1、 对生物膜结构的探索历程【教材与学习分析】教材的前一节内容介绍了物质跨膜运输的实例，学生们也已经认识到了细胞膜和其他生物膜都是具有选择性膜。那么到底是一种怎样的结构赋予了生物膜如此神奇的功能？教材在这一节展示了从 19 世纪末到 20 世纪 80 年代科学家们对生物膜结构的探索和研究。而我们老师在教学过程中应旨在让学生了解生膜结构模型是怎样一步步建立起来的同时，也让他们领悟到在此过程中科学家们运用到的科学研究方法，学习科学家们实事求是、严谨推理、大胆猜想的科学态度。这部分的知识若只采用讲授法未免太枯燥乏味，所以教师应在课堂中以多种教法相结合，调动学生的积极性，让学生们能在快乐中学习。【教学目标
2、】 知识目标：了解生物膜模型的建立过程；能叙述处生物膜的基本组成；了解科学家们在探索过程中所用到的科学研究方法。能力目标：能从阅读素材和文献中提炼出有用信息，提高阅读素养；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情感目标：使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点 领悟到科学家们实事求是的严谨科学态度；培养严谨的推理和大胆想象能力体会到科学研究设备的进步对科学研究的强大推动力。【重点分析】本节的重点在于让学生能叙述处生物膜的基本组成部分，了解生物膜结构的探索历程以及其中的经典实验。对科学探究过程的分析，如何体现生物膜的结构与功能相统一。【难点分析】本节在探究细胞膜中脂质分子
3、的排列方式实验中，实验现象形成的原因；探讨在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。【教学方法】读书指导法、讨论法、讲授法相结合【教学时间】10 分钟【教学过程设计】师：同学们，通过我们前面的学习，我们已经知道生物膜具有选择透过性，那么大家有没有想过：为什么生物膜会具有选择透过性呢？这一定和生物膜的结构有关吧？那又是怎样的结构赋予了生物膜如此神奇的功能呢？好，这节课，就让我们跟随着科学家们的脚步一起来探究一下这个奥秘。 （板书：对生物膜结构的探索历程）师：大家打开课本的 65 页，阅读“对生物膜结构的探索历程”这一部分的内容，在 1 分钟半之内分别找出在什么时间、谁、通过怎样的实验
4、、有了什么样的结论，并在书上画出来或者写出来，任务都清楚了么？生：清楚了。师：好，现在计时开始。(老师走到学生中间进行必要指导)师：好，时间到，老师看到大家都在书上勾画出来了重要的信息，现在我么来共同看一看。既然我们要对生物膜的结构进行探索，那我们是不是首先要对它的物质组成进行了解呢？生：是师：嗯，是的，在 19 世纪末，科学家尼克森在进行了上万次实验后发现：脂溶性的物质要比非脂溶性的物质更容易透过细胞膜，根据相似相容原理，他大胆地提出：膜是由脂质构成的。 （板书：19 世纪末 膜是由脂质构成）到底是不是这样的呢？其他的科学家怀着这样的疑问，继续进行探索。到了 20世纪初期，科学家们从红细胞中
5、将细胞膜分离出来，进行化学分析，证明了：膜的主要成分是蛋白质和脂质。 （板书：20 世纪初期 膜的主要成分是蛋白质和脂质）到了这里，我们的探究是不是就可以告一段落了？为什么？生：是，因为我们已经弄清了生物膜的物质组成。师：是的，现在我们探究出膜的主要成分了，那么接下来，我们是不是就应该探讨一下这些成分在空间上是怎么排布构成生物膜的呢？生：是师：嗯，在 1925 年，荷兰的两位科学家用丙酮从人的红细胞中提取出脂质，并将这些脂质在空气水界面上铺展开来，在这里老师要给大家补充一点内容：其实脂质包括磷脂、胆固醇、糖脂，而以磷脂为主，所以我们这里所说的铺展开来的脂质，大家可以将其看做磷脂，明白了么？生：
6、嗯！师：而磷脂分子的结构是这样的呢？（在黑板上画出磷脂分子的结构） ，大家看，它拥有一个亲水的头部和疏水的尾部，大家想想，它有这样一个结构，那么磷脂分子在水和空气的界面中是如何排布的呢？大家自己在草稿纸上画一画。生:（在纸上画出图示）师：嗯，我看到大家都画的很正确，因为磷脂分子的头部是亲水的，所以它就应该朝向水的这一面，它的尾部是疏水的，所以它就应该朝向空气的那一面（一边在黑板上画出图来）科学家观察到单分子层的面积恰好为红细胞表面积的 2 倍， （手拿两张纸加以解说）大家说，这样一来可以推断出什么来？生：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。1959 年 师：对！这样我们就可以推断出：细胞膜中的
7、脂质分子必然排列为连续的两层！（1925 年 膜中的脂质为连续排列的两层）现在我们已经弄清楚了脂质分子的排列，那么组成生物膜的另一种成分蛋白质呢？它和脂质之间又是怎样的一种位置关系呢？后来，有学者推测脂质分子两边各覆盖着蛋白质，到了 50 年代，电子显微镜诞生了，罗伯特森用它看到了细胞膜暗亮暗的三层结构，（在黑板上画出暗亮暗的三层结构）接着，又在其他科学家的研究之上罗伯特森大胆地推测生物膜的蛋白质脂质蛋白质这样的三明治模型，并认为它是一个静止的结构，（板书： 1959 “三明治”结构）根据我们现有的知识，大家认为这一模型有什么不足？生:这个模型不应该是静止的，这样一来变形虫的运动、白细胞吞噬病
8、原体等一系列现象就没法解释了。师：嗯，有道理。那现在大家回过头来再思考一个问题：罗伯特森凭什么推测生物膜暗亮暗的三层结构就是蛋白质脂质蛋白质呢？生：师：这是因为蛋白质的分子量远远大于脂质的分子量，所以电子穿透蛋白质要比穿透脂质难，那么脂质所存在的地方当然要比蛋白质存在的地方要亮。明白了么？生：明白了。师：好的。那么接着，罗伯森特提出的三明治模型确实很快又被新的科技手段下的实验否定了，科学家们证实膜蛋白并不是全部铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。大家现在仔细阅读一下 67 页的这个实验材料，看看通过这一实验科学家们是如何得出了“细胞膜具有流动性”这一结论的？运用了什么实验方法？（
9、板书：20 世纪 60年代 蛋白质的镶嵌性）生：师：嗯，在这里，我们可以看到：科学家门用了红色荧光染料标记人细胞的表面蛋白，用绿色荧光染料标记小鼠细胞的膜蛋白，将两个细胞融合，在刚刚融合的时候，我们可以看到这个杂交细胞一半发绿色荧光一半发红色荧光。在 37下经过 40 分钟发现：两种颜色的荧光均匀的分布开了。这个实验说明了什么？生：细胞膜不是一个静止的结构，它是可以流动的。师：嗯，对的。也就是说细胞膜具有流动性。 （板书：1970 年 细胞膜具有流动性）这样一来，之前我们所说的变形虫运动、白细胞吞噬病原体等现象是不是就可以解决了？生：是。师：嗯，这也就体现了结构与功能相适应的观点，对不对？生：
10、对！师：在继承前人的结论基础上，科学家们进行了进一步的观察和试验，提出了流动镶嵌模型，而这一模型被大多数人接受。（板书：1972 年 流动镶嵌模型）当然，人类对自然界的认识永无止境，流动镶嵌模型需进一步完善和发展，在新技术的创新和进步下，对膜的研究将更加细致入微。而在座的你们正是新生的科研力量！师：好，我们这节课重温了科学家探索细胞膜结构的历程，使我们加深了对科学过程和方法的理解。我们的作业就是，如果你是一位科学家，你认为在科研的过程中需要怎样的科学态度，阻碍你们科研的又会是什么因素？就这两个问题，结合我们今天学习的探索历程，大家下去思考，我们下节课讨论交流。【板书设计】对生物膜结构的探索历程19 世纪末 膜是由脂质构成的。20 世纪 膜是由脂质和蛋白质组成的。1925 年 膜中的脂质为连续排列的两层。1959 年 “三明治”结构20 世纪 60 年代 蛋白质的镶嵌性 1970 年 细胞膜具有流动性1972 年 流动镶嵌模型
