“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計

摘要：本節采用科學探究的一般過程及方法，來突破生物膜模型構建的發展史這一主要內容。通過資料展示，學生自主閱讀分析，采用層層設問的形式，引導學生以繪制平面圖的方式，對生物膜模型進行構建，體驗知識的生成過程，培養學生的探究意識，分析解決問題的能力，從而達成教學目標。

關鍵詞：生物膜模型 發展史 科學探究 構建

一、教材分析

“生物膜的流動鑲嵌模型”是人教版高中生物必修1第四章第2節的內容，本節內容是在前面學習細胞膜相關知識的基礎上進行的，同時也以第四章第1節里所接觸的科學探究的一般步驟為基礎；又為下一節學生理解物質跨膜運輸的方式做了良好的鋪墊。由于本節內容是以科學發展史為主線，所以在教學中引導學生主動構建模型，讓學生親身體驗科學家是怎樣通過提出問題、作出假設、進行實驗來得出結論的過程，同時讓學生在知識的生成過程中體驗科學技術所起的作用。

二、教學目標

1.知識目標。簡述生物膜流動鑲嵌模型的基本內容，嘗試通過繪制平面圖，來構建生物膜模型并嘗試探討這個過程如何體現結構與功能相適應的觀點以及實驗技術在其中所起的作用。

2.能力目標。通過構建模型，培養學生科學探究的能力；通過資料分析，培養學生對知識的分析歸納能力。

3.情感態度與價值觀目標。體驗科學探究的歷程，認同科學的進步是一個技術推動的過程，是一個不斷開拓、修正和完善的過程。

三、教學過程

1.創設情境，導入新課。讓兩位學生朗誦“至細胞膜”：人們常說，我比任何電腦都精巧！人們常說，我是他們結構和功能的基本單位；人們還說，他們的生命活動離不開我；可是，是誰，隔開了世事的動蕩，為我守得一份安康？是誰，為我嚴守邊防，維持我的代謝和成長……

2.構建生物膜模型。“觀察現象”（展示資料一：1895年E.Overton的實驗并設問該現象體現了細胞膜哪方面的功能），引導學生嘗試著“提出問題”，如為什么生物膜能控制物質進出？這與其結構有什么關系？學生結合實驗現象“作出合理假設”（細胞膜中含有脂質）。教師設問，要確定假設是否成立，應該怎么做呢？學生在學習了前一節的基礎上很容易答出需要“實驗驗證”。于是，教師展示資料二細胞膜成分的驗證實驗并讓學生分析歸納“得出結論”：細胞膜中含有脂質、蛋白質。

教師設置推想一：根據磷脂分子的結構特點，畫圖表示磷脂分子在空氣—水界面中的排布方式，并請學生板畫出結果。在評價的基礎上，教師結合已學的自由水的作用及細胞中含量最多的化合物等知識。

教師引導學生進行推想二：細胞膜內外兩側都是以水為主的溶液，畫圖表示組成細胞膜的磷脂分子排布方式？教師對學生畫圖及板畫的結果進行講解修正，得出推測的結論，細胞膜中的磷脂成雙層排列。然后，教師在前兩個推想的基礎上進行設問：根據大家的推測，如果提取出細胞膜，并讓它在空氣—水界面上鋪展成單分子層，則單分子層的表面積與細胞膜表面積有什么關系？這時候，學生不難答出2倍的答案。推測是否正確？

教師向學生展示資料三：1925年，兩位荷蘭科學家的實驗并順理成章的得出結論：膜中的磷脂分子必然排列為連續的兩層。由此通過層層設問，層層推想突破學生理解上的難點。

蛋白質在生物膜中怎樣分布呢？教師展示資料四羅伯特森的實驗讓學生進行分析并得出“蛋白質—脂質—蛋白質”的結構，并強調此模型強調的是“三層靜態統一”的結構；隨后讓學生按照羅伯特森的觀點繼續在磷脂雙分子層中畫出蛋白質的分布，由此構建出“單位膜模型”。

3.模型修正。這個模型是否合理呢？接下來就要進行檢驗。教師展示圖片資料五冰凍蝕刻后生物膜的斷裂面，學生很容易發現蛋白質在磷脂雙分子層中的排列并非“對稱”。于是，教師引導學生總結出蛋白質的三種分布方式，即“鑲、嵌、貫穿”，并讓學生修正自己所構建的模型。教師繼續設問，那組成生物膜的蛋白質和磷脂是不是靜止不動的呢？請學生回憶已學知識中哪些例子可以說明膜是流動的。學生回憶時，教師展示白細胞吞噬病菌的動畫及變形蟲、分泌蛋白合成和分泌、質壁分離的圖片幫助學生理解。有沒有相關的實驗可以證明我們的推想是否正確呢？教師展示資料六細胞膜因溫度升高厚度變薄以及資料七“人—鼠”細胞膜融合實驗并組織學生閱讀教材，讓學生嘗試分析實驗可以得出的結論。在上述分析的基礎上，教師展示資料八桑格和尼克森的假說——流動鑲嵌模型并組織學生將前面已學的多糖構建到各自的模型中去。最后予以總結，當一個模型在經過檢驗后如果不合理，則應該進行修正，讓學生意識到科學的發展是離不開多位科學家的不斷開拓、嘗試、檢驗和修正的。

4.小組交流討論歸納，內化知識。“流動鑲嵌模型”中的流動和鑲嵌體現在哪里？討論分析每一個資料，其中分別有哪些技術發揮了關鍵的作用？每一次科學的進步是如何體現結構與功能相適應的觀點的？教師展示問題框架，如請在你所構建的模型中標出膜的基本支架；標出糖蛋白并注明位置和功能；用關鍵詞概括蛋白質的分布；總結膜的結構和功能特點。處理方式上是先讓學生結合本節課所學內容在自主閱讀的基礎上嘗試解答，在獨立完成的基礎上再進行小組討論，完善，讓小組代表進行講解。最后，完成本節課的知識框架圖，并進行隨堂練習鞏固。

四、教學反思

1.課題的導入。本節內容是要構建生物膜模型，因為問題探討中給出的動手構建生物膜模型在很多學校難以落實，如果僅通過提問又過于平淡，所以教師從改編撰寫的一段朗誦詞來復習細胞膜的功能并對其結構進行設問，這樣可以讓學生體會到生物學的優美，并且在一開始就形成了結構與功能相適應的觀點，明確本節課的探究目的，激發學生的求知欲。

2.效果評價。本節內容教師一改傳統的一味地講解灌輸的方式，而是通過問題串串起整節課的教學，以“觀察現象，提出問題——作出假設——實驗驗證，得出結論——進一步探究，提出問題——分析實驗——構建模型——檢驗修正”為探究主線，用科學史發展的相關資料進行引導，同時以學生繪圖模型為主，讓學生親身體驗知識的生成過程。這樣的處理可以讓學生對知識的理解更深刻，同時能讓學生體驗科學探究的樂趣，符合學生的認知規律，可以培養學生的良好思維習慣，激發學生進一步學習的動機。

3.思考與發展。最后，主要是以學生自己總結和小組討論的方式對本節課的內容進行歸納和整理，旨在培養學生主動構建知識的能力。課的最后設置的兩道討論題是為了讓學生認識到技術在科學發展中所起的關鍵作用，以及在知識學習的同時認識到生物中結構與功能相適應的觀點。對我們每一位教師而言，我們的每一節課更應該強調的是對學生觀察分析、科學探究、歸納總結等學習能力及思維習慣的培養，因為學會學習往往比學到多少知識更重要，所謂“授之以魚不如授之以漁”。

參考文獻：

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