1、2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 1 页 （共 7 页） 人教版必修一分子与细胞 第四章 细胞的物质输入和输出 第 2 节 生物膜的流动镶嵌模型 教 学 设 计 陈乔平 吕正余 （江苏省淮安中学 223200） 1 教材分析 1.1 教材的地位和内容 “生物膜的流动镶嵌模型”一节是人教版必修 1 分子与细胞第四章细胞的物质输入和输出之第二节，与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以，这节的内容安排很合理，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。 本节主要包括对 生物膜结构的探
2、索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。在教学中，要充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，切身感受科学的魅力，保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。让学生在探究中学习科学探索的方法，从而渗透探索科学过程和方法的教育。 1.2 课程三维目标 的确定 1.2.1 知识与技能 本节内容的课程标准是“简述细胞膜系统的结构和功能”。这项要求包括两层含义：一是简述细胞的生物膜系统的概念和功能；二 是简述生物膜的结构。因此本节在 知识与技能 方面的目标可定为 简述生物膜的结构 。 1.2.2 过程
3、与方法 本节内容以细胞膜分子结构的探究历程为主线，学生动脑分析实验现象得出实验结论并构建模型为重点，让学生们从中体验科学的实验思想和实验方法。因此本节在 过程与方法 方面的目标可定为 尝试提出问题做出假设 。 1.2.3 情感、态度与价值观 本节教材介绍了人类探究生物膜结构的过程和方法，可以加深学生对科学的历史和本质的认识，特别是这些内容中所体现的结构和功能相统一，技术手段的进步，促进科学的发展等观点对于学生的情感态度与价值 观领域的发展有重要价值。因此本节在情感、态度与价值观方面的教学目标可定为 探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用 ;探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与
4、功能相适应的观点 。 1.3 重点、难点的确定 生物膜的功能特性是具有选择透过性，根据结构与功能相适应的生物学基本观点，因此确定本节的教学重点为 流动镶嵌模型的基本内容 。 高一学生已有的生物学知识和生活经验较少，空间想象能力和逻辑推理能力有限，因此确定本节的教学难点为 探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点 。 1.4 学情分析 学 生在第三章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型，已经知道细胞膜很薄， 细胞膜是最基本生命系统的边界，控制物质的进出，具有选择透过性。在第四章第一节的学习中做过植物 细胞的质壁分离和复原实验， 已经了解细胞膜具有一定的弹性，这些已有的知识和经验为
5、本节的学习奠定了基础。 高一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，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。 1.5 教学方法的确定 以学生“自主、探究、合作 ”的学习方式来优化课堂学习与教学，实现课程三维目标。本节课采用“引导 观察分析实验现象 提出假设 实验验证再分析”的教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以多媒体辅助教学，尤其在体验生物膜的探索历程上给学生以动态的感觉，轻2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 2 页 （共 7 页） 松
6、地讲授本节的两大知识板块。 1.6 学习方法的确定 “ 授人与鱼，莫过于授人与渔 ” ，学生学习的最终目点不是仅仅为了 “ 学会 ” 知识，更是为了 “ 会学 ”知识。 在教学中，要注重学生学习方法的指导和培养。在本节课中，学生将通过多种途径，如：观察、阅读、思考、分析、讨论、 探究等等，来开展学生之间的协作学习和自主学习，形成以学生为主体的教学模式。让学生通过自己的主体活动，根据自身的反馈信息来形成对客观事物的认识和理解，从而发展自身的创造性思维能力，提高自身的信息素养。 2 教学设计 2.1 设计思想 这节课以教改的新生物课程标准所倡导的教学理念：面向全体学生、提高生物科学素养、倡导探究性
7、学习为设计指导思想。把培养会学习的、具有高度科学文化素养和人文素养的人作为最终教学目标。尝试进行信息化环境下的教学设计（信息化教学设计），即用系统方法，以学为中心，充分利用现代信息技术和 信息资源，科学地安排教学过程的各个环节和要素，以实现教学过程的优化。 2.2 设计思路 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过程的艰辛。 同时 对探索历程的内容添加小标题以凸显脉络，像 “ 层层剥去笋衣 ” 一样，将小标题作为思考讨论的切入点一一展开，帮助
8、学生梳理并体验结构模型的建构方法，同时理解并能够描述流动镶嵌模型的基本内容。 2.3 教学程序 2.4 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 引入 （ 5 分钟） 问题探讨 在制作真核细胞三维结构模型的活动中，选用塑料袋、普通布和弹力布三种材料做细胞膜，哪种材料更适于体现细胞膜的功能？ 小组讨论 回答 三种材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布不具有 柔变性，而弹力布不仅具有柔变性，还具有一定的通透性。 点燃学生的好奇之火，激发学生对 生物膜结构 的强烈兴趣和渴望探索的动机。 师生共识 选择 弹力布 做细胞膜的材料 ，相对好一些。 过渡 当然，这几种材 料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差
9、距。今天就让我们一起 随着小探索者去亲历科学家的探索历程吧 ! 效果 让学生 宛如亲历科学探索历程，切身感受到科学的魅力，始终保持高昂的兴趣，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，且加深对科学过程和方法的理解。 2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 3 页 （共 7 页） 教师活动 学生活动 设计意图 新课 （ 32 分钟） 一生物膜结构的探索历程 过渡 一种物质或物体的结构是其组成成分间的组合形式的体现。 要弄清某一物质或物体的结构，首先要弄清其化学组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么？ 设疑 探究细胞膜的化学组 成成分，为什么不用化学分析的方法呢？ 小组讨论回答 限于当时的技术
10、条件，科学家们不知道细胞膜 的结构 ，只好从研究细胞膜的生理现象入手来探究其化学组成成分。 开始学习模型建构的方法。 小标题一 从细胞膜功能入手的科学探究 展示资料 1 细胞膜的通透性 实验 时间： 19 世纪末 1895 年 科学家：欧文顿（ E.Overton） 实验：物质对 细胞膜的通透性 问题：实验的现象是什么？ 欧文顿提出了什么假说？ 设疑 正是有了实验观察，科学家才有了严谨的 推理和大胆的想像。膜是由脂质组成的这一假说在 19 世纪被提出。假说 是否 还需要进一步的实验和观察来验证和完善 ？ 展示资料 2 细胞膜提取分离和成分分析 时间： 20 世纪初 实验：科学家将细胞膜从哺乳动
11、物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。 问题：细胞膜是由哪些化学成分构成的？ 阅读 P65 教材正文第 二 段 。 观察 欧文顿 用 500 多种化学物质对植物细胞的通透性实验 小组讨论回答 实验的现象是什么？ （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。） 欧文顿提出了什么假说？ （膜是由脂质组成的。） 回答 需要 阅读 P65 教材正文第 三 段 。 小组讨论回答 细胞膜是由哪些化学成分构成的？ （膜的主要成分是脂质和蛋白质。） 假说是怎样提出的 。 科学的探索要具备严密的思维。 小标题二 单位膜模型的提出 过渡 细胞膜
12、中的化学成分是怎样有机结合构成细胞膜的呢 ?其中涉及到细胞膜中磷脂的排列方式和蛋白质的排列方式及模型的建构。 展示资料 3 两位荷兰科学家 实验过程 时间： 1925 年 科 学家：荷兰科学家 Gorter 和 Grendel 阅读 P65 教材正文第 三 段 观察 动画演示两位荷兰科学家 实验示意图。 了解技术进步对科学研究发展的作用。 2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 4 页 （共 7 页） 教师活动 学生活动 设计意图 实验：磷脂平铺在空气 水界面 问题：实验的现象是什么？ 实验结论是什么？ 细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢？ 展示资料 4 “ 三明治 ” 结构
13、模型 时间： 1959 年 科学家：罗伯特森（ J.D.Robertsen） 实验：罗伯特森电镜下观察到的细胞膜 问题：实验的现象是什么？ 罗伯特森 提出了什么假说？ 讨论“ 三明治 ” 模型 的局限性？ 小组讨论回答 实验的现象是什么？ （测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的 2 倍。） 实验结论是什么？ （ 细胞 膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。） 细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢？ （磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸组成。其磷酸“头部”是亲水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。该结构决定了细胞膜中磷脂分子的排列方式。） 阅读 P66 教材正文第 一 段 观察 展示罗伯特森电镜下观
14、察到的细胞膜 。 小组讨论回答 实验的现象是什么？ (在电镜下看到了细胞膜清晰的“暗 亮 暗”三层结构。 ) 罗伯特森 提出了什么假说？ (所有生物膜都是由 “ 蛋白质 脂质 蛋白质 ” 三层结构构成的静态统一结构。 ) 讨论“ 三明治 ” 模型 的局限性？ (把生物膜描述为静态的刚性结构， 解释不了膜的许多生理功能。 ) 技术进步推动了假说 的 发展 。 小标题三 新技术带来新模型 过渡 随着科学技术的进步，人们从新的实验现象入手对细胞膜的分子结构作出 了新的判断。 展示资料 5 电镜冰冻蚀刻细胞膜示意图 时间： 20 世纪 60 年代 实验 : 科学家用 扫描电镜技术 和冰冻蚀刻技术揭示了
15、细胞膜结构中蛋白颗粒 问题：该图说明了什么？ 观察 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颗粒分布 示意图 。 小组讨论回答 实验的现象是什么？ (实验 表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。 ) 随着技术进步，假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想像 提 出假说 进一步验证完善 不断发展。 2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 5 页 （共 7 页） 教师活动 学生活动 设计意图 展示资料 6 免疫荧光技术细胞融合实验 时间： 1970 年 科学家： 弗雷 (Frye)和埃迪登 (Edidin) 实验：人鼠
16、细胞融合 问题：实验的现象是什么？ 实验结论是什么？ 例举细胞膜具有流动性？ 智慧升华 1972 年，桑格（ S.J.Singer）和 尼克森 （ G.Nicolson） 通过观察和实验，并在继承前人的研究成果基础上，提出了什么样的生物膜分子模型并被人们所接受。 设疑 生物 膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？从生物膜结构的探索历程中，你受到哪些启发？ 阅读 P67 教材正文第 二 段 观察 Flash演示小鼠细胞和人细胞的融合过程 。 小组讨论回答 实验的现象是什么？ （两种颜色的荧光均匀分布。） 实验结论是什么？ 细胞膜具有流动性（膜分子是运动的）。 例举细胞膜具有流动性？ （ 白细胞吞噬细
17、菌、变形虫运动。） 形成共识 1972 年，桑格 和 尼克森 提出了最具代表性的 生物膜模型 流动镶嵌模型。 生生协作，形成共识 流动镶嵌模型不可能完美无缺。 总结结构与功能相适应的观点。人类对自然的认识是永无止境的。 实现“情感、态度与价值观”课程目标。 科学精神和科学品质渗透 人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。 二流动 镶嵌模型的基本内容 动画演示 细胞膜的亚显微结构模型 自学问题 生物膜的基本支架是什么？ 蛋白质分子有哪几种存在形态？ 膜分子 是静止的，还是
18、运动的？ 知识拓展 磷脂分子的运动方式。 1 侧向扩散 2 旋转运动 3 摆动运动 4 翻转运动 5 伸缩震荡 6 旋转异构 阅读 P68 教材正方第一段 观察 三维立体动画演示生物膜的流动镶嵌模型 小组讨论回答 生物膜的基本支架是什么？ 磷脂双分子层。（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧） 蛋白质分子有哪几种存在形态？ 蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的嵌入磷脂双分子层中，有的横跨磷脂双分子层。 （体现了生物膜的不对称性 ） 膜分子是静止的，还是运动的？ 磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（体现了生物膜的结构特点具有流动性） 能力提升 通过观看磷脂分子的运动方式，进一步加深分子
19、运动的直观感受。 通过动画演示和直观图片，强化 生物膜“ 流动镶嵌模型 ” 的基本内容。 2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 6 页 （共 7 页） 教师活动 学生活动 设计意图 小结 （ 4 分钟） 师生合作 绘制生物膜的概念图 运用绘“概念图”，将已有知识系统化、网络化。 巩固 （ 4 分钟） 绘图 绘制细胞膜的亚显微结构示意图 要求 1准确绘制出细胞膜的基本支架、蛋白质的三种位置和糖被。 2准确标注出各部分的结构名称，且用平行线。 生生合作 复习强化 “ 流动镶嵌模型 ” 的基本内容 ，突出教学重点。 课外延伸 兴趣 1 搜索科学家对生物膜研究的最新进展资料 ， 课后相互
20、交流。 参考网址： 兴 趣 2 利用废旧物品制作生物膜模型。 提示： 用包裹中药丸的球形蜡质盒做磷脂分子的头部。去掉药盒表面的腊壳，穿过铁丝或电线，使铁丝或电线成为磷脂分子的尾部。再在盒子扣合处以及与盒子扣合处相垂直的方向打上两组孔（每组两个孔）。每一个盒子都这样做。用较长的铁丝把盒子穿起来，并扣上两半盒子，排列在一个水平面上，这就做好了“磷脂单分子层”。用同样的方法再做一个“磷脂单分子层”，这样就做成了“磷脂双分子层”。用什么材料做蛋白质呢？可以收集废旧包装材料，如包装电器的硬质泡沫塑料，它很容易被你加工成需要的形状。一些“蛋白质 ”可以“漂浮”在膜的两侧，另一些可以“嵌入”或“
21、贯穿”膜。可以用贯穿膜的“蛋白质”来帮助固定磷脂双分子层，穿铁丝的时候把它们穿上就是了。 搜索 1 1975 年 ， Wallach 提出晶格镶嵌模型 。 搜索 2 1977 年 ， Jain 和 White 提出板块镶嵌模型 。 搜索 3 2005 年， Caco-2 细胞生物膜因在结构和生物学性质上与人小肠吸收细胞相似而广泛用于肠道药物吸收机制研究。 成果展示 创新 1 用球形或接近球形的“纽扣”穿上两根“细铜线”，模拟磷脂分子（纽扣模拟磷脂分子的头部，细铜线模拟磷脂 分子的尾部）；用“废旧塑料泡沫”剪成不同圆球形，模拟蛋白质分子。 创新 2 用“乒乓球”穿上两根“细铁丝”，模拟磷脂分子（
22、乒乓球模拟磷脂分子的头部，细铁丝模拟磷脂分子的尾部）；用“橡皮泥”捏成不同圆球形，模拟蛋白质分子。 “兴趣 1”可 培养学生对问题的科学思维方法和探究精神，帮助学生提高对信息技术运用的熟练程度，发展学生的信息素养。 “兴趣 2”可 加深对生物膜流动镶嵌模型基本内容的记忆和理解，同时可培养学生的创新意识和创新精神。 2007 年江苏省高中生物教学优秀教案设计评比 第 7 页 （共 7 页） 3 教学反思 前苏联教育学家苏霍姆林斯基在给教师的建议一文中指出：“在学 校里，重要的不是学到多少知识和技能，而是学会一种会学习的能力，学会自己去学习的能力”。因此 我们对 生物膜的流动镶嵌模型 这一节教材的
23、认识和教学过程的设计，本着 以学生在学习与发展中的主体地位为核心的主体性教育思想和教学思念 。 通过教学资源和信息技术的整合，为学生建立教学情境，使学生自主探究、合作交流，去发现知识、理解知识和运用知识，让学生愿学、乐学、会学，发展成“终身学”。 本设计在教学时，根据学生已有的细胞膜成分的基础，通过提供资料，设置问题，让学生作出假设并建立模型，再以提供科学家的有关实验或是学生设计实验 的形式加以证明，很好的完成了 三维课程 目标 。但还是有些 “ 遗憾 ” 。如 在分组构建模型时，部分小组无法在有限的时间内想到完整的解决方案；在绘制生物膜概念图和细胞膜结构示意图，少数同学的语言描述还不够准确；在展览学生手工制作生物膜模型时，部分 模型制作还不够精致和准确；在小组讨论教学环节，少数学生还显得腼腆，不够热情大方。 教学永远是一门遗憾的 “ 艺术 ” ，上课前预想的很多好的想法、好的创意 ，被 上课时千变万化的情景（每个学生的感知、理解、兴趣和思想集中的程度都不一）而没能 “ 恰倒好处 ” 的实施和解答。这节课上完之后，同样 “ 遗憾 ” 油然尔生。设计教案就是设计民族的未来，让我们少一些 “ 遗憾 ” ，多一些 “ 惬意 ” 。
