3.1 细胞膜的结构和功能（1课时）教学设计 高中生物学人教版（2019）必修1

高中生物课程教学设计
第3章 组成细胞的分子
第1节 细胞膜的结构和功能（1课时）
一、教材内容分析
知识定位
本节内容属于《普通高中生物学课程标准（2017年版）》必修模块"分子与细胞"中的核心概念"细胞的结构与功能"，是学习细胞器、物质运输、细胞通讯等内容的基础。
知识关联
前导知识：细胞的元素和化合物（物质基础）
后续延伸：物质跨膜运输、细胞器膜系统（结构与功能的深化）
核心素养渗透
核心素养维度 具体体现
生命观念 理解结构与功能观、系统与整体观
科学思维 模型建构、归纳推理、批判性思维
科学探究 科学史分析、实验设计能力培养
社会责任 联系医学检测技术（如台盼蓝法）
二、教学重难点
重点突破
1. 细胞膜三大功能的生物学意义
2. 流动镶嵌模型的核心要点
难点化解
1. 膜成分与结构的内在联系（蛋白质分布的动态性）
2. 科学史中假说验证方法的理解（三层结构模型到流动镶嵌模型的演变）
三、教学流程设计
◆ 创新导入：生活化情境创设（8分钟）
【沉浸式实验观察】
1. 视频展示：
生鸡蛋置于蓝墨水中清洗后刺破卵黄膜（蛋黄未染色）
煮熟的鸡蛋同条件处理（蛋黄被染色）
2. 问题链驱动：
Q1：为什么活细胞的卵黄膜能阻挡染色剂？
Q2：死亡细胞的膜结构发生了什么变化？
Q3：由此推测细胞膜具有什么特性？
【设计意图】
通过对比实验直观呈现细胞膜的选择透过性，建立"结构决定功能"的初步认知，同时渗透生命观念中"系统边界"的概念。
◆ 主体教学环节
模块一：细胞膜功能探究（15分钟）
【功能一：边界作用】
1. 科学史重构：
展示原始地球环境模型（3D动画）
关键问题：原始细胞膜的出现对生命进化的意义？
2. 概念生成：
维持细胞内部环境稳定
使细胞成为相对独立的生命系统
【功能二：控制物质进出】
1. 案例实证：
台盼蓝染色实验（显微图像分析）
苋菜细胞液泡色素释放实验（凉水vs热水处理对比）
2. 小组探究：
设计实验验证细胞膜控制作用的相对性（如病毒入侵模拟）
【功能三：信息交流】
1. 多模态呈现：
激素调节（胰岛素分泌动画）
精卵识别（受精过程显微录像）
植物胞间连丝（电镜照片+3D模型）
2. 批判性思考：
错误观点辨析："所有细胞通讯都需要膜受体参与"
【巩固训练】
> 例题：下列现象未体现细胞膜信息传递功能的是（　）
> A. 精卵结合形成受精卵
> B. 抗原刺激引发淋巴细胞增殖
> C. 胰岛素促进血糖吸收
> D. 台盼蓝排除活细胞外
> 解析：D选项体现选择透过性，属物质运输功能
模块二：膜成分探索之旅（20分钟）
【科学史线索】
时间轴 关键发现 科学方法 认知发展
1895年 欧文顿通透性实验 归纳推理 膜含脂质
1925年 红细胞膜提取实验 离心技术 磷脂双层
1935年 表面张力测定 类比推理 存在蛋白质
1970年 荧光标记融合实验 同位素示踪 膜的流动性
【小组探究活动】
1. 实验模拟：
利用油水界面模拟磷脂分子排布（实验材料：大豆磷脂、载玻片）
观察不同温度下色素扩散速度（理解膜的流动性）
2. 数据分析：
细胞类型 蛋白质含量 功能特点
神经髓鞘 22% 简单绝缘
红细胞膜 49% 物质运输
肝细胞膜 44% 多功能性
核心问题：膜蛋白含量与功能复杂性的关系？
【认知冲突设置】
矛盾点：早期"蛋白质脂质蛋白质"模型厚度测算值与电镜观测值不符
突破点：引入冰冻蚀刻技术证据链（展示电子断层扫描图像）
模块三：模型建构（12分钟）
【流动镶嵌模型拼图活动】
1. 材料包分发：
磁性磷脂分子模型（亲水头部/疏水尾部）
不同形状蛋白质模块（载体、受体、通道）
糖链贴纸（糖蛋白标记）
2. 建构任务：
小组协作构建动态膜结构模型
模拟物质运输、细胞识别等过程
【模型要素解析】
graph TD
A[基本支架] > B[磷脂双分子层]
C[膜蛋白] > D{分布方式}
D > D1(镶嵌)
D > D2(嵌入)
D > D3(贯穿)
E[特殊结构] > F(糖蛋白)
F > G[细胞识别]
◆ 课堂小结与升华（5分钟）
【概念网络构建】
细胞膜系统
├── 成分探索史
│ ├── 脂质（欧文顿）
│ ├── 蛋白质（表面张力实验）
│ └── 动态性（荧光标记）
├── 结构模型
│ ├── 静态三明治→流动镶嵌
│ └── 技术推动（电镜、同位素）
└── 功能体系
├── 边界作用
├── 选择通透
└── 信息枢纽
【学科价值延伸】
联系临床医学：人工肾膜材料研发
前沿科技：基于膜结构的靶向药物输送系统
四、分层作业设计
基础层
1. 绘制流动镶嵌模型示意图并标注关键结构
2. 解释台盼蓝法鉴别细胞活性的原理
提高层
1. 设计实验验证膜蛋白的流动性（提示：荧光标记技术）
2. 比较原核与真核细胞膜结构的异同
拓展层
1. 撰写小论文：《从细胞膜研究看科学技术与理论发展的关系》
2. 调研生物膜仿生学应用案例（如海水淡化膜）
五、板书设计
第1节 细胞膜的结构与功能
一、三大核心功能
1. 系统边界 → 原始生命形成
2. 物质调控 → 选择通透性
· 台盼蓝实验（活/死细胞鉴别）
3. 信息枢纽 → 三种交流方式
体液传递（激素）
膜接触（精卵识别）
胞间连丝
二、成分探索历程
1895 欧文顿 → 脂质假说
1925 红细胞 → 磷脂提取
1935 张力实验 → 蛋白存在
1970 荧光标记 → 动态证据
三、流动镶嵌模型
◇ 磷脂双分子层（流动支架）
◇ 蛋白质分布：
镶嵌/嵌入/贯穿
◇ 糖蛋白（识别标记）
◇ 结构特点：流动性
◇ 功能特性：选择透过性
六、教学反思预设
1. 跨学科衔接：与化学（物质扩散）、物理（膜张力）的知识联结
2. 可视化难点：通过3D建模软件动态展示膜结构演变
3. 探究深度：根据学情调整科学史分析的详略程度