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視頻標簽：生物膜的流動,鑲嵌模型
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：高中生物人教版必修1分子與細胞-《生物膜的流動鑲嵌模型》天津
教學設計、課堂實錄及教案：高中生物人教版必修1分子與細胞-《生物膜的流動鑲嵌模型》天津市新華中學
《生物膜的流動鑲嵌模型》 教學設計
【教材分析】 1、地位作用
《生物膜的流動鑲嵌模型》一節是人教版《必修1分子與細胞》第四章《細胞的物質輸入和輸出》之第二節，與第一節“物質跨膜運輸的實例”所反映的生物膜對物質的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯系，并對第三節學習“物質跨膜運輸的方式”作了知識準備。這3節內容的內在聯系是：功能—結構—功能，由此可見，這節的內容安排很巧妙在第四章中起著承上啟下的作用，有助于幫助學生建立結構與功能相適應的觀點。 2、本節主要內容： （1）科學家對細胞膜結構的探索歷程。本節以較多的篇幅介紹了對生物膜結構的探索歷程，并安排了兩個思考與討論，讓學生在認識細胞膜結構的同時，了解這些知識的來龍去脈，認識到可以通過對現象的推理分析提出假說，假說仍然需要觀察和實驗來驗證。隨著技術手段的改進不斷發現新的證據，原有的觀點或理論還會不斷得到修正和完善，并歸納總結出生物膜模型建構的基本方法。
（2）生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，學生必須展開想象力，通過制作模型等，構建細胞膜的空間立體結構，理解和掌握生物膜的流動鑲嵌模型的基本要點。
【學情分析】
1、學生已經了解了細胞，知道了組成細胞的元素和化合物，掌握了細胞的基本結構，尤其是細胞膜作為最基本生命系統的邊界等相關知識，為本節知識的學習奠定了基礎。
2、高中學生已具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，但往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考。 所以教師的思維導向就顯得十分重要。本節課利用科學史實驗資料，設計學生要探究的問題，讓學生在問題引導下進行基于資料和問題的課堂探究活動，問題的設計層層深入，按照學生的思維水平和能力達到一定深度，使學生順利由感性認識向理性認識過渡。 【教法分析】
根據主體性教學目標，以“自主性、探究性、合作性”為學生學習的三個基本維度，以培養學生的科學素質為指導，以側重科學方法教育為歸宿。本節課采用“引導探究”教學模式，融合討論法、比較法、歸納法等多種教學方法，并配以多媒體輔助教學，引導學生模擬科學發現過程。與此同時要注重教師與學生之間以及學生和學生之間的互動,適時適度的引導學生,讓學生自己去進行分析、討論、歸納和總結。 【教學目標】 1．知識與技能
①通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發現的一般規律。 ②舉例說明生物膜具有流動性特點。
③簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。 2．過程與方法
①通過分析科學家建立生物膜模型的過程，學習做出假設。
②發揮空間想象力，通過制作模型，構建細胞膜的空間立體結構。
3．情感態度與價值觀
①生物膜結構的研究是立足于生物膜所具有的功能特點上開展的，樹立生物結構與功能相適應的辯證唯物主義自然觀。 ②正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據，需要有嚴謹的推理和大膽的想象，并通過實驗進一步驗證。
③正確認識實驗技術手段的進步在促進科學的發展中的作用 【教學重點】流動鑲嵌模型的基本內容
【教學難點】探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點 【教學方法】討論法、比較法、歸納法等
【教具準備】多媒體課件、制作生物膜模型的廢舊物品（包裹中藥丸的球形蠟殼、電線、解
剖針、泡沫塑料等）
【課時安排】1課時 【教學設計思路】
【教學實施的程序】 教師活動
學生活動
教學意圖 新課導入：課本P65[問題探討] :
在制作真核細胞三維結構模型的活動中，選用塑料袋、普通布和彈力布三種材料做細胞膜，哪種材料更適于體現細胞膜的功能
分小組討論回答：
三種材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布雖具有一定的通透性但是不具有彈性，而彈力布不僅具有一定的彈性，還具有一定的通透性。
點燃學生的好奇之火，激發學生對生物膜結構的強烈興趣和渴望探索的動機。 教師提問：
為什么彈力布適于體現細胞膜的功能，能不能舉出實例進行解釋？
舉例：①細胞膜很薄，是細胞這個生命系統的邊界。②細胞膜是選擇透過性膜，能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過。③塑料袋只能滿足作為系統邊界的要求，普通布能夠滿足系統的邊界和讓一部分物質透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足前面提到的三項功能的要求。
教師講述：當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。今天就讓我們沿著科學家的腳步看看科學家是怎樣一步步的揭開膜結構的神秘面紗的! 一、生物膜結構的探索歷程
教師講述：科學家是怎樣開始對膜結構的研究的呢？閱讀回答問題： PPT展示：
實驗一：1895年E.Overton用植物細胞研究細胞膜的通透性。他選取用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行上萬次的研究發現：脂溶性分子易透過細胞膜；而非脂溶性分子則難以通過。
提問1：歐文頓得出了什么結論?他是依據什么得出的？ 結論得出后還有必要進行驗證嗎？
實驗二：20世紀初，科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發現細胞不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶（能專一地分解蛋白質的物質）分解。
提問2：科學家通過實驗得出了什么結論? 該結論是否支持歐文頓的發現？ 實驗三：1925年，兩位荷蘭科學家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提紅細胞膜脂質實驗：將抽提出的脂質在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得其分子所占的面積相當于所用的紅細胞表面積的2倍。
提問3：科學家在實驗中觀察到什么現象？他們推測磷脂分子在細胞膜中是怎樣排列的? 細胞膜中的脂質為什么會排列為連續兩層呢？細胞膜中的磷脂分子會排列成怎
學生閱讀課本P65—P67內容：
小組討論回答：
1、膜是由脂質組成的。需要驗證。限于當時的技術條件，科學家們不知道細胞膜的結構，只好從研究細胞膜的生理現象入手來探究其化學組成成分。
2、細胞膜的主要成分是脂質和蛋白質。該結論支持歐文頓的發現。
小組討論回答：
①實驗的現象是什么？ （測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。）
②實驗結論是什么？ （細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層。）
③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續的兩層呢？ （磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸組
開始學習模型建構的方法。
假說是怎樣提出的。讓學生認同“提出假說”的科學方法：主要是限于當時的條件。實驗、推理想象—假說—進一步驗證完善。
樣兩層呢？畫出來進行比較哪種情況膜穩定性強？
教師活動：介紹磷脂分子
成。其磷酸“頭部”是親水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。該結構決定了細胞膜中磷脂分子的排列方式。） 利用手勢說明排列方式。 3、細胞膜是由雙層磷脂分子構成。親水頭部朝外，疏水尾部朝內。
隨堂練習：見PPT 學生討論回答
訓練學生分析問題和解決問題的能力。
訓練學生分析問題和解決問題的能力。 實驗4：1959年，J.D.Robertsen根據電鏡下觀察到的細胞膜暗—亮—暗的三層結構，提出單位膜結構模型。
教師講述：靜態的三層結構模型不能解釋植物細胞的質壁分離、哺乳動物成熟紅細胞皺縮和脹破、變形蟲的變形運動，對膜結構產生質疑。
實驗5：鏡冰凍蝕刻細胞膜示意圖 時間：20世紀60年代
實驗: 科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中蛋白顆粒
實驗6：熒光技術細胞融合實驗 時間：1970年
科學家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin) 實驗：人鼠細胞融合
小組討論回答：
①實驗的現象是什么？ (在電鏡下看到了細胞膜清晰的“暗—亮—暗”三層結構。)
②羅伯特森提出了什么假說？ (所有生物膜都是由“蛋白質—脂質—蛋白質”三層結構構成的靜態統一結構。)
③討論“三明治”模型的局限性？ (把生物膜描述為靜態的剛性結構，解釋不了膜的許多生理功能。)
學生觀察并討論回答：
觀察：科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中蛋白顆粒分布示意圖。 小組討論回答：
實驗的現象是什么？ (實驗表明蛋白質并不是全部平鋪在脂質的表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中的。)
學生觀察并討論回答： 觀察：Flash演示小鼠細胞和人細胞的融合過程。 小組討論回答：
①實驗的現象是什么？ （兩種顏色的熒光均勻分布。） ②實驗結論是什么？ [細胞膜
了解技術進步對科學研究發展的作用。
了解技術進步對科學研究發展的作用。
了解技術進步對科學研究發展的作用。
具有流動性（膜分子是運動的）。]
③例舉細胞膜具有流動性？ （植物細胞質壁分離、變形蟲運動等。）
師生共識：細胞膜具有流動性，必然體現在膜的形狀變化或其上分子的運動。 實驗7：展示1972年桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型示意圖。
學生閱讀課文，結合PPT展示的流動鑲嵌模型示意圖思考和總結：
讓學生進一步認同技術進步推動了假說的發展，并且假說不斷被修正和完善。突出模型建構方法：實驗、推理想象—提出假說—進一步驗證完善—不斷發展。 二、生物膜的流動鑲嵌模型的內容： flash演示：
細胞膜的亞顯微結構模型
教師提供材料：
制作生物膜模型的廢舊物品（包裹中藥丸的球形蠟殼、電線、解剖針、泡沫塑料等）
教師提問：
①細胞膜的組成成分？ ②細胞膜的基本支架？
③蛋白質分子在磷脂雙分子層上如何排布的？
④細胞膜的結構特點是什么，為什么細胞膜會有這樣的特點？
⑤細胞膜外表面的特殊結構是什么，有好作用？
教師小結：
①19世紀末，歐文頓的實驗和推論：膜是由_______組成的。
②20世紀初，科學家的化學分析結果，指出膜主要由_____和____組成。
③1925年，荷蘭科學家得出：脂質分子
1、學生觀察：
2、學生分小組制作生物膜模型：
3、每個學生小組派代表展示、講解：
4、回答問題：
①、脂質、蛋白質和糖類。 ②、磷脂雙分子層構成膜的基本支架。
③、蛋白質分子或鑲入或嵌入，或橫跨于磷脂雙分子層中，多數蛋白質是可以運動的。
④、生物膜具有一定的流動性。組成細胞膜的磷脂分子和蛋白質分子是可以運動的，所以使得細胞膜具有了流動性。 ⑤、細胞膜外表，有一層由細胞膜上的蛋白質與糖類結合形成的糖蛋白，叫做糖被。具有保護、潤滑 識別的作用 學生作答：
通過動畫演示、直觀圖片、學生動手制作模型和提問強化生物膜“流動鑲嵌模型”的基本內容。
糖蛋白
磷脂分子
蛋白質分子
磷脂雙分子層
糖類
是 層分布的。
④1959年，羅伯特森提出的“三明治”結構模型：所有生物膜都由 三層結構組成。 ⑤1970年，熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗，指出細胞膜具有 性；
⑥1972年桑格和尼克森提出⑥1972年，桑格和尼克森提出了 模型。
總結結構與功能相適應的觀點；人類對自然的認識是永無止境的 教師講述：人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發展流動鑲嵌模型。
學生思考、分小組討論交流： ①生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？
②縱觀整個人們建立生物膜模型的探索過程，實驗技術的進步起到怎樣的作用？
③分析生物膜模型的建立過程中，結構和功能相適應是如何體現的？ 思考
④分析生物膜建立的過程你受到什么啟示？ 實現“情感、態度與價值觀”的課程目標。
課堂反饋：
1．下列哪項敘述不是細胞膜的結構特點？（ ）
A．細胞膜是選擇透過性膜
B．細胞膜由磷脂分子和蛋白質分子構成 C．細胞膜的分子結構具有流動性
D．有些蛋白質分子可在膜的內外之間移動 2．人體某些白細胞能進行變形運動、穿出小血管壁，吞噬侵入人體內的病菌，這個過程的完成依靠細胞膜的（ ） A．選擇透過性 B．保護作用 C．流動性 D．自由擴散
3．一位細胞學家發現，當溫度升高到一定程度時，細胞膜的面積增大而厚度變小，其決定因素是細胞膜的（ ） A．結構特點具有流動性 B．選擇透過性 C專一性
D．具有運輸物質的功能
學生思考、作答。
訓練學生自我發現問題好解決問題的能力，了解學生學習情況。
課后延伸：
利用互聯網搜索科學家對生物膜研究的最新進展資料，并通過自己的加工將資料
學生整理、在班級里進行交流。 讓學生帶著
問題走出課堂，再次強
整理出來，拿到班上相互交流
化流動鑲嵌模型的基本內容。
【板書設計】 問題探討：
一、生物膜結構的探索歷程 實驗 得出結論 1 2 3 4 5 6
二、生物膜的流動鑲嵌模型的內容： 【教學反思】
1、盡量為學生創造機會進行探究活動，激發學生學習興趣。本節教學設計上主要突出科學史實教育，經過教師精心設計，將各位科學家實驗的資料，再加工成一連串環環相扣的問題來引導學生探究，讓學生身臨其境，仿佛自己就是科學家在進行研究，從中學習模型建構方法：實驗、推理想象——提出假說——進一步驗證完善——不斷發展；正確認識實驗技術手段的進步在促進科學研究發展中的作用；總結科學發現的一般規律。
2、保護學生的自尊心，培育學生創造的激情。教師必須設置好探究歷程的梯度（如，補充磷脂分子結構與特性的知識），并且不能超出學生當前的認知結構和認知水平，并適時、恰當地給學生創新提供幫助，使其能享受成功喜悅，激發并能維持學生的創造熱情。
3、以活動促發現，促進學生知識建構體系的建立。本節既有資料探究，小組討論學習的活動，又有通過多媒體課件、學生畫圖、模型制作等手段，讓學生動腦、動口、動眼、動手，學生學習方式多樣，落實新課程標準倡導自主、探究、合作學習的要求，有效實現三維目標，學生學得既靈活又實在。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
