“細胞膜的結構和功能”教學設計

李小玲

摘要 以細胞膜成分與結構的科學探究史為主線，以問題為引領，引導學生提出假說，構建模型、修正模型，旨在促進學生主動、合作、探究及可持續性學習，發展學生的生物學核心素養，實現生態育人目標。

關鍵詞 科學史 物理模型 細胞膜流動鑲嵌模型

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

1教材分析及設計思路

本節課是人教版生物學《必修1·分子與細胞》第三章第一節的內容，安排在糖類、脂質和蛋白質等有機化合物之后，又是細胞的基本結構開篇之作，主要包括細胞膜的功能、對細胞膜結構的探索、流動鑲嵌模型的基本內容3部分。細胞膜成分、結構和功能的學習有助于學生理解有機物如何構建細胞結構，促使學生初步形成結構與功能相適應的生命觀念，同時又是學習生物膜系統、物質進出細胞方式的基石。科學史的學習能夠加深學生對科學研究方法和科學本質的理解，使學生感受技術發展在科研中的作用，發展學生的科學思維，是涵育學生生物學學科素養的極佳素材。

本節課運用科學史和模型建構相結合的教學策略，以細胞膜成分與結構的科學探究史為主線，以問題為引領，運用假說、求證等方法，引導學生提出假說、構建模型、修正模型，旨在促進學生主動、合作、探究、可持續的學習，發展學生的生物學學科核心素養，實現生態育人目標。

2教學目標

1通過亞甲基藍染色法鑒別酵母菌細胞是否死亡，概述細胞都由細胞膜包裹，細胞膜將細胞與其生活環境分開，結合實例分析，概述細胞膜能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流。

2基于觀察實驗現象及分析科學史，反復運用假

說、推理、模型與建模、批判性思維等方法，提出細胞膜結構的相應假說，領悟“提出假說”這一科學方法，提升科學思維和科學探究能力。

3通過構建模型，深入理解細胞膜流動鑲嵌模型，通過對細胞膜成分、結構和功能的分析，體會細胞膜的結構與功能相適應，樹立結構與功能觀，發展生命觀念。

4通過分析脂質體運載藥物原理，培養社會責任素養。

3教學過程

3.1展示實驗，導入新課

教師將顯微鏡與一體機連接，演示“亞甲基藍染色法鑒別酵母菌細胞死活”實驗，引導學生分析“死細胞會被染成藍色，活細胞不著色”。學生據此，推測細胞膜（質膜）的功能。教師由此引出本節課題并學習細胞膜的3種功能及實例。

設計意圖：教師以顯微鏡、一體機等裝備為載體，利用真實的實驗導入，為學生運用觀察法搭建平臺，迅速調動學生探究的熱情、學習的欲望，使學生直觀感受并理解“細胞膜能將細胞與外界環境分隔開”這一功能，并為細胞膜其他功能的學習做鋪墊。

3.2史料求證，構建模型

科學家對生物膜成分與結構的探索歷經百余年時間，教師引導學生按時間順序重溫科學家的探究過程，使學生體驗“資料分析—提出假說—資料分析—驗證假說—得出結論”的科學思維過程，自主探究細胞膜的成分及結構，構建相關模型（圖1），從而鍛煉學生的實踐動手能力，增強學生的合作意識，使學生在實踐中獲取知識、在建模中領悟科學精神、發展科學思維。

3.2.1構建單個磷脂分子模型

教師提供歐文頓實驗的資料。學生分析后，提出假說：細胞膜中可能存在脂質。接著，教師提供科學家開展的細胞膜的化學成分分析的資料。學生通過分析資料，驗證假說，得出結論：脂質是細胞膜的成分，其中磷脂最豐富，介紹磷脂分子結構。

教師為學生提供若干直徑2cm的泡沫球（表征磷脂頭部）、毛根鐵絲（表征磷脂尾部），要求每個學生構建2個磷脂分子物理模型（圖2）。

設計意圖：學生在問題引導下分析科學史料，體驗提出假說、實驗驗證、得出結論的科學思維方法，從而為后續教學過程中應用“提出假說”這一科學方法鋪路奠基，同時培養獲取證據的能力。構建物理模型活動遵循由易到難、人人參與的設計思路，教師首先讓每個學生構建兩個磷脂分子，不僅符合學生的認知規律，也可以作為后續模型建構的材料。

3.2.2構建磷脂雙分子層模型在學生認識到磷脂分子結構特征后，教師提出問

題：1畫出磷脂分子在空氣-水界面上的分布;2攪拌水面可使磷脂分子形成球體，畫出球體的平面圖。學生思考后，提出假說：細胞膜中的磷脂分子排列為兩層。教師提供戈特和格倫德爾實驗，學生分析資料，驗證假說，得出結論：細胞膜上的磷脂分子為連續的兩層。

學生利用細鐵絲（用于固定泡沫球）、牙簽（用于支撐）、及活動1中構建的磷脂分子，8人一組合作構建磷脂雙分子層結構模型（圖3）。

設計意圖：教師設計問題串，逐步加深學生的思維含量，實現知識的深度學習。學生先分析磷脂單分子層的分布，搭建通往構建磷脂雙分子層模型的橋梁。

3.2.3構建細胞膜三層結構模型

教師提供丹尼利和戴維森實驗的資料。學生據此，提出假說：細胞膜成分有脂質和蛋白質。接著，教師提供羅伯特森實驗的實驗，學生分析資料，驗證假說，得出結論：細胞膜由“蛋白質-脂質-蛋白質”三層結構構成。

學生利用太空泥制作蛋白質分子，在活動2的基礎上小組合作構建細胞膜暗-亮-暗結構模型（圖4）。

設計意圖：教師精簡整合科學史，便于學生短時間內提取關鍵信息，提高課堂效率。建模活動的設置是逐步推進的，由磷脂分子到磷脂雙分子層，再到細胞膜暗-亮-暗結構模型，每個環節間聯系緊密，層層遞進，逐步引導學生揭開細胞膜結構的神秘面紗。

3.2.4修正模型

教師提出問題：細胞膜是否為靜止的？學生能夠想到用變形蟲運動反駁細胞膜為靜態這一觀點，進而提出假說：細胞膜具有流動性。教師展示人鼠細胞融合實驗，引導學生分析后得出結論：細胞膜具有流動性。通過閱讀冰凍蝕刻技術研究細胞膜中蛋白質分布的資料，學生形成新知：蛋白質鑲、嵌、橫貫磷脂雙分子層。

學生合作修正活動3中構建的細胞膜結構模型（圖5）。

設計意圖：修正模型可以培養學生的批判性思維、深化學生的證據意識，也讓學生體會科學道路從無坦途。修正后的細胞膜結構模型作為流動鑲嵌模型的基礎，既可以重復利用，又能讓學生在不斷建模、修正模型的過程中體會科學是一個不斷繼承和發展的過程，科學的發展離不開技術的革新，也離不開眾多科學家的不斷探索，以此深化學生對科學本質的理解。

3.2.5完善流動鑲嵌模型

教師提醒學生：隨著對細胞膜的深入研究發現，細胞膜主要有脂質和蛋白質構成，還有少數糖類。并將提前準備好利用六角形紙片和鐵絲制作的糖鏈裝于信封中，每小組分發1個糖鏈。

學生合作，利用糖鏈（六角紙片代替，每組發1條）完善細胞膜的流動鑲嵌模型（圖6）。

設計意圖：每小組發放1條糖鏈的目的是讓學生自己想象糖鏈的連接部位，利于學生理解糖蛋白和糖脂的含義，也為講解糖鏈只位于細胞膜外側作鋪墊。結合糖被與細胞間信息傳遞的聯系、細胞膜的流動性與單細胞生物依靠膜的流動性完成生命活動的聯系，不斷強化學生的生命觀念，促使學生形成結構與功能觀。

3.3梳理知識，總結提升

學生經過一系列的建模活動，細胞膜的流動鑲嵌模型已然呈現在眼前。學生結合教材，自主學習，結合模型展示學習成果。教師引領學生梳理知識，構建細胞膜結構與功能的知識框架圖（圖7）。

設計意圖：歷經一系列的建模活動，學生跟隨科學家的腳步終于揭開了細胞膜流動鑲嵌模型的面紗。流動鑲嵌模型的基本內容作為本節課重點知識，是學生理解細胞膜功能的重要理論支撐。對該部分內容的梳理與講解可以幫助學生形成結構與功能觀。教師引導學生構建細胞膜相關知識框架圖，挖掘知識間的內在聯系，強化知識的整體觀意識，讓本節課重點內容躍然紙上，讓學生思維認知更加系統。

3.4聯系社會，關注生命

教師介紹：脂質體作為藥物運輸載體，具有良好的靶向性和生物相容性。學生分析，得出：親水性化合物包埋在脂質體的水性核心，而親脂性藥物鑲嵌于脂質疏水雙層中。教師補充：脂質體的運用緩解了許多病患癥狀，減輕了病患的不良反應，但其研究仍存在諸多待解決的問題，如成本高、靶向性不足、不夠穩定等。相信這個問題會隨著技術的革新逐步解決，希望同學們將來能貢獻自己的一份力量。

設計意圖：教師引導學生分析脂質體的應用，實現學科知識向實踐應用能力的轉化，呼吁學生關注生命，促使學生認可“知識就是力量，知識的更新是為人類謀幸福的橋梁”。教師介紹脂質體研究中存在的問題，使學生體會科研無止境，感受科學本質。教師表達對學生的殷切期望，激發學生的社會責任感，喚醒學生的學習使命感。

4教學反思

本節課不僅注重引導學生親歷知識的形成過程，還抓住點滴機會滲透生物學學科核心素養，讓學生進行有深度的學習。學生跟隨科學家的腳步，逐步了解細胞膜的成分及結構，符合認知規律，加深對科學本質的理解。邏輯連貫又層層遞進的模型建構活動使學生親自探明了細胞膜的結構特點，真正實現了思維的連貫發展，參與了知識的形成過程。教師引導學生梳理構建細胞膜知識脈絡圖，使知識更系統，利于學生形成結構與功能相適應的觀點，發展生命觀念。脂質體的介紹促使學生解決真情實境中的新問題，實現知識的內化和遷移，潛移默化地喚醒學生的學習使命感，激發學生的社會責任感。

參考文獻：

李秀英，曾凡等.脂質體藥物遞送系統的研究進展[J].中國新藥雜志，2014，23（16）：74-81.

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