《生物膜的流動鑲嵌模型》教學設計

薛姣

摘 要：立足于新課程理念，嘗試通過閱讀資料和構建模型的方式，幫助學生學會像科學家一樣探索、掌握細胞膜的研究歷程和流動鑲嵌模型的內容。

關鍵詞：教學設計；細胞膜；生物膜

一、教材分析

本節是人教版高中生物必修一第四章第二節的內容。學生已經學習了構成生物體的化學元素和化合物，為引導學生探究生物膜的結構做好鋪墊。同時，本節內容也為后面“物質跨膜運輸的方式”作了知識準備，起到了承上啟下的作用。

二、學情分析

學生了解構成細胞的物質組成和基本結構。并且有一定的認知能力，能夠根據信息進行分析判斷，得出自己的結論，有很強的好奇心和動手能力，具備構建生物模型的能力。

三、教學目標

1.知識目標

簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容；舉例說明生物膜具有流動性。

2.技能目標

學會閱讀資料卡，分析科學家的研究過程，嘗試提出問題，大膽作出假設；根據已知信息，發揮想象力，自主構建物理模型；分析科學家建立生物膜的過程，闡述科學探究中演繹—推理法的應用。

3.情感態度與價值觀

使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辯證觀點；體會作為科學家應該具備的基本科學素養；認識技術發展在科學研究中的作用，尊重科學且用發展的觀點看待科學；體會科學探索是一個不斷否定、再肯定的過程。

四、教學重難點

探討生物膜的組成物質和排列方式，建構生物膜模型，并逐步完善。

五、教學策路

本節采用“閱讀資料卡—提出假說—構建模型—實驗驗證—改進模型—得出結論”的教學模式，讓學生“身臨其境”地體驗生物膜的探索歷程。

六、教學資源準備

多媒體課件，磷脂分子模型，蛋白質分子模型，視頻、學習卡、資料卡。

七、教學過程

1.導入新課

教師活動：展示小詩：是誰，隔開了原始海洋的動蕩，是誰，為我日夜守邊防，是誰，為我傳信報安康。沒有你，我一個小小的細胞會是何等模樣？詩中指的是細胞的什么結構？

學生活動：回答是細胞膜。

設計意圖：以優美的小詩，導出細胞膜。

2.生物膜結構的探索歷程

（1）膜成分的探究

教師活動：引導學生閱讀資料卡，討論回答問題：

【資料1】1859年，歐文頓用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行了上萬次的研究。

【資料2】20世紀初，科學家第一次從哺乳動物的紅細胞中將細胞膜分離出來，發現細胞膜會被溶解脂質的溶劑溶解。

【資料3】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，發現細胞膜會被蛋白酶分解。

問題1：資料卡2為什么選擇哺乳動物成熟的紅細胞？問題2：三個資料能說明細胞膜含有哪些物質？

學生活動：回答：哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞器和細胞核，只有細胞膜這個膜結構。膜由蛋白質和脂質構成。

設計意圖：嘗試通過閱讀資料，討論交流的方式，培養學生提取有效信息和歸納總結的能力。

（2）膜結構的探究

①磷脂的排列方式

教師活動：介紹磷脂分子的特點，由親水頭和疏水尾構成。引導閱讀資料。

【資料4】1925年，荷蘭科學家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣—水界面鋪展成單分子層，測得其面積恰為紅細胞表面積的2倍。

【模型構建1】嘗試構建磷脂在空氣—水界面分布情況；該實驗說明膜中磷脂排列為幾層？

【模型構建2】討論分析紅細胞膜內外所處的環境；嘗試構建紅細胞膜雙層磷脂分子的排布方式。

引導利用磷脂分子模型建構雙分子層的不同分布。

學生活動：學生觀察磷脂分子模型，了解其特點。回答：2層。不同小組在黑板上展示磷脂雙分子層的排布，并解讀，然后進行互評。

設計意圖：幫助學生將抽象知識具體化。鼓勵學生發散思維，培養學生敢于將構想建立成模型。

教師活動：展示局部和細胞的剖面圖的磷脂雙分子層，進行總結。

②蛋白質的排列方式

教師活動：提示蛋白質為親水性分子，大膽猜測其在細胞膜上的分布。

學生活動：嘗試構建并展示蛋白質的分布。

設計意圖：培養學生敢于質疑的精神。

教師活動：引導學生閱讀資料。

【資料5】1959年，羅伯特森利用超薄切片技術在電鏡下觀察細胞膜橫切面，出現“暗—亮—暗”三層結構。介紹電鏡工作原理。問題：“暗—亮—暗”的結構是什么物質？

學生活動：蛋白質—脂質—蛋白質，并重新構建蛋白質的分布結構模型。

設計意圖：幫助學生在肯定、否定、肯定中完善對生物膜的認識，培養學生根據實驗現象提出假說。

教師活動：展示羅伯特森提出生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”構成的三層靜態統一結構。

要點：蛋白質均勻分布在磷脂雙分子層兩側；細胞膜是靜態的統一結構。

引導學生閱讀【資料6】生物膜的冰凍蝕刻技術。將細胞膜置于-100°C的干冰或-196°C的液氮中，進行冰凍。用冷刀驟然將標本斷開，升溫后，冰在真空條件下迅即升華，暴露出斷面結構，稱為蝕刻，用電鏡觀察。【資料7】1970年科學家用綠色和紅色熒光分別標記小鼠和人的細胞膜蛋白，37度下經40分鐘，發現雜交細胞的膜上蛋白質混合均勻。

問題：（1）資料卡6能說明蛋白質的分布有什么不同方式？（2）資料卡7能說明細胞膜上的什么物質可以運動？（3）資料卡6、7與“三明治結構”模型有什么區別？

學生活動：回答細胞膜中的蛋白質以鑲、嵌橫跨于磷脂雙分子層。細胞膜上的蛋白質可以運動。

不同的地方：蛋白質的分布方式不同、膜具有流動性，并將構建的模型再次進行修改。

設計意圖：讓學生感知新科技的成果對生物膜研究的推動作用，并不斷修正原有認識。

教師活動：視頻播放變形蟲的運動和攝食過程。

學生活動：感知單細胞生物的運動的膜的流動性。

設計意圖：通過實例，進一步加強學生對細胞膜流動性的認識和理解。

3.流動鑲嵌模型的基本內容

教師活動：1972年桑格和尼克森提出了生物膜的流動鑲嵌模型，并展示圖示，完成學習卡的內容。

問題1：基本支架是？問題2：蛋白質的存在方式？問題3：蛋白質和脂質具有？

學生活動：學生自主總結，完成基本內容。基本支架是磷脂雙分子層；蛋白質的存在方式有鑲、嵌和貫穿。蛋白質和脂質具有流動性。

設計意圖：學會總結歸納知識要點。

4.課堂小結

教師活動：引導分組討論。（1）在探索過程學到了哪些實驗方法？（2）一名科學家應該具備哪些素養？（3）細胞膜的研究為什么歷時上百年？（4）生物膜的研究是否已經完美無缺？

學生活動：分組討論各完成一個問題，并進行補充、評價。

設計意圖：從實驗方法、科學家的素養、縱向研究、模型評價四個方面使學生認識科學研究的不易。

教師活動：展示2003年諾貝爾獎的得主在細胞膜水通道蛋白和離子通道蛋白方面的杰出貢獻。

學生活動：了解最新科技的進展。

設計意圖：引導學生認識到科學研究是一個永無止境、不斷創新的一個過程。

5.課后探究

教師活動：布置任務：（1）查閱有關資料了解糖蛋白的作用。（2）查閱有關生物膜的研究進展及應用。（3）嘗試用生活中的其他材料建構生物膜模型。

學生活動：學生課后完成探究。

設計意圖：將探究活動延伸到課后。通過網絡了解膜研究的最新進展，認識到科學研究是不斷開拓、發展、修正、前進的。

八、板書設計

第2節 生物膜的流動鑲嵌模型

一、對生物膜結構的探究歷程

1.生物膜成分的探究； 2.生物膜結構的探究

二、流動鑲嵌膜型的基本內容

1.基本支架：磷脂雙分子層2.蛋白質：鑲、嵌、橫跨3.結構特性：流動性

？誗編輯 王團蘭