生物膜的流动镶嵌模型(黑龙江省哈尔滨市南岗区)

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生物膜的流动镶嵌模型
1、 教材分析
《生物膜的流动镶嵌模型》是人教版《必修Ⅰ分子与细胞》第四章第二节，介绍了探究生物膜结构的过程和方法，以及生物膜的流动镶嵌模型的内容。与第一节《物质跨膜运输的实例》所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并为学习第三节《物质跨膜运输的方式》作了知识准备。它是架起第一节和第三节的一座桥梁，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。
在对物膜结构的探索历程中，主要以时间为顺序介绍了不同国度许多科学家探索细胞膜结构主要过程和方法，通过该内容的教学，可以加深学生对科学的历史和本质的认识，特别是这些内容中所体现的结构与功能相统一、技术手段的进步促进科学的发展等观点，对学生情感态度与价值观领域的发展有重要价值。在众多对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，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，学生必须展开想象力，在头脑中构建细胞膜的空间结构，理解和掌握流动镶嵌模型的基本要点，这对于更好的理解下一节物质跨膜运输的方式有很重要的联系。
2、 学情分析
本章节位于生物教学的模块一，在这一学段，学生对于生物学的认识还处于起始阶段。 通过之前的学习，学生已经了解了细胞、知道了组成细胞的分子、掌握了细胞的基本结构，尤其是细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识，为本节知识的学习奠定了基础。同时，高中生已经具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。通过本节中科学家的研究过程，要充分利用科学史重演过程中的一个个“节点”，让学生试着面临科学家们遭遇到的种种矛盾和困惑，还原科学家的探究思路，促进学生思维的深刻性，建构合理的知识，领悟探究的方法。
3、 设计理念
1、激发学生探究的欲望
让学生从结构与功能相适应的角度分析，用什么材料做细胞膜能更好地体现细胞膜的功能。教材中“问题探讨”栏目列出了三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，其中塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足三项功能的要求。通过这个问题的讨论，学生就会认识到建立细胞膜的结构模型，必须从结构与功能相适应的观点出发来思考。细胞膜到底具有怎样的结构，才能使它具有上述功能呢？
2、突出科学史的教育
科学史的教学是在新教材中特别强调和突出的，在旧教材中涉及不多，要细致策划如何有效地引导学生分析不同时期不同科学家的实验及假说，评价他们的贡献，并通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维，让学生感到身临其境，仿佛自己就是那个科学家在思考研究。最后，让学生能够从中总结出科学发现的一般规律。
3、利用多媒体手段
讲解可通过多媒体课件来突破，有顺序和层次地介绍。“层层剥去笋衣”的过程无不显现了“结构与功能相适应”的生物学观点以及实验技术的进步对科学模型建立和发展所起的作用。通过幻灯片放映图片和动画，增强了这些内容的立体感、丰富了教学内容、使学生在乐趣中学、在轻松中学。
4、 教学目标
1、知识与技能
（1）简述生物膜的结构。
（2）探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。
（3）探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
2、过程与方法
（1）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试提出问题、作出假设。
（2）发挥空间想象力，通过制作模型，构建生物膜的空间立体结构。
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展开的，树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点。
（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）正确认识技术在科学研究中所起的作用。
5、 教学重点和难点
1、重点
流动镶嵌模型的基本内容。
2、难点
探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
6、 教学过程
教学过程 师生互动 设计意图
创设情境导入新课 问题探讨：在制作细胞模型时有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你会选择什么材料来做细胞膜？为什么？教师引导学生从结构与功能相统一的角度进行讨论，学生提出合理的材料要给以鼓励。教师引导进入对生物膜结构的探索的历程的学习：通过前面的学习已知，细胞膜主要是由磷脂和蛋白质组成，那么，它们是如何组成细胞膜的？ 引起对生物膜结构探讨的兴趣，明确结构与功能相统一的生物学原理。
对生物膜结构的探索历程 材料Ⅰ：19世纪末，欧文顿曾用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的，凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质物质更容易通过细胞膜进入细胞。根据以上材料，讨论：欧文顿的实验说明了什么？说说你的推论的依据是什么？请你评价欧文顿推论。材料Ⅱ：20世纪初科学第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来。化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。讨论：1．为什么要用哺乳动物红细胞的细胞膜进行膜结构的研究？2。在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？材料Ⅲ：1917年，朗姆瓦将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单层，而且磷酸基团的极性头部都浸入水中。教师指导：投影磷脂分子模型图（如课本P66所示）并指出每个磷脂分子包括头和尾两个部分。磷酸头部是亲水的，叫亲水端；脂肪酸尾部是疏水的，叫疏水端。所以磷脂分子在水的表面排布时，亲水端浸入水中，疏水端翘出水面形成单层。在以上的指导的基础上，教师进一步引导学生思考磷脂分子如何进一步构成细胞膜：细胞膜的内、外两侧是怎 样的环境？磷脂分子在两侧都是水溶液的环境中又以怎样的状态存在呢？ 通过讨论得出：细胞膜中应有两层磷脂分子，而且两层磷脂分子亲水性的头部靠近膜的两侧，而疏水性尾部在膜的中央相接（通过图示说明）。材料Ⅳ：1925年两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质在空气——水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。讨论：该材料说明什么？如果你是科学家，你会作出怎样的推测？材料Ⅴ：1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构（投影有关图解）。 教师引导讨论：除了脂质外，蛋白质也是细胞膜的成分。那么，蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？根据罗伯特森的工作以及前面讨论的有关细胞膜的知识，请大家合理地推测，大胆地提出假说。 学生讨论形成一定的共识后，请学生拿自己的成果与罗伯特森当时提出的生物膜的模型相对照，体验成功的喜悦。材料Ⅵ：⑴变形虫的运动及取食过程的图片，并简单予以说明。⑵荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图，简单介绍实验过程。 讨论：⑴材料说明了什么？⑵结合以上材料，说说罗伯特森的细胞膜的模型的局限性？ 培养学生根据实验现象提出假说的能力。让学生明确推理分析得出的论仅仅是假说，其正确与否必须通过实验来验证。补充材料Ⅲ，并以材料Ⅲ为基础，创设探究情境，引导学生利用自己掌握的相关知识，推测磷脂分子在细胞膜上排布的情况，体验推理过程，培养推理能力。利用材料Ⅵ让学生理解罗伯特森 “三明治”式的细胞模型的局限性，明确科学认识随着观察和深入和实验技术的发展而发展。
流动镶嵌模型的基本内容 过渡：随着新的技术手段不断运用于生物膜的研究，科学家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。在新的观察和实验证据的基础上，又有学者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。教师让学生自习课本有关内容，归纳流动镶嵌模型的基本内容。然后分组，每组利用教师提供的材料制作细胞膜流动镶嵌模型，完成后，师生共同的评价，让学生明确流动镶嵌模型的要点。 描述流动镶嵌模型的结构特点。通过亲自动手制作流动镶嵌模型，加深对该模型要点的认识。
归纳总结 引导学生科学方法、实验技术的进步在生物膜模型的建立过程中的作用等方面谈谈生物膜模型的建立和完善过程中受到的启示。 总结科学探究的一般方法
7、 教学反思
1．尽量为学生创造探究活动的机会，激发学习兴趣。
本节教学设计上主要突出科学史教育，将各位科学家实验的资料再加工，形成一连串环环相扣的问题引导学生探究，宛如亲身经历科学家的探索历程，让学生切身感受科学的魅力，始终保持高昂的兴趣，从而学习模型建构方法，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。
2．保护学生的自尊心，培育学生创造的激情。
教师必须设置好探究历程的梯度，如补充磷脂分子结构与特性的知识，并且不能超出学生当前的认知结构和认知水平，并适时恰当地给学生创新提供帮助，使其能享受成功喜悦，激发并能维持学生的创造热情。
3．以活动促发展，促进学生知识建构。
本节既有资料探究，小组讨论学习的活动，也有通过多媒体课件、学生画图、模型制作等手段，让学生动脑、动口、动眼、动手，学生学习方式多样，落实新课程标准倡导自主、探究、合作学习的要求，有效实现三维目标，学生学得既灵活又实在。
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