“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計

董平

【摘要】本節課采用“引導—觀察分析實驗現象—提出假設—實驗驗證再分析”的教學模式，融合運用引導啟發、觀察分析、對比歸納、聯系實例等方法，配以多媒體輔助教學，尤其在體驗生物膜的探索歷程上給學生以動態的感覺，輕松地講授本節的兩大知識板塊。

【關鍵詞】生物膜的流動鑲嵌模型；教學設計；實驗

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）36-0256-02

一、教學目標

（一）知識目標

1.簡述生物膜的結構

2.舉例說明生物膜具有流動性的特點

（二）能力目標

1.通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題、做出假設

2.嘗試構建細胞膜的三維模型

（三）情感態度價值觀目標

1.探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用。

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。

二、教學重點、難點和解決方法

（一）教學重點：流動鑲嵌模型的基本內容。

（二）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。

三、課時安排

1課時。

四、教學方法

講述法、啟發式。

五、教具準備

ppt。

六、教學策略

以學生“自主、探究、合作”的學習方式來優化課堂學習與教學，實現課程三維目標。教學流程：設問引入→“問題探討”→體驗“生物膜結構的探索歷程”→闡述“流動鑲嵌模型的基本內容”。

七、教學設計

（一）設置情境，復習并引出新知識

在此之前我們已經進行過對細胞膜提取的實驗，其中應用到了先進的差速離心技術等等，最終從中分析得出了細胞膜的成分。但是時間倒退到十九世紀，沒有顯微鏡也沒有酶解技術，要對細胞膜（屬于生物膜）進行成分和結構的研究是非常困難的。但是一個非常重要的生物學觀點始終指引著科學家不斷探索前進——即結構決定功能，而功能在一定層面上會反映結構這一觀點。這節課我們就穿越時空的隧道和科學家一起探究生物膜的相關知識，即第四章第二節生物膜的流動鑲嵌模型。

（二）對生物膜結構的探索歷程

1.從生理功能入手的科學探究

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。

師：你能推測細胞膜中含有什么成分呢？

生：膜是由脂質構成的。

師：補充說明這種推測的合理性。因為這正符合化學中的“相似相溶原理”

師：最初認識到生物膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析還是通過膜成分的提取和鑒定？

生：對實驗現象的分析。

師：在推理分析得出結論后，還有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定嗎？

生：有必要。

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。

師：你能推測出什么結論？

生：膜中除了含有脂質還含有蛋白質。

師：下面我們就來研究脂質中的磷脂和蛋白質在生物中的排布方式。首先我們來認識一下磷脂分子——親水性的頭部和疏水性的尾部。根據這一知識，請同學們大膽想象如果我將磷脂處理，使之分散成單分子切排布在水與空氣的交界面上，那么磷脂分子是如何排布的呢？請拿出你們手中的磷脂分子，向老師示意一下你的答案。

生：磷脂分子的疏水的頭部與空氣接觸，而親水的尾部和水接觸。

師，既然是這樣，那么磷脂分子如何在生物膜中排布呢？先給出一個小實驗。

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。

師：你能推測出什么結論？

生：細胞中的磷脂分子必然排列為連續的兩層。

師：請同學們繼續發散思維想象細胞膜中的磷脂雙分子層中磷脂的排布方式。

師：我們已經知道了生物膜中磷脂分子的排布方式，那么，生物膜上的蛋白質又是如何排布的呢？直到二十世紀五十年代電子顯微鏡誕生，加之此時科學技術的進一步發展，科學家羅伯特森運用冰雕蝕刻技術在電子顯微鏡下看到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構。請同學大膽想象一下，暗指的是？明指的是？

生：猜測兩種情況。

師：給出背景資料。分析剛剛的假設之一是正確的。

師：由此羅伯特森提出了單位膜結構模型，并認為生物膜是靜態的剛性的結構。

師：單位膜結構有什么缺陷？有哪些證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢？

生：細胞的生長、分裂、變形蟲的攝食等等。

師：20世紀60年代，有人對此靜態觀點提出異議。并隨著科學技術的發展，對蛋白質的位置也提出了準確的說法，指出蛋白質不是全部平鋪在脂質的表面，有的鑲嵌在脂質雙分子層中。

生：上黑板添加上蛋白質分子

2.新技術帶來新模型

實驗四：展示1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠細胞融合實驗。

師：該實驗表明什么？

生：構成生物膜的蛋白質分子是可以運動的。

師：隨著科技的不斷發展，科學家發現構成生物膜的磷脂分子也是可以運動的，這就決定著生物膜在結構上具有流動性。

基于以上觀點1972年桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型示意圖

師：生物膜模型的基本內容是？

設問：此生物膜的流動鑲嵌模型是不是完美無缺呢？

師：科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要后人不斷修正和完善；時時刻刻要認識到科學技術在科學探索的過程中所起的關鍵作用；并要以發展的觀點看待科學。

八、習題

略。

九、板書設計

略。

參考文獻

[1]沈學華，楊中能，陳飛，等.“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計與案例[J].生物學教學，2010，35（6）：22-24.