細(xì)胞膜的表面張力時，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜的表面張力明顯低于油—水界面的張力。早前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油脂表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會降低。于是丹尼利和戴維森推測膜中還有蛋白質(zhì)。【補充】后來科學(xué)家在對膜成分進(jìn)行分析時，證明了膜中確實有蛋白質(zhì)?！咎釂枴客瑢W(xué)們?nèi)绻C明出膜中是否有蛋白質(zhì)，可以用什么方法呢？【歸納】可以用雙縮脲試劑后來檢測，觀察顏色是否變?yōu)樽仙??！驹O(shè)疑】蛋白質(zhì)又是怎樣分布在磷脂雙分子層中的呢？【講解】科學(xué)家用電鏡觀察到細(xì)胞膜呈現(xiàn)暗—亮—暗三條帶?！驹O(shè)疑】那么蛋白質(zhì)是均勻分布在磷脂雙分子層的兩側(cè)嗎?【講述】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家用冰凍蝕刻技術(shù)，先將標(biāo)本冰凍，然后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面，觀察到斷裂面上鑲嵌有深淺不一的蛋白質(zhì)顆粒?！咎釂枴繄D片中可以看出蛋白質(zhì)在膜中的分布有什么特點呢？【歸納】蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中的分布方式是多種多樣的，可以是鑲在表面，也可以是全部或部分嵌在膜中，也可以是貫穿整個磷脂雙分子層。體現(xiàn)了膜內(nèi)外結(jié)構(gòu)的不對稱性。根據(jù)相似相溶原理，與磷脂分子頭部接觸的這一部分蛋白質(zhì)為水溶性，與磷脂分子尾部接觸的那一部分蛋白質(zhì)為脂溶性，因此蛋白質(zhì)也分水溶性和脂溶性部分?！局v述】除了磷脂和蛋白質(zhì)之外，科學(xué)家在對膜成分進(jìn)行檢測時，發(fā)現(xiàn)膜中還有少量的多糖，動物細(xì)胞膜中還有少量的膽固醇。其中多糖常與蛋白質(zhì)或磷脂結(jié)構(gòu)，起到保護(hù)細(xì)胞和細(xì)胞間識別的作用；而膽固醇主要分布于磷脂分子的疏水環(huán)境中，只有很小的親水基團與磷脂的頭部連接，起到雙重調(diào)節(jié)作用。依據(jù)環(huán)境和膽固醇的數(shù)量不同，起到限制或增強磷脂分子活動的作用?！緦W(xué)生活動2】根據(jù)蛋白質(zhì)和膽固醇的部分特點及多糖的功能，請同學(xué)們利用黏土來模擬蛋白質(zhì)，白色小串珠模擬多糖，黃色毛根模擬膽固醇在剛剛構(gòu)建好的磷脂雙分子層模型中，完善動物細(xì)胞膜模型的建構(gòu)?！菊故尽堪l(fā)言人展示所做的結(jié)構(gòu)模型，并講述蛋白質(zhì)、多糖、膽固醇的分布方式?！驹O(shè)計意圖】通過模型與建模，很好的培養(yǎng)了小組學(xué)生的合作交流能力，也發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)；根據(jù)糖蛋白的功能推多糖的分布，幫助學(xué)生認(rèn)同“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點。任務(wù)三、認(rèn)識流動鑲嵌模型【提問】請同學(xué)們觸摸一下模型，硬邦邦的，那么真實的細(xì)胞膜是否也是固定不動的呢？同學(xué)們有沒有例子可以來證明細(xì)胞膜是可以流動的呢？【舉例】變形蟲的運動、蛋黃的流動等等都可以說明細(xì)胞膜是可以流動的?！綪PT】資料四：1972年，辛格和尼克爾森根據(jù)多個實驗證據(jù)，提出了細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型?！局v述】該理論主要包括：1.磷脂雙分子層構(gòu)成了生物膜的基本骨架。2.蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂分子層的表面，有的全部或部分嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層，體現(xiàn)了膜內(nèi)外結(jié)構(gòu)的不對稱性。3.磷脂和蛋白質(zhì)位置不是固定的，生物膜具有一定流動性?！驹O(shè)計意圖】最后呈現(xiàn)科學(xué)家們提出的模型，評價同學(xué)所做的模型。學(xué)以致用，前后呼應(yīng)，解決實際問題【設(shè)疑】學(xué)了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能后，同學(xué)們對“藥殼”的設(shè)計有靈感了嗎？我們來看看下面幾個方案，同學(xué)們覺得哪個方案最佳呢？【PPT】展示同學(xué)們的藥殼方案?！军c評】1號適合包裹脂溶性藥物；2號在液體環(huán)境中不能穩(wěn)定存在；4號方案可以包裹阿