“生物(細胞)膜的成分和結構”的教學設計

王國榮

(江蘇省常州市北郊高級中學 213031)

1 教材分析

人教版高中生物學必修1“細胞膜——系統的邊界”和“生物膜的流動鑲嵌模型”(教材中以細胞膜為主)兩節內容存在聯系，可加以整合。主要涉及細胞膜的成分和功能、細胞膜的實驗制備、對系統邊界的認同和細胞膜的重要意義的認同、生物膜的結構、模型構建中生物技術作用的認同、結構與功能相適應的觀點認同。其中細胞膜的成分和功能、細胞膜對于生命系統的重要意義、流動鑲嵌模型的基本內容是本部分的教學重點；哺乳動物細胞膜的制備方法、細胞膜對于生命系統的意義和建立生物膜模型過程中如何體現結構與功能相適應等幾個方面是教學難點。通過整合，在進行知識傳授的同時，可有效進行理性思維訓練，促進學生對生物學思想的領悟。

2 教學目標

2.1 知識目標 簡述細胞膜的成分、功能和流動鑲嵌模型的基本內容，舉例說明生物膜的流動性的特點、結合科學家生物膜模型的建立過程說出科學發展的一般規律。

2.2 能力目標 初步嘗試用哺乳動物紅細胞制備細胞膜，結合科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題、作出假設、構建細胞膜的空間立體結構。

2.3 情感態度價值觀目標 認同細胞膜是系統的邊界，對細胞的重要意義；基于實驗教學培養學生嚴謹治學的科學態度和學生的理性思維，培養學生推理和想象能力；樹立生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點。

3 教學過程

3.1 對“細胞膜——系統的邊界”的認同 投影動植物細胞模式圖。利用學生已有細胞顯微結構的基本知識，即除了植物細胞的細胞壁(由纖維素和果膠構成的，沒有活性、起保護作用的透性結構)，細胞膜位于細胞的最外面，繼而提出細胞膜是系統的邊界。細胞是最基本的生命系統，指出此處系統就是指生命系統。

投影中國地圖，以國界(邊境)進行類比教學。教師闡述邊界線及其功能，推理和認同細胞膜的功能。詢問學生平常雞蛋(未受精的)打入碗里時蛋黃的情況。播放用筷子挑破蛋黃的視頻，證明細胞膜的存在。展示將顏料注入蛋黃中而顏料不出來的圖片。

設計意圖：通過類比和利用學生已有經驗建構新知識，有利于學生認知結構的完善。視頻展示細胞膜客觀存在的實驗過程，對學生進行由推論到實驗證實的理性思維訓練。

3.2 對細胞膜三大功能的習得 利用國境線的類比，投影動物細胞物質進出的模式圖和教材P42圖3-2細胞間信息交流的方式舉例，在學生觀察的基礎上，結合生活中一些實例(如胰島素)講解細胞膜的功能。就控制物質進出，引導學生認真觀察模式圖，直接給出學生結論。控制物質進出這個功能具有一個特性——選擇透過性。呈現教材P43拓展題第2題，要求學生闡述其中原理。提問學生：生活中有沒有這方面的運用？聯系初中生物學關于種子發芽率的調查，要求學生嘗試設計一個調查方案(如將小麥種子泡軟縱切，泡入紅墨水中，看看胚是否染色。)并要求嘗試分析某些種子胚被染成紅色的原因。

設計意圖：用國境線類比創設情境，構成前后教學呼應，促進學生領悟內化。利用學生的發現，讓學生初步習得重要概念“選擇透過性”。利用教材拓展題和實例設計的分析，幫助學生形成正確概念并納入認知結構中。

3.3 對細胞膜成分探究的教學 呈現兩段情境素材，即歐文頓動物細胞膜的通透性研究和細胞膜蛋白酶處理的實驗素材。結合生物學功能、結構和物質關系的基本生物學思想，利用學生已有的生物和化學知識、生活實例，引導學生分析，初步接受科學家推測的細胞膜的組成成分。提出如何確定和證實細胞膜的組成成分，組織學生嘗試探究。嘗試分析生物實驗材料如何選擇(如常規動植物細胞、哺乳動物成熟紅細胞、其他動物紅細胞)，呈現和介紹哺乳動物成熟紅細胞的結構，引導學生分析選擇哺乳動物成熟的紅細胞的理由，最后提煉出生物實驗材料選擇原則。視頻展示制備細胞膜的方法，教師介紹吸水漲破、離心和丙酮提取等實驗方法、原理。

設計意圖：作為陳述性知識的細胞膜的成分相關內容，利用情境材料引導學生進行反思性學習和探究，主要訓練學生的理性思維；同時利用視頻和實驗探究的分析，讓學生初步體驗和領悟實驗探究的方法，培養學生的核心素養。

3.4 生物膜結構的探索歷程 細胞膜的脂質中最多的是磷脂，磷脂和蛋白質是如何構成細胞膜從而實現細胞膜的功能呢？利用1917年的朗姆瓦(Langmuir)的磷脂溶于苯和水的實驗和1925年荷蘭科學家戈特和格倫德爾兩位科學家用丙酮提取平鋪水面實驗創設情境，引導學生推理出磷脂分子包括親水端和疏水端兩部分，組織學生猜想和闡述磷脂如何構建基本骨架。至于蛋白質如何參與細胞膜的構成，展示1959年羅伯特森實驗及其推論加以描述。嘗試利用1970年的熒光標記的人鼠細胞融合實驗，以及1972年桑格和尼克森利用冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡實驗結果作為證據引導學生對羅伯特森的觀點進行反駁，引導學生提出細胞膜的流動性結構特點和表述蛋白質在磷脂雙分子層上的分布[1]。在此基礎上，歸納細胞膜的流動鑲嵌模型的基本內容。

設計意圖：按照三個線索展開構成細胞膜的科學史教學(磷脂如何構成基本骨架、蛋白質如何參與構建細胞膜以及細胞膜的結構特點及原因)。利用科學史的介紹，嘗試通過實驗素材引導學生進行理性思維訓練。

4 教學反思

學生理性思維的訓練可以滲透在課堂教學的各個環節中，譬如對細胞膜是系統的邊界的認同。學生已經具備細胞膜知識，至于細胞膜的存在以及是不是系統的邊界，缺少實證。就細胞膜成分和結構的教學，通過分析探究，提出假說，借助微實驗視頻和圖片的展示，有效地對學生進行理性思維能力的培養。科學史的教學，嘗試以科學家的發現素材作為材料，讓學生分析、提出猜想和展示實驗材料加以證實，讓學生體驗科學發現過程，進一步落實理性思維的訓練[2]。要求學生嘗試對出芽率進行實驗設計，訓練學生問題解決的能力并對控制物質進出功能提供實證的理性思維訓練。