福建省2015年学年会教案展示人教版必修一4.2《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计

《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计
1教材分析
1.1教材的地位和内容
“生物膜的流动镶嵌模型”一节是人教版《必修1分子与细胞》第四章《细胞的物质输入和输出》的第二节。本节课主要包括科学家对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型两部分内容，与第一节“物质跨膜运输的实例”相承接，通过细胞膜结构分析对生物膜的功能特点具有选择透过性进行进一步认识，并为第三节“物质跨膜运输的方式”奠定基础，具有有承上启下的作用，有利于学生建立结构与功能相适应的生物学基本观点。
1.2三维目标的确定
本节课的科学家对生物膜结构的探索历程是很好的科学史教育素材，通过引导学生分析科学家建立生物膜模型的过程，让学生感受科学研究的过程是一个曲折漫长充满挑战的过程，需要很多科学家付出努力，科学假说的提出需要建立在认真的观察和严密的实验基础之上，并且需要进一步验证。认识到科学家的观点并不一定对，不要盲目相信权威，科学发现需要不断修正完善，科学发展离不开技术发展。通过人鼠细胞融合实验，让学生认识到细胞膜具有流动性，并启发学生回顾能体现生物膜具流动性的实例。通过对生物膜的结构模型观察、制作生物膜模型等方式，理解生物膜的成分及其结构特点，体会生物膜流动镶嵌模型的基本内容。根据课程标准及对本节内容深入剖析之后，确定以下三维目标：
(1)知识与技能
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，简述科学发现的一般规律。
②举例说明生物膜具有流动性特点。
③简述流动镶嵌模型的基本内容。
(2)过程与方法
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。
②发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。
(3)情感态度与价值观
①生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。
②正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。
③正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。
2学情分析
通过第一章第二章的学习，学生已经了解了细胞、知道了组成细胞的分子，通过第三章的学习，学生掌握了细胞的基本结构，知道了细胞膜所处的位置，细胞膜的成分和作用，生物膜系统等相关知识，为本节知识的学习奠定了基础，这些让学生对细胞膜的认识如下：细胞膜很薄，是细胞边界，能控制物质进出，具有选择透过性，形态会发生改变。
高二学生学过有机化学知识，具备一定的分析问题能力和观察认知能力，对事物有探索的好奇心，却又缺乏目的性，热情有余，耐心不足，对事物更多停留在直观的认识，对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏深入的理性思考。
3教学重点、难点的确定
经过科学家的不懈努力，在众多细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍接受认同的，能较好地解释细胞膜的功能，学生理解掌握生物膜的流动镶嵌模型的基本内容，能更好的理解生物膜的功能特点，有利于学习下一节的物质跨膜运输方式，建立结构和功能相适应的的基本观点。高二学生的生活经验较少，生物学知识缺乏，逻辑推理和发散思维能力有限，需要教师精心设置问题情境，层层深入有意引导学生建立生物膜模型，并在这个过程中，建立细胞膜的结构应与功能相适应的生物学基本观点。因此确定本节的教学重难点如下：
（1）教学重点：流动镶嵌模型的基本内容。
（2）教学难点：对科学探究过程的分析，建立生物膜模型的结构与功能相统一的观点。
4教学方法的确定
本节课通过对科学史实展示，教师引导学生观察分析实验现象，提出假说，应用技术实验验证再分析，修正假说得出最新学说，融合引导启发、观察分析、自主讨论、举例验证、教师讲授等方法。应用多媒体课件辅助教学，能提高学生学习兴趣，体验科学探究历程，直观认识细胞膜的结构。
5学习方法的确定
本节课中，学生通过观察分析科学事实，自主讨论细胞膜上的磷脂排列方式，举例验证细胞膜具有流动性等课堂活动，体验到科学探究的乐趣和科学探索的规律，进行自主学习和相互之间的协作配合，培养了创造性思维能力和合作交流能力。有利于提高学生在学习中的主人翁意识，主动学习探索。
6设计思路
本节课在分析科学家建立生物膜模型的过程中采用“展示资料→提出问题→做出假设→实验验证”的教学模式，通过设计问题，环环相扣，结合学生已有的知识和经验，让学生自主探究合作，感受科学家的探索历程的艰辛，体味科学研究规律，而后自然引出流动镶嵌模型。在分析讨论之后，学生归纳总结，教师图片展示，学生观察分析，教师归纳总结，通过师生互动的方式，帮助学生梳理体验结构模型的建构方法，理解描述流动镶嵌模型的基本内容。
7课时安排:1课时
8教学程序
9教学过程
学习内容
教师活动
学生活动
设计意图
导入
问题：回忆细胞膜的功能，细胞膜具有怎样的功能？你认为细胞膜应该具备怎样的结构使它具有这样的功能？现在有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你选用哪种材料制作细胞膜呢？为什么？你还有更好的材料吗？真实的细胞膜又有着怎样的结构呢？今天我们就沿着科学家的足迹共同来探索吧！
回顾旧知识思考相关问题并进行讨论得出结论:由于细胞膜是系统边界，能控制物质进出，形态会变化，所以弹力布相对较适合
通过回顾知识，为新课学习做好铺垫，也有利于完善知识体系激发学生对生物膜结构的好奇心和探索热情
生物膜结构的探索历程
教师展示资料1欧文顿实验：时间：19世纪末
1895年 人物：欧文顿实验：
问题1：根据实验，你能提出什么假说？问题2：此时是对现象的推理分析还是通过对膜成分的提取和鉴定？问题3：为什么不直接对膜成分分离鉴定呢？问题4：得出结论后，有必要对膜成分提取分离和鉴定吗？教师展示资料2其他科学家用蛋白酶处理哺乳动物红细胞膜，膜被破坏。问题1：这说明细胞膜还有什么成分？教师讲解：20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。 那么这些物质如何组成膜？教师展示资料31925年 两位科学分离纯化了红细胞，从一定数量的红细胞中抽提脂类，发现提取的脂铺展后所测的面积同实际测量的红细胞的表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。问题1：请展开想象，提出假说。教师展示磷脂分子结构示意图，进行讲解：磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有疏水基团（尾部），又有亲水基团（头部）。问题1：在水—空气界面上，磷脂分子如何排布？(黑板上画出水—空气界面)教师巡视点评。问题2：细胞内外都是水为基础的液体环境，在细胞膜上磷脂分子又如何排布？(黑板上画个圆表示细胞)教师指导纠正。教师设问：蛋白质和磷脂的位置关系如何呢？展示资料4：罗伯特森的单位膜模型 时间：1959年 人物：罗伯特森 实验：在电镜下看到细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构。（图片展示）问题1：罗伯特森观察到什么现象？提出什么假说？教师讲解：蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色，磷脂的电子密度低，显亮色，罗伯特森借助电子显微镜观察，建立了蛋白质-脂质-蛋白质三层结构模型，他认为蛋白质覆盖在磷脂两侧在膜中分布是对称的，生物膜是静态结构。问题3：这种模型有什么局限性吗？展示白细胞吞噬病原体、变形虫运动、细胞分裂等动画启发学生。教师展示资料5：冰冻蚀刻电子显微法问题：观察图，蛋白质在膜上如何排布？教师展示资料6：时间：1970年 人物：弗雷和艾迪登实验：将人和鼠的细胞融合实验。（播放动画）问题1：该实验现象如何？说明了什么？问题2：请例说明细胞膜具有流动性。
学生观察分析思考问题细胞膜有脂质成分对现象推理分析当时技术较低，无法实现有必要，能更直观准确说明问题思考回答：细胞膜的成分除了脂质，还有蛋白质阅读资料，认真思考之后回答：细胞膜中的磷脂为两层。学生观察示意图，进行思考讨论，并画图。学生进一步思考，分组讨论画图，个别学生到黑板前画图展示。思考回答：1.暗-亮-暗三层结构2.假说：生物膜是由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成。3.局限性：这种静态的生物膜模型解释不了膜的很多生理现象。学生观察图片，思考回答：蛋白质有的平铺于膜上，有的镶嵌在磷脂中，有的贯穿膜两侧蛋白质在膜上排布不对称、不均匀。学生思考讨论，回答如下：1.实验现象是两种颜色的荧光均匀分布。说明细胞膜具有流动性。2.白细胞吞噬病原体分泌蛋白的合成分泌、质壁分离、细胞分裂等
学生通过体验科学家实验，领会到科学实验的艰辛，感受到科学家的百折不挠精神。尝试提出假说，意识到假说的提出需要试验和观察的依据。意识到科学发展离不开技术的支持。假说是否成立需要实验进行验证。使学生意识到技术进步促进假说发展完善。感同身受，通过观察思考，体验研究历程，提高思维能力在前个问题基础上，进一步深入思考，接近事物本质。再次说明技术进步推动科学发展。勇于挑战权威，科学家的观点不全是真理，树立勇于质疑的科学精神。技术在进步，思维在更新。荧光标记技术的出现，使人们能直观地观察到膜的动态变化。再次说明技术进步推动科学发展。应用动画模拟，激发学习兴趣，使实验更真实，体验更深刻。结合生活实际和已学知识，理论联系实际，学以致用，并促进对新知识的理解掌握。
流动镶嵌模型内容
教师讲解：在新的观察和实验技术基础之上，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。展示资料7：时间：1972年人物：桑格（S.
J.
Singer）和尼克森内容：流动镶嵌模型问题1：细胞膜的组成成分有什么？问题2：细胞膜的基本支架是什么？问题3：蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？问题4：细胞膜具有怎样的结构特点和功能特点？教师在学生回答之后补充完善，讲解细胞膜外侧上有糖蛋白，糖蛋白具有保护、润滑作用，与细胞表面识别、细胞间信息交流密切相关。布置练习：画细胞膜结构的简图，并注明主要分子的名称。问题5：生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法。问题6：纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技术的进步所起到怎样的作用？问题7：分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应是如何体现的？
结合前面探究历程，观察流动镶嵌模型示意图，思考回答，总结出细胞膜的流动镶嵌模型基本内容。学生画图，教师巡视指导，并用投影仪展示典型作品。学生分组讨论，各抒己见，达成以下共识：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。实验技术的进步对科学发展起到推动作用。结构和功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识、再实践、再认识，使人类一步步接近生物膜结构的真相。
发挥学生主体作用，通过学生观察思考回答、教师补充归纳讲解、画图练习、作品展示等方式，感知知识形成，突出重点。3个问题促进学生深入思考，训练学生发散思维，总结结构与功能相适应的观点。意识到人类对自然的认识永无止境。使本节内容意境得以升华。
小结
教师展示以下概念图教师依据概念图，对本节课内容简要概括总结。作业布置：完成课本69页课后练习。
学生回顾本节知识，填写相关内容。
构建概念图，可以了解学生对知识的理解情况，并对本节内容回顾，使学生形成知识框架。巩固所学知识。
10教后反思
本节教学设计本着学生是学习与发展中的主体的教学理念，突出科学史教育，教师应用多媒体课件展示科学研究史实，生动形象，精心设计问题，环环相扣，激发学生兴趣，步步引导学生探究，启迪科学研究思维，让学生沿着科学家的足迹前行，感同身受，从中学习模型建构方法：实验、推理想象—提出假说—进一步验证完善—不断发展；正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用；总结科学发现的一般规律。经过回顾科学家的探索之路后，本节的重点流动镶嵌模型就自然生成，因此教师只要设置问题情境，让学生自主归纳，教师进行补充完善即可，教学过程该放手时就大胆放手，这样既利于提高学生思维能力，又能使他们体验成功的喜悦。
在教学设计中，应考虑学生现有知识水平和认知结构，如磷脂分子结构与特性是学生未学过的知识，应适当补充，在此基础上设置问题，并注意问题设置应有梯度，一步到位会让学生感觉太难而放弃思考。当学生考虑欠缺，表述不周时应予以适当引导鼓励，提供帮助，以保护学生自尊心，当学生表现出色时，应予以赞扬肯定，激发维持学生的学习积极性。
应用多种教学方法，如小组讨论、自主画图、动画演示、教师讲授等，通过师生互动、生生互助活跃课堂气氛，通过问题探讨、课堂活动，调动学生脑、口、眼、手多种感官，让学生学习方式多样化，提高能力的同时更乐学爱学。
在实际教学过程中，课堂上活动较多，学生思考时间有限，未能做到每个环节充分调动所有学生的积极性，一些问题的探讨未深入到本质，今后在教学过程应注意时间安排合理化，加强学生能力训练，进一步提高课堂效率。