“細胞膜
——系統(tǒng)的邊界”的復(fù)習教學策略

趙廣宇 汪紹鑫 徐 杰

(四川成都市石室中學 成都 610041)

1 教材分析與設(shè)計思路

細胞膜是認識細胞結(jié)構(gòu)的起點，也是理解生物膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)。針對學生新課學習中存在的問題，筆者重新組合教材內(nèi)容，將細胞膜的組成成分、結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系有機整合起來，設(shè)計以構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型和概念模型為主的多樣化學習方式，引導學生在復(fù)習細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能等知識的基礎(chǔ)上，理解細胞膜的結(jié)構(gòu)特點與功能特性，為深入理解生物膜系統(tǒng)的知識奠定基礎(chǔ)，并最終樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2 教學目標

基于課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質(zhì)量標準，并圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 通過說明細胞膜的化學成分，闡明細胞膜結(jié)構(gòu)、特點和功能特性等，樹立細胞的“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”的生命觀念。

(2) 通過細胞膜結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、資料分析等，發(fā)展科學思維。

(3) 通過血檢報告及資料分析，形成社會責任。

3 教學過程

3.1 學案導學，簡述化學組成 教師設(shè)計問題串： 組成細胞膜的化學成分有哪些物質(zhì)？其中主要成分包括哪些物質(zhì)？與細胞膜功能密切相關(guān)的物質(zhì)是什么？引導學生回憶細胞膜的化學成分，并通過學生回答問題，發(fā)現(xiàn)存在的知識缺陷，如： 混淆了細胞成分中脂質(zhì)與磷脂的關(guān)系；遺忘了成分中含有糖類、蛋白質(zhì)與細胞膜功能的關(guān)系等知識。針對問題，教師通過學案，引導學生閱讀教材，完善細胞膜化學成分的知識體系。其內(nèi)容包括：

(1) 細胞膜由脂質(zhì)和組成，其中的主要成分是。在組成細胞膜的脂質(zhì)中，最豐富，是構(gòu)成動物細胞膜的重要成分。

(2) 細胞膜表面蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合形成，除此以外，糖類與脂質(zhì)分子結(jié)合形成。

(3) 在細胞膜行使功能時發(fā)揮重要作用的物質(zhì)是蛋白質(zhì)，功能越復(fù)雜的細胞膜，蛋白質(zhì)的越多。

(4) 細胞膜的成分(能/否)改變，例如

。

3.2 模型建構(gòu)，說明結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 教師提出問題： 細胞膜的化學成分如何構(gòu)成其結(jié)構(gòu)的？請繪制細胞膜的模式圖。學生在繪制細胞膜結(jié)構(gòu)的模式圖中(圖1)主要存在的問題是： 不能全面體現(xiàn)蛋白質(zhì)的分布狀態(tài)，或漏繪制糖被和糖脂；在學生闡述細胞膜結(jié)構(gòu)模型時主要存在的問題是： 學生不能用專業(yè)術(shù)語描述磷脂、蛋白質(zhì)分子的排布狀態(tài)；或無法說明磷脂、蛋白質(zhì)分子在細胞膜結(jié)構(gòu)中的作用。針對上述學生的知識缺陷，教師以問題引導學生思考： ①磷脂是如何構(gòu)成雙分子層的？并以人體紅細胞為例，說明磷脂分布特點的生物學意義。②蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中的分布狀況？是否對稱？③糖被的位置？糖脂的位置？

圖1 學生初次繪制和經(jīng)過修訂后細胞膜結(jié)構(gòu)模式圖

基于上述問答，學生進一步觀察細胞膜結(jié)構(gòu)模式圖，結(jié)合閱讀教材，完善知識結(jié)構(gòu)，修改自己繪制的細胞膜結(jié)構(gòu)模式圖。教師通過組織學生討論、交流問題，結(jié)合學生回答問題中存在的不足，進行點評講解，引導學生加深對細胞膜結(jié)構(gòu)——“流動鑲嵌模型”的認識。

3.3 分析資料，概述結(jié)構(gòu)特點 教師提出問題： 細胞膜的結(jié)構(gòu)具有什么特點呢？學生回答： 具有一定的流動性，教師追問： 如何通過實驗證明呢？學生依據(jù)必修1教材P67相關(guān)內(nèi)容，以熒光標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗證明： 細胞膜具有流動性。教師提示學生： 該實驗的熒光蛋白只是標記了蛋白質(zhì)分子，能否證明細胞膜具有流動性？學生思考后認為不能證明，但不知如何解決。教師出示資料1，要求學生分析資料： 科學家在實驗中首先用熒光物質(zhì)標記膜蛋白或脂質(zhì)，檢測其亮度，然后用激光束照射細胞的某一區(qū)域，使被照射區(qū)域的熒光淬滅變暗形成一個漂白斑(圖略)。經(jīng)過一段時間，淬滅區(qū)域亮度逐漸增加，最后被熒光物質(zhì)重新覆蓋，亮度與周圍的熒光強度相等[1]。

學生通過分析資料中的現(xiàn)象得出： 蛋白質(zhì)分子可以運動，脂質(zhì)分子也是可以運動的。教師進一步指出： 磷脂分子都是可以運動的；大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運動的，其中少數(shù)起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子是不能運動的。因此，細胞膜的結(jié)構(gòu)特點是——具有一定的流動性。

教師要求學生列舉能說明細胞膜具有流動性的生命現(xiàn)象或生理過程，學生通過討論，總結(jié)出如下情形： ①動物細胞吸水漲大，失水皺縮；②成熟植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原過程；③胞吞和胞吐過程；④動物細胞有絲分裂后期和末期，細胞膜向內(nèi)凹陷縊裂過程；⑤受精作用，精子和卵細胞的融合；⑥突觸小泡與突觸前膜融合，釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程；⑦吞噬細胞攝取病原體的過程；⑧變形蟲的運動等。

在學生厘清細胞膜結(jié)構(gòu)及其特點的基礎(chǔ)上，教師引導學生總結(jié)知識、構(gòu)建概念圖(圖2)。

圖2 “細胞膜的結(jié)構(gòu)”概念結(jié)構(gòu)圖

3.4 分析推理，闡明功能特性 教師提問： 基于細胞膜的結(jié)構(gòu)及其特點，闡明細胞膜的功能？學生能回答出教材上列出的3項功能，但是不能從“結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一”生命觀念的角度，闡明細胞膜的功能。

首先，教師引導學生分析研究資料，推斷細胞膜“控制物質(zhì)進出”的功能。

資料2： 用臺盼藍染色，死的動物細胞會被染成藍色，而活的動物細胞不著色，這種方法稱為“染色排除法”，是科研上鑒別細胞死活的常用方法[2]。

資料3： 谷丙轉(zhuǎn)氨酶合成并主要存在于肝細胞內(nèi)，其細胞內(nèi)濃度高于血漿中1000～3000倍，血漿中含量極少，只要有1%的肝細胞壞死，就可以使指標增高一倍。因此，血漿谷丙轉(zhuǎn)氨酶被世界衛(wèi)生組織推薦為肝功能損害最敏感的檢測指標。

在教師的引導下，學生經(jīng)過集體討論，得出： 生物活細胞能夠阻止細胞不需要的物質(zhì)進入細胞(資料2)；也能阻止酶等物質(zhì)排出細胞(資料3)，即控制物質(zhì)進出細胞。

教師提問： 基于細胞膜的結(jié)構(gòu)，說明為什么能夠控制物質(zhì)進出細胞？學生籠統(tǒng)地回答出： 由磷脂雙分子層和膜蛋白共同決定的，但是無法闡述其原理。

教師講解： 依據(jù)相似相溶原理，磷脂是弱極性分子，CO2等非極性氣體小分子可以通過；同時磷脂分子是有機物，甘油等小分子有機物也可以溶解在磷脂分子中，順濃度擴散穿過；水是極性分子，只能部分穿過；而葡萄糖、無機鹽離子等都是非脂溶性分子，無法直接穿過，需借助載體蛋白透過細胞膜，載體蛋白自身結(jié)構(gòu)的特異性，決定其只能專一性地轉(zhuǎn)移某一類物質(zhì)(圖略)[1]。所以，細胞膜具有控制物質(zhì)進出的功能，其功能具有選擇透過性的特性，即細胞膜是選擇透過膜。

教師繼續(xù)提出問題： 大分子物質(zhì)又是依靠什么方式進出細胞呢？原理又是什么？學生回答： 由于生物膜具有流動性，大分子物質(zhì)和顆粒借助胞吞和胞吐的方式，選擇性的通過細胞膜。

師生共同歸納，構(gòu)建概念圖(圖3)，加深細胞結(jié)構(gòu)決定功能觀念的認識。

其次，教師指出： 正因為細胞膜具有控制物質(zhì)進出細胞的功能，所以細胞膜就能將蛋白質(zhì)、核酸等生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開，使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)，從而保障了細胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定，具有“將細胞與外界環(huán)境分隔開”的功能。

第三，梳理具體生理活動，提煉“信息交流功能”。教師提問： 細胞膜使細胞成為相對獨立的系統(tǒng)，多細胞生物體內(nèi)的細胞之間是否彼此孤立？學生立即回答： 不是，細胞之間能進行信息交流。

教師呈現(xiàn)下列生理活動，要求學生判斷其信息交流方式： ①胰島A細胞分泌胰高血糖素促進肝細胞內(nèi)糖原分解；②精子與卵細胞的識別與融合；③興奮在相鄰神經(jīng)元之間的傳遞；④T細胞分泌淋巴因子促進B細胞的增殖分化；⑤吞噬細胞暴露并傳遞抗原給T細胞。

學生分析得出： ①③④是通過體液運輸方式；②⑤是通過細胞直接接觸的形式。教師提問： 這些細胞間的信息交流方式，依賴的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？學生回答： 糖被(糖蛋白)，作為信息分子的受體，識別并結(jié)合信息分子。

教師追問： 細胞間的信息交流是否只有這兩種類型？即是否都需要通過細胞膜表面的受體實現(xiàn)細胞間的信息交流？

學生通過閱讀教材，歸納信息交流的方式有三種： ①通過體液運輸傳遞信息，作用于靶細胞的受體；②通過相鄰細胞的細胞膜接觸傳遞信息；③相鄰細胞之間形成信息通道。其中，第三種方式不依靠細胞膜表面的受體接收信息。然后，在學生完成例題的基礎(chǔ)上，教師通過評講，強化學生對細胞膜具有信息交流功能的理解。

[鞏固練習]細胞的膜蛋白具有物質(zhì)運輸、信息傳遞、免疫識別等重要的生理功能。下列圖中，可正確表示不同細胞的膜蛋白及其相應(yīng)功能的是( )

3.5 構(gòu)建概念圖，形成知識網(wǎng)絡(luò) 教師引導學生從分子(成分)→細胞(結(jié)構(gòu))、從結(jié)構(gòu)→功能這兩個思維邏輯，小結(jié)本節(jié)課的知識體系，進而構(gòu)建本節(jié)的概念圖(圖4)。

圖4 細胞膜概念結(jié)構(gòu)圖

4 教學反思

本節(jié)課通過教師設(shè)置具有啟發(fā)性的問題，以問題引導與任務(wù)驅(qū)動的方式，激發(fā)學生的學習積極性，以充分發(fā)揮學生的主體作用。教師在教學過程中，設(shè)計了包括模型建構(gòu)、資料分析、學案導學、閱讀教材等多樣化的學習方式，引導學生深入認識細胞膜的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，理解細胞膜的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的。最后，通過教師引導下的學生構(gòu)建概念圖，建立起細胞膜的成分、結(jié)構(gòu)和功能之間的內(nèi)在聯(lián)系，深刻理解相關(guān)概念。通過細胞膜的復(fù)習，學生初步領(lǐng)悟了生物體結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)與功能觀，為復(fù)習細胞的其他結(jié)構(gòu)，特別是生物膜系統(tǒng)等知識奠定了堅實的基礎(chǔ)。