新人教版必修1高中生物4.2--生物膜的流动镶嵌模型--教案

生物膜的流动镶嵌模型
教
案
一、教材分析
（一）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》之第二节，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，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。
本节主要包括对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。在教学中，要充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，切身感受科学的魅力，保持探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。让学生在探究中学习科学探索的方法，从而渗透探索的科学过程和方法的教育。
（二）教学目标
1.知识与技能
（1）简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
（2）举例说明生物膜具有的流动性特点。
（3）通过分析科学家建立生物膜模型的过程阐述科学发展的一般规律。
2．过程与方法
（1）分析科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题，大胆作出假设。
（2）发挥空间想象能力，构建细胞膜的空间立体结构。
3.
情感、态度与价值观
（1）使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点。
（2）培养学生严谨的推理和大胆的想象能力。
（3）认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观。
（三）教学重点
1、科学家对生物膜结构的探索历程。?
2、生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。
（四）教学难点
1、对科学探究过程的分析，如何体现生物膜的结构与功能相统一。
2、生物膜的空间立体结构。?
3、生物膜的流动性特点。
（五）教学方法
本节课采用“引导—观察分析实验现象—提出假设—实验验证再分析”的教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以多媒体辅助教学，尤其在体验生物膜的探索历程上给学生以动态的感觉，轻松地讲授本节的两大知识板块。
（六）学习方法
在本节课中，学生将通过多种途径，如：观察、阅读、思考、分析、讨论、探究等等，来开展学生之间的协作学习和自主学习，形成以学生为主体的教学模式。
二、教学设计
（一）设计思路
本节课采用“提供资料→提出问题（要求）→做出假设（构建模型）→提供实验验证”的教学模式，通过“生物膜流动镶嵌模型”的构建及有关实验设计，体现学生“自主、探究、合作”的学习方式，感受科学家探索的历程和过程的艰辛。同时对探索历程的内容凸显脉络，像“层层剥去笋衣”一样，帮助学生梳理并体验结构模型的建构方法，同时理解并能够描述流动镶嵌模型的基本内容。
（二）教学程序
（三）教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
[引入]
首先让我们一起欣赏一首诗，请大家大声朗读一遍。
学生朗读“是谁，隔开了原始海洋的动荡；
是谁，为我日夜守边防；
是谁，为我传信报安康。
没有你，我——一个小小的细胞，会是何等模样?
”
点燃学生的好奇之火，激发学生对生物膜结构的强烈兴趣和渴望探索的动机。
[提问]
里面描述的是哪种细胞结构
[过渡]
诗中提到细胞膜的3个功能，请大家回忆一下哪3个功能？细胞膜的功能如此重要，与细胞膜的结构有密切关系。今天这节课我们一起来探索细胞膜等生物膜的结构。
[回答]
细胞膜
[新课]
一．生物膜结构的探索历程
[过渡]
要弄清某一物质或物体的结构，首先要弄清它的化学组成成分。那么，细胞膜的主要组成成分是什么？
[回答]
脂质（磷脂）和蛋白质
开始学习模型建构的方法。
[小标题一]
从细胞膜功能入手的科学探究
[展示资料1]
细胞膜的通透性实验时间：19世纪末
1895年科学家：欧文顿（E.Overton）实验：物质对细胞膜的通透性问题：①实验的现象是什么？②欧文顿提出了什么假说？[设疑]
这样的假说是通过对现象的推理分析，还是对膜成分进行提取出来加以鉴定？[过渡]
由于当时技术条件的限制，他没办法完成这个实验，所以在科学发展的道路上，技术的发展也是很重要的。探究过程并未终止。到了20世纪初，有了这样的实验条件，科学家又做了什么？[展示资料2]
细胞膜提取分离和成分分析时间：20世纪初实验：科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。问题：这个实验的结论是什么？
这个实验的结果是否验证并完善了
欧文顿的假说？
[阅读]
P65教材正文第二段。[观察]
欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性实验[回答]①实验的现象是什么？
（凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。）②欧文顿提出了什么假说？
（膜是由脂质组成的。）[回答]
推理分析[阅读]
P65教材正文第三段。[回答]细胞膜是由哪些化学成分构成的？（膜的主要成分是脂质和蛋白质。）
是。
假说是怎样提出的。科学的探索要具备严密的思维。
[小标题二]
单位膜模型的提出
[过渡]
细胞膜中的化学成分是怎样有机结合构成细胞膜的呢?其中涉及到细胞膜中磷脂的排列方式和蛋白质的排列方式。我们接着往下探究。请大家仔细观察课本中磷脂分子的结构。
根据磷脂分子的特点，我们准备一个烧杯，烧杯内装有一定体积的水，在空气—水界面上磷脂分子应该怎样排布呢？
接下来我们就一起动手探究下一个问题。以小组为单位，拿出资料袋中的模型，在白板上试着摆出模型。
题目：如果用玻璃棒搅动液面，使所有的磷脂分子浸在水中，形成很小的脂球体。这些脂球体中的磷脂分子是怎样排布的？[设疑]
结合人体组织细胞的内外环境，磷脂分子应怎样排布？[过渡]
这只是大家探究的一个模型，下面我们来看科学家对这一问题是怎样验证的？[展示资料3]
两位荷兰科学家实验过程时间：1925年科学家：荷兰科学家Gorter和Grendel问题：①实验的现象是什么？②实验结论是什么？③细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢？[过渡]
教师利用教具将磷脂双分子层在黑板上排列出来，设疑：这是否就是生物膜的完整结构？
接下来要我们接着探究蛋白质的排布方式。蛋白质在细胞膜上究竟怎么排布。这个问题科学家们做出了各种各样的假设，有的科学家推测，蛋白质是否覆盖在磷脂分子的表面？但是没有确定。我们之前说技术是科学发展的推动力，技术发展了，电子显微镜诞生了。[展示资料4]
单位膜结构模型时间：1959年科学家：罗伯特森（J.D.Robertsen）实验：罗伯特森电镜下观察到的细胞膜问题：①实验的现象是什么？②罗伯特森提出了什么假说？
③讨论单位膜模型的局限性？
[观察]
教材
P66思考与讨论中的磷脂分子。学生上台用模型演示。[小组讨论，演示，评价][小组讨论，演示，评价][小组讨论回答]①实验的现象是什么？
（测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。）②实验结论是什么？
（细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。）③细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢？
（磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸组成。其磷酸“头部”是亲水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。该结构决定了细胞膜中磷脂分子的排列方式。）[回答]不是，还缺少蛋白质[阅读]
P66教材正文第一段[观察]
展示罗伯特森电镜下观察到的细胞膜。[小组讨论回答]①实验的现象是什么？
(在电镜下看到了细胞膜清晰的“暗—亮—暗”三层结构。)②罗伯特森提出了什么假说？
(所有生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成的静态统一结构。)③讨论单位膜模型的局限性？
(把生物膜描述为静态的刚性结构，解释不了膜的许多生理功能）
了解技术进步对科学研究发展的作用。技术进步推动了假说的发展。
[设疑]我们观察单位膜发现蛋白质-脂质-蛋白质这三层结构是一层紧挨一层，动弹不得，那应怎样解释这种实验现象？[展示资料]
人们研究人工膜（只由两层磷脂分子构成）对不同离子的通透性，发现：脂溶性物质易通过人工膜，葡萄糖、氨基酸、钠离子等难以通过，而生物膜上却可以通过上述物质。下面合作探究2：请大家在刚才的磷脂双分子层的基础上利用“蛋白质”的模型摆出蛋白质可能存在的方式。
[小组讨论回答]葡萄糖等物质通过细胞膜需要蛋白质，蛋白质不可能只覆盖在脂质表面。学生分组构建蛋白质在磷脂分子中的排布方式。展示小组合作的成果并进行自我评价。
[小标题三]
新技术带来新模型
[展示资料5]
新技术手段：用干冰等冰冻细胞膜。后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。[设疑]实验的现象是什么？[过渡]因此罗伯特森提出的模型很快被新技术的实验否定。[展示资料6]
免疫荧光技术细胞融合实验时间：1970年科学家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)实验：人鼠细胞融合问题：①实验的现象是什么？②实验结论是什么？③例举细胞膜具有流动性？[智慧升华]
1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）通过观察和实验，并在继承前人的研究成果基础上，提出了什么样的生物膜分子模型并被人们所接受。
实验的现象是什么？
(实验表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶在脂质双分子层表面的，有的是嵌入或贯穿在整个磷脂双分子层中。)[阅读]
P67教材正文第二段[观察]
Flash演示小鼠细胞和人细胞的融合过程。[小组讨论回答]①实验的现象是什么？
（两种颜色的荧光均匀分布。）②实验结论是什么？
[细胞膜具有流动性（膜分子是运动的）。]③例举细胞膜具有流动性？
（白细胞吞噬细菌、变形虫运动。）[形成共识]1972年，桑格和尼克森提出了最具代表性的生物膜模型——流动镶嵌模型。
随着技术进步，假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想像→提出假说→进一步验证完善→不断发展。
二．流动镶嵌模型的基本内容
[过渡]回顾这一百年来的探索历程，我们一块来分享一下科学家的劳动成果，学习流动镶嵌模型的基本内容，请大家阅读教材68页的课文内容。[动画演示]
细胞膜的亚显微结构模型[自学问题]①生物膜的基本支架是什么？②蛋白质分子有哪几种存在形态？③膜分子是静止的，还是运动的？[设疑]
生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？从生物膜结构的探索历程中，你受到哪些启发？
[阅读]
P68教材正方第一段[观察]
三维立体动画演示生物膜的流动镶嵌模型[小组讨论回答]①生物膜的基本支架是什么？
[磷脂双分子层。（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）]②蛋白质分子有哪几种存在形态？
[蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的嵌入磷脂双分子层中，有的横跨磷脂双分子层。（体现了生物膜的不对称性）]③膜分子是静止的，还是运动的？
[磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（体现了生物膜的结构特点具有流动性）][生生协作，形成共识]
流动镶嵌模型不可能完美无缺。
通过动画演示和直观图片，强化生物膜“流动镶嵌模型”的基本内容。
[科学精神和科学品质渗透]
人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，不断完善和发展流动镶嵌模型。希望在座的每一位同学都能多一些探索精神，去探索自然界中更多的神奇和奥秘！
总结结构与功能相适应的观点。人类对自然的认识是永无止境的。
实现“情感、态度与价值观”课程目标。
（四）教后反思
本节课的设计意图：希望能激发学生兴趣，让学生积极参与探究活动，最终达到学生理解掌握生物膜的流动镶嵌模型的目的。现将反思整理如下：
1．知识处理方面：要注意前后呼应、承上启下。以一首描述细胞膜的诗歌导入本节课，让学生回顾细胞膜的功能，重点强调结构与功能相适应的观点。在本节课结束的时候，通过一段视频再回到这一话题，流动镶嵌模型能否完成这一功能？细胞膜对物质的吸收有选择性？从而引导学生关注下一节的内容。对于某些知识不能想当然地认为自己清楚学生也清楚，该交待清楚的要交待清楚，不可省。比如：磷脂分子的亲水端与疏水端的意思。
2．探究活动的处理。第一个探究活动，由磷脂分子在空气与水界面的排布到脂球体的探究，首先要大力肯定学生的思维，然后继续启发学生思考细胞的特点、细胞膜的内外环境，构成细胞膜的磷脂分子该如何排布呢？否则，探究活动与膜结构有点脱节。但由于时间的限制，没有将所有小组上台展示小组的探究成果。第二个探究活动，蛋白质在磷脂分子中的排布，学生大胆的发挥想象力，勇敢的上台展示，并进行自我评价，很好地体现以学生为主体。
3．教学评价方面：要适当地让学生来评价学生，这样有利于调动学生的积极性。
4．尽量多让学生来描述。学生不会描述，是因为平时老师没有给他们机会。
5．处理课堂的预设和生成问题的能力还有待加强。
双层磷脂分子
单层磷脂分子
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