細胞膜控制細胞與周圍環(huán)境的聯(lián)系+教學設計 高一上學期生物浙科版必修1

基礎教育精品課教學設計

課程基本信息學科生物年級高一年級學期秋季課題細胞膜控制細胞與周圍環(huán)境的聯(lián)系教科書書名：浙科版教材（2019）出版社：浙江科學技術出版社出版日期：2019年7月教學分析1.教材內(nèi)容分析《細胞膜控制細胞與周圍環(huán)境的聯(lián)系》是新浙科版必修一《分子與細胞》中第二章細胞的結構第二節(jié)的內(nèi)容，主要包括細胞膜的選擇透過性、細胞膜的流動性、細胞膜的結構及流動鑲嵌模型。細胞膜作為細胞的重要結構之一，不僅是本章節(jié)的核心內(nèi)容，也是高中生物學的重要基礎知識，為學生初步形成結構與功能相適應的觀念提供事實性支撐。本節(jié)課教學內(nèi)容與細胞的分子組成相聯(lián)系，也為后面學習物質(zhì)通過多種方式出入細胞、觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離及復原活動等眾多知識點奠定了基礎，并暗含了選擇性必修一《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中免疫的相關知識。本節(jié)課教學內(nèi)容較為復雜和抽象，細胞膜的結構是微觀的，無法通過簡單的模式圖像讓學生較好掌握。在教學過程中，將細胞膜的結構和功能特性作為教學重點，流動鑲嵌模型的建構作為教學難點，以構建“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)相扣地引導學生主動構建知識體系，最終實現(xiàn)教學目標的有效達成。2.學習者分析授課對象是高一學生，樂于思考、學習態(tài)度認真，課堂氣氛較為活躍、同學間關系融洽，易于小組討論、互評等活動的開展；學生在初中階段對細胞的結構有了初步的了解，并在必修一第一章學習了細胞的分子組成，對生命的基本單位是細胞有了一定程度的認識，為本節(jié)課的學習奠定了基礎，但對微觀結構尚未涉及，學生難以形成深切的直觀感受，故本節(jié)課設置了一個“模擬膜的透過性”活動，使學生能對選擇透過性有一個直觀的感受，培養(yǎng)學生的探究能力和問題分析能力。教學目標1.通過模擬實驗探究膜的透過性這一教學活動，認同細胞膜具有選擇透性的功能特性（生命觀念、科學探究）2.通過細胞膜結構模型的構建，體會建立模型是解決問題的科學方法之一（科學探究、科學思維）3.通過磷脂分子特性構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、動植物膜結構的區(qū)別推膽固醇的功能，認同生物體結構與功能相適應的生物學觀點（生命觀念、科學思維）教學內(nèi)容教學重點：1.細胞膜的結構和功能特性。2.流動鑲嵌模型的建構。教學難點：1.流動鑲嵌模型的建構。教學過程創(chuàng)設情境，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、腎等具有嚴重損傷，病人難以忍受?！驹O疑】針對以上缺點，同學們能否設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？這與我們今天要學習的細胞膜的知識有關。讓我們帶著問題先來學習今天的學習內(nèi)容吧?！驹O計意圖】聯(lián)系生活，提出實際問題，既可以激發(fā)學生的學習熱情，也可以培養(yǎng)學生的社會責任素養(yǎng)。任務一：探究細胞膜的功能特性【設疑】同學們見過細胞嗎？【生答】草履蟲、變形蟲、未受精的蛋黃就是一個細胞?！驹O疑】以蛋黃為例，為什么蛋黃液不會流出來呢？【生答】因為有細胞膜【歸納】細胞膜圍繞在細胞的外層，控制著物質(zhì)的進出，保證了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。那么細胞膜在控制物質(zhì)出入細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”的實驗過程和結果。【設疑】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?！驹O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。【歸納】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出具有半透性?！就茰y】細胞膜作為細胞的邊界，需要保證細胞內(nèi)部相對穩(wěn)定的環(huán)境，可以推測細胞膜對物質(zhì)的進出具有選擇透過性?！驹O計意圖】通過實驗，將微觀的事物宏觀話，使得學生能深刻理解半透膜在控制物質(zhì)出入方面的選擇性，從而理會細胞膜的選擇透過性。任務二：細胞膜結構模型的構建【過渡】為什么細胞膜具有選擇透過性呢？這跟細胞膜的結構有什么關系呢？要想知道細胞膜的結構，就必須知道它的化學成分?！綪PT】資料一：19世紀末，歐文頓用500多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進行上萬次實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(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)更容易進入細胞膜?！局v解】于是他推測膜中可能有脂質(zhì)。后來科學家將膜分離出來，進行化學分析，發(fā)現(xiàn)膜的脂質(zhì)成分主要是磷脂?！驹O疑】磷脂有著怎樣的結構呢？【講解】磷脂是由C、H、O、P四種元素構成的兩性分子，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疑】基于磷脂分子這樣特殊的結構，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?！咀穯枴孔鳛榧毎ぶ饕煞值牧字?，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胞細胞膜的脂質(zhì)成分后，將其鋪展在水面，測出其面積約為所有紅細胞表面積的2倍?！緦W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，構建細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、塑料棒等構建磷脂分子的分布模型?！咀穯枴繛槭裁匆艃蓪?？為什么不能是頭朝內(nèi)，尾巴朝外？【生答】根據(jù)資料二可知，在細胞膜中磷脂分子將排成2層，因為細胞膜的內(nèi)外兩側都是水環(huán)境，結合磷脂分子頭部親水，尾部疏水的特性，磷脂分子在細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計意圖】通過小組模型構建與展示，培養(yǎng)學生的科學思維和科學方法，并通過追問，幫助學生加深對磷脂分子特性與其所形成結構的聯(lián)系?！驹O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胞膜的表面張力時，發(fā)現(xiàn)細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)?！狙a充】后來科學家在對膜成分進行分析時，證明了膜中確實有蛋白質(zhì)?！咎釂枴客瑢W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】科學家用電鏡觀察到細胞膜呈現(xiàn)暗—亮—暗三條帶。【設疑】那么蛋白質(zhì)是均勻分布在磷脂雙分子層的兩側嗎?【講述】隨著科學技術的發(fā)展，科學家用冰凍蝕刻技術，先將標本冰凍，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)外結構的不對稱性。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，科學家在對膜成分進行檢測時，發(fā)現(xiàn)膜中還有少量的多糖，動物細胞膜中還有少量的膽固醇。其中多糖常與蛋白質(zhì)或磷脂結構，起到保護細胞和細胞間識別的作用；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建好的磷脂雙分子層模型中，完善動物細胞膜模型的建構?！菊故尽堪l(fā)言人展示所做的結構模型，并講述蛋白質(zhì)、多糖、膽固醇的分布方式?！驹O計意圖】通過模型與建模，很好的培養(yǎng)了小組學生的合作交流能力，也發(fā)展了學生的科學思維素養(yǎng)；根據(jù)糖蛋白的功能推多糖的分布，幫助學生認同“結構與功能相適應”的觀點。任務三、認識流動鑲嵌模型【提問】請同學們觸摸一下模型，硬邦邦的，那么真實的細胞膜是否也是固定不動的呢？同學們有沒有例子可以來證明細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)外結構的不對稱性。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計意圖】最后呈現(xiàn)科學家們提出的模型，評價同學所做的模型。學以致用，前后呼應，解決實際問題【設疑】學了細胞膜的結構和功能后，同學們對“藥殼”的設計有靈感了嗎？我們來看看下面幾個方案，同學們覺得哪個方案最佳呢？【PPT】展示同學們的藥殼方案?！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