《生物膜的流動鑲嵌模型》教學設計

　　摘 要： 生物教師應提供探究素材和經典實驗資料，創設探究情景，激發學生學習興趣，引導學生進行想象分析和推理，緊扣功能與結構相適應觀點，使學生建構出生物膜的結構模型。
　　關鍵詞： 《生物膜流動鑲嵌模型》 磷脂雙分子層 蛋白質 糖蛋白 教學設計
　　
　　1.教學目標
　　1.1知識目標：簡述生物膜的結構。
　　1.2能力目標：
　　（1）探討問題并分析實驗結果，養成科學探究的能力。
　　（2）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。
　　1.3情感目標：樹立生物結構與功能相適應的辯證觀點，使學生不畏艱難，熱愛探究。
　　2.教學重點和難點
　　2.1教學重點：流動鑲嵌模型的基本內容。
　　2.2教學難點：生物膜中磷脂分子的排布形式；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。
　　3.教學過程
　　3.1直接導入
　　細胞膜等生物膜作為邊界，能夠選擇性地控制物質的進出，水分子可以自由通過，一些離子和小分子也可以通過。其他小分子、大分子則不能通過。生物膜到底有著怎樣的結構，使其能夠選擇性控制物質的進出呢？為了弄清這個問題，生物學家們進行了艱辛而漫長的探究。下面我們循著生物學家的足跡，慢慢揭開掩蓋在生物膜上的那層神秘面紗。（設計意圖：創設探究情景，激發學生的興趣，學生回憶前面所學內容并進入學習狀態，為進一步學習做好準備并且完成了知識的銜接，進入細胞膜流動鑲嵌模型的教學。）
　　3.2生物膜結構的探究
　　3.2.1歐文頓——細胞膜中含有脂質
　　出示資料一：1895年，歐文頓（E.Overton）用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗，發現脂質更容易通過細胞膜。對于他的實驗結果，我們分析一下，能得到怎樣的結論？學生討論、分析得出結論：細胞膜是由脂質組成，進一步研究發現組成細胞膜的脂質主要是磷脂和固醇。同時讓學生認同歐文頓的研究現在看來是微不足道的，但他用了500多種物質，完成上萬次的實驗并獲取成功，卻是值得我們學習和稱道的，同樣在學習上要獲得哪怕是一點點的收獲，都需要我們付出艱辛的勞動。（設計意圖：培養學生探討問題并分析實驗結果的能力，對學生進行情感教育，激勵學生不畏艱難，努力探求未知。）
　　3.2.2磷脂分子在細胞膜中的排布形式
　　出示資料二：1925年，荷蘭科學家戈特、格倫德爾從細胞膜中提取脂質，鋪成單層分子，發現該面積是細胞膜表面積的2倍。為什么會是2倍的關系，怎么不是1倍呢？學生討論、分析得出結論：磷脂分子是雙層排列的。教師介紹：磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。磷脂分子在空氣和水的界面上會鋪展成單層分子，這種單層分子具體是怎么排布的？在細胞膜中雙層磷脂分子又是如何排布的？教師巡視，指導學生繪出磷脂分子的排布，并予以評價。雙層磷脂分子的排布是個難點，教師可作如下分析：在水和空氣的界面上，FU9eMGoVvu9cNauJFdqhig==磷脂分子的磷酸“頭”部是親水的，伸入水面，而尾部伸向空氣；細胞生活在液體環境中，由于膜內外兩側都是水環境，所以雙層磷脂分子的排布都是頭部伸入水環境，尾部背離水環境，即頭部朝向兩側，尾部靠攏在一起（見圖1）。這種雙分子層是自發形成的，能自我修復，有一定的延展和伸縮性。（設計意圖：培養學生繪圖和分析能力，突破磷脂雙分子層如何排布這一難點，使學生能深刻理解這種排布的原因。）
　　3.2.3蛋白質在細胞膜中的排布形式
　　出示資料三：1935年Danielli和Davson提出“蛋白質—脂質—蛋白質”的“三明治”模型，并在1959年提出了修正，認為膜上還有通道。供親水物質通過。
　　接著出示資料四：1959年Robertson提出”單位膜”模型，認為所有膜厚約7.5nm，由厚約3.5nm的雙層磷脂分子和內外表面各厚約2nm的蛋白質構成。并且給予提示：
　　提示①：并不是所有生物膜厚度都是7.5nm，而是在5-10nm之間。
　　提示②：用物質（如去垢劑）去掉膜上蛋白質時，發現有些蛋白質很容易去掉，有些則很難。
　　提示③：變形蟲的變形運動，以及小鼠細胞和人細胞的融合實驗。
　　教師同時提出問題：你對這兩種模型中的蛋白質分子排布有什么看法？讓學生積極討論指出不足：1.靜態的；2.蛋白質平鋪覆蓋在磷脂分子上。依據以上對“三明治”模型、單位膜模型不足之處的分析，使學生了解膜上的蛋白質可能鑲在、嵌入或貫穿磷脂雙分子層，甚至形成通道。學生再次動手，依據自己的理解畫出膜結構并簡單地畫出來，教師再次巡視，并給予評價。（設計意圖：讓學生插上想象的翅膀，構建自己心目中的模型。）
　　3.3流動鑲嵌模型的介紹
　　通過以上一系列的探究和分析，細胞膜的結構呼之欲出，可謂水到渠成。教師對做流動鑲嵌模型作如下介紹：現在廣為接受的是1972年桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型。注意強調基本支架，蛋白質的排布方式，糖被及糖被的位置；注意強調膜結構特點和功能特性的區別；注意強調膜的流動性和膜蛋白分布的不對稱性；注意強調其他膜和細胞膜有類似的結構，隨著科技的進步，我們對細胞膜的認識會進一步加深。
　　3.4課堂小結
　　流動鑲嵌模型較好地體現了質膜的流動性和不對稱性，這是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質運輸、細胞信息傳遞、細胞識別、細胞免疫、細胞分化，以及激素的作用，等等都與膜的流動性、不對稱性密切相關。生物體的結構與功能是相適應的。讓學生閱讀學案，了解生物膜的其他模型——板塊鑲嵌模型和脂筏模型，脂質體及其應用。（設計意圖：讓學生樹立生物結構與功能相適應的辯證觀點，了解其他模型，拓展視野，激發學習興趣。）