《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》教學(xué)設(shè)計(jì)

8/8第2節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型一、教材分析“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)是人教版《必修1分子與細(xì)胞》第四章《細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出》的第二節(jié)。本節(jié)課主要包括科學(xué)家對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程和生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型兩部分內(nèi)容，與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”相承接，通過(guò)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)分析對(duì)生物膜的功能特點(diǎn)具有選擇透過(guò)性進(jìn)行進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，并為第三節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡於ɑA(chǔ)，具有承上啟下的作用，有利于學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)基本觀點(diǎn)。二、學(xué)習(xí)目標(biāo)①通過(guò)簡(jiǎn)述生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容，能夠舉例說(shuō)明生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一定的流動(dòng)性。②通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程，能夠闡述科學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律。三、學(xué)情分析通過(guò)第一章第二章的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解了細(xì)胞、知道了組成細(xì)胞的分子，通過(guò)第三章的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，知道了細(xì)胞膜所處的位置，細(xì)胞膜的成分和作用，生物膜系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)，為本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，這些讓學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜的認(rèn)識(shí)如下：細(xì)胞膜很薄，是細(xì)胞邊界，能控制物質(zhì)進(jìn)出，具有選擇透過(guò)性，形態(tài)會(huì)發(fā)生改變。高二學(xué)生學(xué)過(guò)有機(jī)化學(xué)知識(shí)，具備一定的分析問(wèn)題能力和觀察認(rèn)知能力，對(duì)事物有探索的好奇心，卻又缺乏目的性，熱情有余，耐心不足，對(duì)事物更多停留在直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)探索科學(xué)的過(guò)程與方法及結(jié)論的形成缺乏深入的理性思考。四、學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)4.1學(xué)習(xí)重點(diǎn)①對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程②生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說(shuō)的基本內(nèi)容4.2學(xué)習(xí)難點(diǎn)①探討建立生物膜模型的過(guò)程，如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)②生物膜的流動(dòng)性特點(diǎn)；五、設(shè)計(jì)思路本節(jié)課在分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程中采用“展示資料→提出問(wèn)題→做出假設(shè)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的教學(xué)模式，通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題，環(huán)環(huán)相扣，結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生自主探究合作，感受科學(xué)家的探索歷程的艱辛，體味科學(xué)研究規(guī)律，而后自然引出流動(dòng)鑲嵌模型。在分析討論之后，學(xué)生歸納總結(jié)，教師圖片展示，學(xué)生觀察分析，教師歸納總結(jié)，通過(guò)師生互動(dòng)的方式，幫助學(xué)生梳理體驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)方法，理解描述流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。六、課時(shí)安排：1課時(shí)七、教學(xué)過(guò)程學(xué)習(xí)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入問(wèn)題：回憶細(xì)胞膜的功能，細(xì)胞膜具有怎樣的功能？你認(rèn)為細(xì)胞膜應(yīng)該具備怎樣的結(jié)構(gòu)使它具有這樣的功能？現(xiàn)在有三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，你選用哪種材料制作細(xì)胞膜呢？為什么？你還有更好的材料嗎？真實(shí)的細(xì)胞膜又有著怎樣的結(jié)構(gòu)呢？今天我們就沿著科學(xué)家的足跡共同來(lái)探索吧！回顧舊知識(shí)思考相關(guān)問(wèn)題并進(jìn)行討論得出結(jié)論:由于細(xì)胞膜是系統(tǒng)邊界，能控制物質(zhì)進(jìn)出，形態(tài)會(huì)變化，所以彈力布相對(duì)較適合通過(guò)回顧知識(shí)，為新課學(xué)習(xí)做好鋪墊，也有利于完善知識(shí)體系激發(fā)學(xué)生對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的好奇心和探索熱情生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程教師展示資料1歐文頓實(shí)驗(yàn)：時(shí)間：19世紀(jì)末

1895年

人物：歐文頓實(shí)驗(yàn)：

問(wèn)題1：根據(jù)實(shí)驗(yàn)，你能提出什么假說(shuō)？問(wèn)題2：此時(shí)是對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是通過(guò)對(duì)膜成分的提取和鑒定？問(wèn)題3：為什么不直接對(duì)膜成分分離鑒定呢？問(wèn)題4：得出結(jié)論后，有必要對(duì)膜成分提取分離和鑒定嗎？教師展示資料2其他科學(xué)家用蛋白酶處理哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜，膜被破壞。問(wèn)題1：這說(shuō)明細(xì)胞膜還有什么成分？教師講解：20世紀(jì)初，科學(xué)家才能第一次將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞中分離出來(lái)，化學(xué)分析表明，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了歐文頓的假說(shuō)是成立的。也就是說(shuō)假說(shuō)是在實(shí)驗(yàn)與觀察的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，同時(shí)又需要更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。

那么這些物質(zhì)如何組成膜？教師展示資料31925年

兩位科學(xué)分離純化了紅細(xì)胞，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞中抽提脂類，發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測(cè)的面積同實(shí)際測(cè)量的紅細(xì)胞的表面積之比為（1.8～2.2）∶1，約為兩倍。問(wèn)題1：請(qǐng)展開(kāi)想象，提出假說(shuō)。教師展示磷脂分子結(jié)構(gòu)示意圖，進(jìn)行講解：磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構(gòu)既有疏水基團(tuán)（尾部），又有親水基團(tuán)（頭部）。問(wèn)題1：在水—空氣界面上，磷脂分子如何排布？(黑板上畫(huà)出水—空氣界面)教師巡視點(diǎn)評(píng)。問(wèn)題2：細(xì)胞內(nèi)外都是水為基礎(chǔ)的液體環(huán)境，在細(xì)胞膜上磷脂分子又如何排布？(黑板上畫(huà)個(gè)圓表示細(xì)胞)教師指導(dǎo)糾正。教師設(shè)問(wèn)：蛋白質(zhì)和磷脂的位置關(guān)系如何呢？展示資料4：羅伯特森的單位膜模型

時(shí)間：1959年

人物：羅伯特森

實(shí)驗(yàn)：在電鏡下看到細(xì)胞膜清晰的暗-亮-暗的三層結(jié)構(gòu)。（圖片展示）問(wèn)題1：羅伯特森觀察到什么現(xiàn)象？提出什么假說(shuō)？教師講解：蛋白質(zhì)的電子密度高，在電鏡下顯暗色，磷脂的電子密度低，顯亮色，羅伯特森借助電子顯微鏡觀察，建立了蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)模型，他認(rèn)為蛋白質(zhì)覆蓋在磷脂兩側(cè)在膜中分布是對(duì)稱的，生物膜是靜態(tài)結(jié)構(gòu)。問(wèn)題3：這種模型有什么局限性嗎？展示白細(xì)胞吞噬病原體、變形蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞分裂等動(dòng)畫(huà)啟發(fā)學(xué)生。教師展示資料5：冰凍蝕刻電子顯微法問(wèn)題：觀察圖，蛋白質(zhì)在膜上如何排布？教師展示資料6：時(shí)間：1970年

人物：弗雷和艾迪登實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。（播放動(dòng)畫(huà)）問(wèn)題1：該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？說(shuō)明了什么？問(wèn)題2：請(qǐng)例說(shuō)明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。學(xué)生觀察分析思考問(wèn)題細(xì)胞膜有脂質(zhì)成分對(duì)現(xiàn)象推理分析當(dāng)時(shí)技術(shù)較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有必要，能更直觀準(zhǔn)確說(shuō)明問(wèn)題思考回答：細(xì)胞膜的成分除了脂質(zhì)，還有蛋白質(zhì)閱讀資料，認(rèn)真思考之后回答：細(xì)胞膜中的磷脂為兩層。學(xué)生觀察示意圖，進(jìn)行思考討論，并畫(huà)圖。學(xué)生進(jìn)一步思考，分組討論畫(huà)圖，個(gè)別學(xué)生到黑板前畫(huà)圖展示。思考回答：1.暗-亮-暗三層結(jié)構(gòu)2.假說(shuō)：生物膜是由蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。3.局限性：這種靜態(tài)的生物膜模型解釋不了膜的很多生理現(xiàn)象。學(xué)生觀察圖片，思考回答：蛋白質(zhì)有的平鋪于膜上，有的鑲嵌在磷脂中，有的貫穿膜兩側(cè)蛋白質(zhì)在膜上排布不對(duì)稱、不均勻。學(xué)生思考討論，回答如下：1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是兩種顏色的熒光均勻分布。說(shuō)明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。2.白細(xì)胞吞噬病原體分泌蛋白的合成分泌、質(zhì)壁分離、細(xì)胞分裂等學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)，領(lǐng)會(huì)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的艱辛，感受到科學(xué)家的百折不撓精神。嘗試提出假說(shuō)，意識(shí)到假說(shuō)的提出需要試驗(yàn)和觀察的依據(jù)。意識(shí)到科學(xué)發(fā)展離不開(kāi)技術(shù)的支持。假說(shuō)是否成立需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。使學(xué)生意識(shí)到技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)假說(shuō)發(fā)展完善。在前一個(gè)問(wèn)題基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入思考，接近事物本質(zhì)。再次說(shuō)明技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)科學(xué)發(fā)展。勇于挑戰(zhàn)權(quán)威，科學(xué)家的觀點(diǎn)不全是真理，樹(shù)立勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神。技術(shù)在進(jìn)步，思維在更新。熒光標(biāo)記技術(shù)的出現(xiàn)，使人們能直觀地觀察到膜的動(dòng)態(tài)變化。再次說(shuō)明技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)科學(xué)發(fā)展。應(yīng)用動(dòng)畫(huà)模擬，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使實(shí)驗(yàn)更真實(shí)，體驗(yàn)更深刻。結(jié)合生活實(shí)際和已學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，并促進(jìn)對(duì)新知識(shí)的理解掌握。流動(dòng)鑲嵌模型內(nèi)容教師講解：在新的觀察和實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)之上，又有科學(xué)家提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中1972年桑格和尼克森提出的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。展示資料7：時(shí)間：1972年人物：桑格（S.J.Singer）和尼克森內(nèi)容：流動(dòng)鑲嵌模型問(wèn)題1：細(xì)胞膜的組成成分有什么？問(wèn)題2：細(xì)胞膜的基本支架是什么？問(wèn)題3：蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層上如何排布的？問(wèn)題4：細(xì)胞膜具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能特點(diǎn)？教師在學(xué)生回答之后補(bǔ)充完善，講解細(xì)胞膜外側(cè)上有糖蛋白，糖蛋白具有保護(hù)、潤(rùn)滑作用，與細(xì)胞表面識(shí)別、細(xì)胞間信息交流密切相關(guān)。布置練習(xí)：畫(huà)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，并注明主要分子的名稱。問(wèn)題5：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無(wú)缺了呢？請(qǐng)說(shuō)說(shuō)你的看法。問(wèn)題6：縱觀整個(gè)人們建立生物膜模型的探索過(guò)程，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起到怎樣的作用？問(wèn)題7：分析生物膜模型的建立過(guò)程中，結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)是如何體現(xiàn)的？結(jié)合前面探究歷程，觀察流動(dòng)鑲嵌模型示意圖，思考回答，總結(jié)出細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型基本內(nèi)容。學(xué)生畫(huà)圖，教師巡視指導(dǎo)，并用投影儀展示典型作品。學(xué)生分組討論，各抒己見(jiàn)，達(dá)成以下共識(shí)：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不可能完美無(wú)缺。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展起到推動(dòng)作用。結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。發(fā)揮學(xué)生主體作用，通過(guò)學(xué)生觀察思考回答、教師補(bǔ)充歸納講解、畫(huà)圖練習(xí)、作品展示等方式，感知知識(shí)形成，突出重點(diǎn)。3個(gè)問(wèn)題促進(jìn)學(xué)生深入思考，訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散思維，總結(jié)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。意識(shí)到人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)永無(wú)止境。使本節(jié)內(nèi)容意境得以升華。小結(jié)教師展示以下概念圖教師依據(jù)概念圖，對(duì)本節(jié)課內(nèi)容簡(jiǎn)要概括總結(jié)。作業(yè)布置：完成課本69頁(yè)課后練習(xí)。學(xué)生回顧本節(jié)知識(shí)，填寫(xiě)相關(guān)內(nèi)容。構(gòu)建概念圖，可以了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解情況，并對(duì)本節(jié)內(nèi)容回顧，使學(xué)生形成知識(shí)框架。鞏固所學(xué)知識(shí)。八、教后反思本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)本著學(xué)生是學(xué)習(xí)與發(fā)展中的主體的教學(xué)理念，突出科學(xué)史教育，教師應(yīng)用多媒體課件展示科學(xué)研究史實(shí)，生動(dòng)形象，精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，環(huán)環(huán)相扣，激發(fā)學(xué)生興趣，步步引導(dǎo)學(xué)生探究，啟迪科學(xué)研究思維，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡前行，感同身受，從中學(xué)習(xí)模型建構(gòu)方法：實(shí)驗(yàn)、推理想象—提出假說(shuō)—進(jìn)一步驗(yàn)證完善—不斷發(fā)展；正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的進(jìn)步在促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展中的作用；總結(jié)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。經(jīng)過(guò)回顧科學(xué)家的探索之路后，本節(jié)的重點(diǎn)流動(dòng)鑲嵌模型就自然生成，因此教師只要設(shè)置問(wèn)題情境，讓學(xué)生自主歸納，教師進(jìn)行補(bǔ)充完善即可，教學(xué)過(guò)程該放手時(shí)就大膽放手，這樣既利于提高學(xué)生思維能力，又能使他們體驗(yàn)成功的喜悅。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)水平和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，如磷脂分子結(jié)構(gòu)與特性是學(xué)生未學(xué)過(guò)的知識(shí)，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充，在此基礎(chǔ)上設(shè)置問(wèn)題，并注意問(wèn)題設(shè)置應(yīng)有梯度，一步到位會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)太難而放棄思考。當(dāng)學(xué)生考慮欠缺，表述不周時(shí)應(yīng)予以適當(dāng)引導(dǎo)鼓勵(lì)，提供幫助，以保護(hù)學(xué)生自尊心，當(dāng)學(xué)生表現(xiàn)出色時(shí)，應(yīng)予以贊揚(yáng)肯定，激發(fā)維持學(xué)生的