3.1 细胞膜的结构和功能（第1课时）-教学设计（表格式）--2025-2026学年高一上学期《生物》（人教版）必修1

3.1细胞膜的结构和功能（第1课时）教案
课题 3.1细胞膜的结构和功能 单元 必修1 学科 生物 年级 高中
教学 目标 生命观念：通过阅读理解、小组探究等方学习，简述细胞膜的结构和功能，认同结构与功能相适应的观点。 科学探究：探究细胞膜的成分与结构特点。
重点 细胞膜的功能。
难点 细胞膜的结构与其组成成分的内在联系。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第1课时 问题探讨： 鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 讨论： 1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 2.据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？ 答案提示： 1.活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。 2.细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。 引导：一个国家有陆地、海域、领空的边界；使人体内部与外界分隔的皮肤和黏膜，是人体的边界。系统的边界对系统的稳定至关重要。每一个系统都有一定的边界，细胞作为最基本的生命系统，它与外界的边界是什么呢？ 思考：细胞的边界为什么是细胞膜还不是细胞壁？ 过渡：作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢？ 进而引出本节所学内容——细胞膜的结构和功能。 学生通过讨论回答问题。 引发思考，尝试回答什么是细胞的边界。 思考问题并进行作答。 提示：细胞壁的作用是维持细胞形状，具有全透性，并不能控制物质进出细胞，所以不是真正的边界。 通过问题探讨，让学生认同细胞膜是系统的边界，引出课题。
新课讲授 一、细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 教师：展示资料和图片，结合资料分析和观察图片，讲解细胞膜的第一个功能——将细胞与外界环境分隔开。 人们普遍认为生命起源于原始的海洋，原始海洋中的有机物逐渐聚集并且相互作用，进化出原始的生命。 膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定，减小了各种外部的干扰，细胞才能正常的进行各种代谢活动。这就好比我们的学校的围墙，如果没有这些围墙，喧嚣的街道会直接影响到我们班级同学的学习，我们的学习就不能正常进行。 2.控制物质进出细胞 提问：细胞膜还具有什么功能呢？ 教师：再次展示“问题探讨”中台盼蓝染液染死细胞和活细胞的实验结果，引导学生推测细胞膜具有分隔和控制物质进出的功能，思考两个功能是否矛盾，思考细胞膜发挥功能的前提以及相对性。 思考：科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。你能解释“染色排除法”的原理吗？ 师生共同总结出：活细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。举例死细胞的细胞膜就像为围墙被凿出了许多洞，失去了控制物质进出细胞的功能。 提问：那么细胞膜是怎样控制物质进出细胞的？ 像海关或边防检查站，对进出细胞的物质进行严格的“检查”，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞不需要的物质或者对细胞有害的物质“不容易”进入细胞。抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外，强调从细胞内出细胞外的物质除了代谢废物，还有抗体、激素等分泌物；但是细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外。当然，细胞膜的控制作用也是有限的，是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病。 总结：细胞膜的第二个功能——控制物质进出细胞 细胞膜的控制作用是相对的。 细胞膜的功能特性：选择透过性。 3.进行细胞间的信息交流 过渡：生物体作为一个繁忙有序的细胞社会，在对细胞生物体内，各个细胞都不是孤立存在的，与周围的环境关系密切，保持功能的协调，不断地与外界环境发生着物质和能量的交换以及信息的交流。只有这样，细胞才能联合起来完成生命活动。而细胞之间的信息交流方式多种多样。 教师：阅读课本P41的内容，结合教材细胞间信息交流的图片，总结细胞膜在细胞间多种信息交流的方式中起了重要作用。 教师：PPT展示并结合教材，引导学生总结细胞间信息交流的方式。 （1）通过细胞分泌化学物质间接传递信息。（物质传递） 教师：请学生来描述动画演示的内容。 （2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。（接触传递） 提出疑问：相距较远的细胞之间进行信息交流，相邻细胞间怎样传递信息呢？ 通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。发出信号的细胞上的信号分子与靶细胞上的特异性受体结合。例如，精子和卵细胞的结合。精子表面的信号分子只能与同种生物卵细胞的细胞膜表面的受体特异性结合。所以在海洋或河流湖泊中存在着很多不同物种的精子和卵细胞，这些精子和卵细胞并没有相互结合。 （3）相邻两细胞通过通道进行交流。（通道传递） 相邻两细胞之间形成通道，来传递信息。相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。 教师：引导学生总结细胞膜的三个功能。 除了以上提到的几种功能外，细胞膜还有细胞识别、保护细胞、参与细胞的运动、分泌等功能。 【拓展】 观看拓展资料，我们知道植物细胞膜的外面还有一层细胞壁，它的主要功能是什么呢？ 思考：细胞壁位于植物细胞的最外层，为什么细胞壁不是植物细胞的边界？ 教师：评价总结。很好，因为细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性（即全透性），它不能保证细胞内部的稳定，所以说细胞壁不能称之为植物细胞的边界。而细胞膜将细胞与外界环境分隔开，控制物质进出细胞，细胞膜才是边界。 学生阅读资料，思考、分析，讨论回答得出：细胞膜将细胞与外界环境分隔开。 学生根据实验结果，思考、分析讨论，并回答问题，总结出细胞膜控制物质进出细胞。 思考并回答问题。 学生阅读教材，观察P41图3-2并抓关键词比较、分析，结合细胞间信息交流的方式中细胞膜的功能，体会多细胞生物是一个“繁忙”的社会。 学生：内分泌细胞分泌的化学物质（如激素），随血液到达全身各处，与把细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 思考并回答。尝试概括细胞间信息交流的方式。 相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。 生：支持和保护。 回答：细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性（即全透性），无法在细胞壁内制造一个稳定的内部环境，因此细胞壁不是细胞这一生命系统的边界 引导学生展开想象，理解细胞膜功能，认同细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义。树立功能与结构相适应的生物学观点。 将细胞膜的成分和功能与生活实际联系，让学生注意理解生物科学与技术和社会之间的相互作用，重视理论联系实际。 这部分知识抽象难懂，又是难点，引导学生识图，培养学生灵活运用图得出所需新知识的能力。 引导学生总结细胞膜的功能 通过拓展知识，引导学生知道细胞壁的成分和功能，进一步体会细胞膜的重要意义。
新课讲授 二、对细胞膜成分的探索 教师与学生一起来体验科学家探索生物膜结构的历程。 教师：引导学生阅读课本“科学家对细胞膜成分的探索历程”内容，用问题串引导学生思考问题： 思考·讨论：对细胞膜成分的探索 回到19世纪重温科学发现之旅 教师课件展示： 探究一：资料一 1895年欧文顿的实验 教师：展示欧文顿实验资料，引导学生分析结果结论，并判断欧文顿的认识是推测还是鉴定。 1895年，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行上万次的实验。发现：凡是可溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。 提出问题：如果你是欧文顿，你能得出怎样的结论呢？ 小组讨论1：最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？ 提示：最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析得出的。 与化学的联系：相似相溶原理。 “相似”是指溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。 像欧文顿用的这种根据实验现象及相关化学知识“相似相溶”原理，得出结论的方法就是科学家在探究时常用的方法之一称为“什么方法？” 假说需要通过观察和实验进一步验证和完善。那科学家是如何来验证欧文顿的假说？ 探究二：资料二 为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，20世纪初，科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞等作为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 提出问题：为什么要用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料？ 提示：因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器。所以没有核膜和细胞器膜，没有细胞壁，吸水胀破后获得的膜是纯净的细胞膜。 教师：展示磷脂的分子结构。 总结：磷脂分子的特点。 磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。 活动一：请根据磷脂分子的特点构建其在空气与水界面上分布的模型。 探究三：资料三 1917年，科学家朗缪尔把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉以后，脂类分子在水面上铺成一层，并且测得脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上。 教师：引导学生推测朗缪尔实验中磷脂分子在水-空气界面中和水中的分布情况，并推测其在细胞膜中的真实分布情况及层数。 活动二：如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，磷脂分子在水溶液中又将如何分布？ 活动三：思考正常情况下细胞膜一般处于什么环境？尝试构建细胞膜中磷脂分子的排布模型。 探究四：资料四 戈特和格伦德尔实验 1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞中提取脂质，将提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其单分子层所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。他们由此推断：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。 引导总结脂质以“磷脂双分子层”排列。 教师：引导学生小组讨论磷脂分子在下列情况中的排列方式（从磷脂结构分析），并说出答案。 1.平铺于水面上（空气—水界面） 2.磷脂分子置于水中 3.细胞膜上（细胞内外环境） 提出问题：如果用其他细胞膜（鸡的红细胞）做实验，数量关系还是2倍吗？ 思考：蛋白质是怎样与之相结合的呢？ 小组讨论2：根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？ 提示： 磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。 科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。 小组讨论3：磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？ 提示：由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。 小组讨论4：如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？ 提示：如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。 探究五：资料五 丹尼利和戴维森实验 教师：展示表面张力的实验资料，引导学生思考现象背后的原因。 1925年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力，他们发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂表面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 教师：展示不同细胞生物膜的化学组成，引导学生观察比较。 教师：小结细胞膜的成分 总结：细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成，此外，还有少量的糖类。 阅读教材，思考 学生分析讨论得出答案。 归纳小结欧文顿的实验： 膜是由脂质组成的。 小组讨论，回答问题。 学生回答提出假说。 化学分析表明：脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多 思考问题并回答。 学生结合图片和教师的讲解，认识磷脂分子的特点。 构建模型。 学生根据磷脂分子的特性对磷脂分子在不同环境中的分布以及细胞膜中的分布进行模拟和推导，同时借鉴朗缪尔的实验推测磷脂在细胞膜中的分布层数。 回答：磷脂分子的疏水尾由于受到斥力而自发的聚集起来，形成一个脂分子团，亲水头部向外，疏水尾部朝内。 回答： 磷脂分子形成两层分子。 亲水头部分别在两侧朝向外部的水溶液。 疏水尾部相对排列在内部。 分析资料，归纳总结实验结果。 以小组为单位进行讨论并分别说出答案。 思考并回答问题。 小组讨论，回答问题。 学生分析得出细胞膜中除有脂质外，可以还吸附有蛋白质。 学生从数据中比较出几类细胞膜的成分含量的共性及差异并简单阐明可能的原因。 小结：磷脂最丰富，动物细胞膜含有少量胆固醇。膜功能越复杂，蛋白质种类和数量越多 提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。 培养学生主动获取知识的能力、归纳能力及与人交流信息的能力。 对科学过程和方法的理解进一步加深。 领悟科学研究的方法“假说”是怎样提出来的。 结合科学史资料和相关问题，引导学生分析得出组成细胞膜的成分。 帮助学生感知科学探究过程，培养科学思维和科学探究能力。 培养学生问题意识，学生发散性思维。 提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。 结合教材“科学家对细胞膜成分的探索历程”与补充资料，通过问题串引导学生思考、分析得出细胞膜的成分，并通过对磷脂特点的分析，初步对其在质膜中的排布方式进行推测。学生在体验科学史探究过程中，逐步训练科学思维和科学探究能力。
课堂小结 教师小结本节所学。
板书 第一节 细胞膜的结构和功能 第一课时 细胞膜的功能和对细胞膜成分的探索 一、细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞之间的信息交流：物质传递，接触传递、通道传递 二、对细胞膜成分的探索 1.欧文顿实验：膜是由脂质组成的 2.纯净细胞膜分析鉴定：脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多 3.朗缪尔实验：磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层 4.戈特和格伦德尔红细胞膜磷脂平铺实验：细胞膜中磷脂排列成双层 5.丹尼利和戴维森实验：细胞膜表面张力和油滴表面张力比较蛋白质酶溶解细胞膜的实验（细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质）
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