1、“生物膜的流动镶嵌模型”的教学设计卢劫子一、教学目标1知识与技能 简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容 举例说明生物膜具有的流动性特点。 通过分析科学家建立生物膜模型的过程阐述科学发展的一般规律。2过程与方法 通过分析科学家建立生物膜模型的过程。 尝试提出问题、做出假设，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要严谨的推理和大胆的想象，并通过观察和实验进一步验证和完善。通过分析科学家建立生物膜模型的过程，发挥空间想象能力，构建细胞膜的空间立体结构。同时，理解实验技术的进步所起的作用。3情感态度与价值观 生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自
2、然观。 正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。 二、指导思想本节课采用美国布鲁纳的“发现法”教学方法，使学生在教师的指导下，围绕一定的问题，根据教室和教材提供的材料，通过学生自己的研究，亲自去探索，从而发现所要学习的结论。教室的任务主要是创设问题情境，激励学生积极地去探索问题。 “发现法”的采用有助于帮助学生掌握一种科学发明发现的方法，有助于培养创造人才。这种方法在理论上比较完善。本节课还采用“启发式”教学的方法，在教师教学的过程中，尊重学生的主体性，从学生的实际出发，充分
3、调动学生学习的主动性和积极性，交给学生学习的方法，引导学生自己去学习，从而学会学习，使学生成为教学过程的参与者和学习的主人。本节课采用“提供资料提出问题（要求）做出假设（构建模型）提供实验验证”的教学模式，通过“生物膜流动镶嵌模型”的构建及有关实验设计，体现学生“自主、探究、合作”的学习方式，感受科学家探索的历程和探索过程的艰辛。调动学生已有的知识和经验，激发学生的探究欲望。通过学生对第 2章的学习让学生从结构与功能相适应的角度分析。生物膜的组成与结构。本节课在教学设计上主要突出科学史的教育。科学史的教学是在新教材中特别强调和突出的。在备课过程要细致策划如何有效地引导学生分析不同时期、不同科学
4、家的实验及假说，评价他们的贡献；要能通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维，要让学生感到身临其境，仿佛自己就是那个科学家在思考研究；最后让学生从中总结出科学发现的一般规律。生物膜结构模型的构建是本节要突破的一个难点问题。本节课中，教师自制了磷脂分子和蛋白质分子的模型，让学生根据科学家的实验现象自己来构建磷脂分子的排列方式、蛋白质与磷脂的组合方式，这样让学生形象、直观地了解了模型构建的过程。细胞膜的流动镶嵌模型这个难点的讲解可通过多媒体课件来突破，有顺序和层次地介绍。通过幻灯片放映各个科学家研究的图片、动画，增强了这些内容的立体感、丰富了教学内容、使学生在乐趣中学习、在轻松中学习。本节安排 1
5、课时。1教材分析“生物膜的流动镶嵌模型”选自人教版高中生物必修 1分子与细胞第 4章第 2节。人教版必修 1第 4章共 3节内容，第 1节物质跨膜运输的实例 ，第 2节生物膜的流动镶嵌模型 ，第 3节物质跨膜运输的方式 。第 1节主要说明细胞膜是选择透过性膜，膜为什么具有选择透过性？这与膜结构有关，膜结构又是解释物质跨膜运输的方式的基础。这 3节内容的内在联系是：功能结构功能。由此可见，本节内容在第 4章中起着承上启下的作用，有助于帮助学生建立结构与功能相适应的观点。 本节主要包括两大部分内容：1、科学家对生物膜结构的探索历程。利用科学史教育素材，通过引导学生分析科学家们的实验和结论，宛如亲历
6、科学家探索的历程，加深对科学过程和方法的理解，知道科学发现是长期的过程；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说并非一成不变，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。2、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。在众多对生物膜结构的假说中，生物膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，能较好地解释人们对生物膜功能的认识，学生必须展开想象力，通过制作模型等，构建细胞膜的空间立体结构，理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型的基本要点，为学生学习后面的内容如“物质的跨膜运输”奠定知识基础。2.学情分析学生已经学习并知道了组成细胞的分子、掌握了细胞的基本结构，
7、尤其是是学习了细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识，明确了细胞膜成分主要是脂质（其中磷脂最丰富）和蛋白质，了解细胞膜的主要功能是细胞与外界环境分开、控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流等，为本节知识的学习奠定了基础。高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善。在初中阶段虽然学些科学方法知识，但有关的知识还不系统。3.教学条件分析可使用多媒体课件、生物膜结构模型、制作生物膜模型的废旧物品（包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等）三、教学重点与难点1教学重点：流动镶嵌模型的基本内容。 2教学难点：探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构
8、与功能相适应的观点。 四、教学过程教学阶段 教学过程 学生活动 设计意图一、课前提问复习二、创设情境，导入新课请学生回答细胞膜的功能有哪些？生物学观点认为结构和功能是相适应的，那么生物膜具有什么样的结构，使其能完成以上的功能呢？人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史。让学生回忆前面关于细胞膜功能的知识。问题导学主动获取知识。让学生观察幻灯片，复习已学的相关知识，用联系的方法学习知识。创设问题情境，激发学习的动机。强化结构和
9、功能是相适应的观点。（本部分计划用时4分钟）三、新课学习：重温科学家探究生物膜结构的历史阅读资料探究，小组讨论合作学习。（1）从生理功能入手的科学探究 资料一：1895 年E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。问题：你能推测出什么结论？ 问题：最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？问题：在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？提示让学生 根据 “相似相
10、溶 ”的原理推出相关结论。资料二：20 世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。阅读资料后，让学生分组讨论，得出自己的看法，教师及时引导。提示让学生根据“相似相溶”的原理推出相关结论。学生会提出疑问：欧文顿的推论是否正确呢？通过思考问题，得出还必须对膜的成分进行提取、分离和鉴定。根据资料中获取的知识酶具有专一性总结和归纳：膜的组分还有蛋白质。通过资料总结培养学生阅读、理解、语言表达以及分析实验、讨论交流等综合能力。让学生体会实验过程中对现象的推理分析，还必须有相关的实验证据，从本质上认识问题。在对实验
11、的分析和探讨中提高分析问题、解决问题的能力，同时体会和学问题：你能推测出什么结论？问题：通过对膜的化学分析得出膜的组成成分有什么？展示磷酸的结构示意图并讲解磷脂分子的结构。（磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。）让学生运用相关化学知识，讨论在水空气界面上，一层磷脂分子应该如何排列？请学生思考、讨论，并让两位学生在黑板上画出排列方式。用 ppt展示正确的排列方式，并与学生的画图进行比较，使其能够正确理解，为磷脂分子双分子层的排列方式做好铺垫。资料三：1925 年，两位荷兰科学家 E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提红细胞膜脂质实验：将抽提出的脂质在空气水界面上铺成单分子层，
12、测得其分子所占的面积相当于所用的红细胞表面积的 2倍。问题：你能推测出什么结论？问题：细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？细胞膜中的磷脂分子会出：膜的主要成分是脂质和蛋白质。磷酸头部亲水 脂肪酸尾部疏水学生根据相关知识得出结论，并画图。学生评价，教师评价。根据数学知识，可得出脂质排列为两层。根据在水空气界面上，一层磷脂分子的排列方式，习科学的实验方法的严谨性。在教师的启发和以往的化学知识背景下，提高学生分析和解决问题的能力。“提出假说”的科学方法介排列成怎样两层呢？画出来进行比较哪种情况膜稳定性强？对于磷脂双分子层中磷脂分子的排列方式，学生不易理解。本人认为，先介绍磷脂分子的结构并根据其化
13、学性质，让学生理解一层磷脂分子在水 空气的界面上的排列方式，有助于启发学生自己得出磷脂双分子层的排列方式，加深其对膜结构的理解。小结与思考：膜的化学组成及科学家的研究为什么是从生理功能入手？脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？蛋白质位于脂双层的什么位置？（2）单位膜模型的提出50年代，电子显微镜诞生，科学家用它来观察细胞膜。资料四：1959 年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗亮暗的三层结构，提出单位膜结构模型。并将其描述为静态统一的结构。 （展示膜的电镜图片）问题：单位膜结构的主要内容是什么？问题：单位膜结构有有助于学生理解磷脂双分子层的排列方式，即磷酸头部在外，尾部在内。根据
14、膜的电镜照片和材料的描述，初步了解蛋白质的存在位置。学生通过观察这些现象，会绍。主要是限于当时的条件。实验、推理想象假说进一步验证完善。科学教根据电镜照片，大胆提出对膜结构的假说。让学生通过对现象的观察，自己能够提出对“单位膜”模型的质疑，培养其观察问什么缺陷？问题：有哪些证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？（展示变形虫的运动和白细胞吞噬病毒的Flash，胞吞胞吐的图片。通过想象的观察让学生自己提出对单位膜内容的质疑。（3）新技术带来新模型资料五：展示图片，科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白质颗粒的存在位置。问题：新技术的发展，发现了蛋白质的存在位置还有哪？资料六：展示
15、 1970年L.D.Frye和 H.Edidin的人鼠细胞融合实验。问题：该实验表明什么？问题：根据已有的生物知识或生活经验，你能列举哪些证明细胞膜具有流动性的证据。（细胞膜具有流动性，必然体现在膜的形状变化或其上分子的运动。膜的流动性指磷脂分子可以运动，大多数的蛋白质分子可以运动。）对“单位膜”模型对膜的静态观点提出疑问。通过对实验照片的观察，可得出膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质镶嵌在脂质双分子层中的。学生根据已有知识可以理解膜具有流动性，并举出例子。如受精时细胞的融合过程；动物细胞分裂时细胞膜的缢裂过程。题和解决问题的能力。培养学生的观察能力。提出技术进步推动了假说发展着技术进
16、步，假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想象提出假说进一步验证完善不断发展。通过对膜通过前面实验的积累，总结出流动镶嵌模型的主要内容。在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于生物膜的分子结构模型。资料七：展示 1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图。问题：细胞膜的组成成分？问题：细胞膜的基本支架？问题：蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？问题：细胞膜的结构特点？（ 1向学生展示流动镶嵌模型的教具，画细胞膜结构的简图，并注明主要分子的名称。 2.学生通过前面的实验及分析可以理解膜的流动性，但是教师可以通过幻灯片展示膜运动的Flash，简单介绍膜运动的方式，加深
17、学生对此知识点的理解）学生根据科学家对膜结构的历史过程，基本上可以描述出流动镶嵌模型的基本内容。让学生根据对实验的分析，自己总结出膜的结构特点：具有流动性。结构的不断探索，经过科学教的努力，提出被大多数人所接受的流动镶嵌模型。（本部分计划用时25分钟）四、课堂小结小结19 世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由_组成的。20 世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由_和_组成。1925 年，荷兰科学家得出：脂质分子是_层分布的；1959 年，罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由_ 三层结构组成；1970 年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有_ 性；1972 年桑格和尼
18、克森提出1972 年，桑格和尼克森提出了流动镶嵌模型。思考 生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？ 纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技术的进步所起到怎样的作用？ 分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应是如何体现的？根据本节课的学习内容，以填空的形式进行总结。通过重温对生物膜结构的探索过程，让学生能够认识到科学探索的一般规律。以填空的方式对本节课学习内容进行总结。并用 ppt出示相关答案（本部分计划用时5分钟）五、课堂反馈让学生简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容并举例说明生物膜具有的流动性特点。通过课后练习题检测本检查本节课的学习情况。（本部分计划用时节课的学习情况，了解学生
19、的掌握知识的情况及时作出反馈。6分钟）教后反思：1尽量为学生创造探究活动的机会，激发学习兴趣。本节教学设计上主要突出科学史教育，经过教师精心设计，将各位科学家实验的资料，再加工成一连串环环相扣的问题来引导学生探究，让学生身临其境，仿佛自己就是科学家在进行研究，从中学习模型建构方法：实验、推理想象提出假说进一步验证完善不断发展；正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用；总结科学发现的一般规律。 2以活动促发展，促进学生知识建构。本节既有资料探究，小组讨论学习的活动，也有通过多媒体课件、学生画图、模型制作等手段，让学生动脑、动口、动眼、动手，学生学习方式多样，落实新课程标准倡导自主、探究、合作学习的要求，有效实现三维目标。
