【文章內(nèi)容簡介】 物膜的流動鑲嵌模型》教學設(shè)計內(nèi)容和地位 “生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)是人教版《必修1分子與細胞》第四章《細胞的物質(zhì)輸入和輸出》之第二節(jié)，與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗彼从车纳锬ξ镔|(zhì)的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯(lián)系，并對第三節(jié)學習“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健弊髁酥R準備。所以，這節(jié)的內(nèi)容安排很巧妙，對整個章節(jié)的知識起到了承上啟下的作用。 本節(jié)主要包括了兩大部分內(nèi)容：①.科學家對細胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。這是一個很好的科學史教育素材，通過引導(dǎo)學生一步一步地分析科學家的實驗和結(jié)論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，更重要的是讓學生加深對科學過程和方法的理解，明白科學發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷修正、發(fā)展和完善；科學發(fā)展與技術(shù)有很大的關(guān)系，技術(shù)的進步可以更好地促進科學的發(fā)展。②.細胞膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在眾多對細胞膜結(jié)構(gòu)的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，學生必須展開想象力，在頭腦中構(gòu)建細胞膜的空間結(jié)構(gòu)，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系。學情分析 學生已經(jīng)了解了細胞、知道了組成細胞的分子、掌握了細胞的基本結(jié)構(gòu)，尤其是細胞膜作為最基本生命系統(tǒng)的邊界等相關(guān)知識，為本節(jié)知識的學習奠定了基礎(chǔ)。 高中學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結(jié)論的形成缺乏理性的思考。設(shè)計思路 調(diào)動學生已有的知識和經(jīng)驗，激發(fā)學生的探究欲望。學生在第2章的學習中曾經(jīng)制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，當時就遇到過用什么材料做細胞膜的問題。本節(jié)課可以從這個問題入手，讓學生從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度分析，用什么材料做細胞膜，能更好地體現(xiàn)細胞膜的功能。關(guān)于這個問題，學生已有的知識是：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界；細胞膜能夠控制物質(zhì)的進出，讓一部分物質(zhì)通過，其他物質(zhì)不能通過；植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗告訴學生，細胞能夠在一定范圍內(nèi)漲大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。教材中“問題探討”欄目列出了三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，其中塑料袋只能滿足作為系統(tǒng)邊界的要求，普通布能夠滿足系統(tǒng)的邊界和讓一部分物質(zhì)透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足上述三項功能的要求。通過這個問題的討論，學生就會認識到建立細胞膜的結(jié)構(gòu)模型，必須從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點出發(fā)來思考。當然，細胞膜不可能是由彈力布構(gòu)成的。細胞膜到底具有怎樣的結(jié)構(gòu)，才能使它具有上述功能呢？ 本節(jié)課在教學設(shè)計上主要突出科學史的教育，科學史的教學是在新教材中特別強調(diào)和突出的，在舊教材中涉及不多，要教好不容易。老師備課過程要細致策劃如何有效地引導(dǎo)學生分析不同時期不同科學家的實驗及假說，評價他們的貢獻；要能通過一連串的環(huán)環(huán)相扣的問題來引導(dǎo)學生思維，要讓學生感到身臨其境，仿佛自己就是那個科學家在思考研究；最后讓學生從中總結(jié)出科學發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。 生物膜結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建是本節(jié)要突破的一個難點問題。本節(jié)課中，教師自制了磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的模型，讓學生根據(jù)科學家的實驗現(xiàn)象自己來構(gòu)建磷脂分子的排列方式、蛋白質(zhì)與磷脂的組合方式，這樣讓學生不但形象、直觀的了解了模型構(gòu)建的過程、也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗了成功的喜悅。 細胞膜的流動鑲嵌模型這個難點的講解可通過多媒體課件來突破，有順序和層次地介紹。通過幻燈片放映各個科學家研究的圖片、動畫，增強了這些內(nèi)容的立體感、豐富了教學內(nèi)容、使學生在樂趣中學、在輕松中學。[教學目標知識與技能①簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 ；②舉例說明生物膜具有的流動性的特點 ；③通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學發(fā)展的一般規(guī)律。過程與方法①分析科學家建立生物膜結(jié)構(gòu)模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設(shè) ；②發(fā)揮空間想象能力，構(gòu)建細胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。情感、態(tài)度和價值觀①使學生樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學辨證觀點 ；②培養(yǎng)學生嚴謹?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰?；③認識到技術(shù)的發(fā)展在科學研究中的作用，尊重科學且用發(fā)展的觀點看待科學、樹立辨證的科學觀。教學重點科學家對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內(nèi)容。教學難點對科學探究過程的分析，如何體現(xiàn)生物膜的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一；生物膜的空間立體結(jié)構(gòu)；生物膜的流動性特點。教具準備生物膜流動鑲嵌模型的多媒體演示課件自制磷脂分子、蛋白質(zhì)分子模型教學流程設(shè)問引入→“問題探討”→體驗“生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”→闡述“流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容”教學過程（一）情景創(chuàng)設(shè)教師：同學們，在前面我們制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型中，遇到過用什么材料做細胞膜的問題，現(xiàn)在有三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，你選用哪種材料呢？為什么？學生：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界。學生：細胞膜是選擇透過性膜，能夠控制物質(zhì)的進出，讓一部分物質(zhì)通過，其他物質(zhì)不能通過。學生：植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗告訴我們，細胞能夠在一定范圍內(nèi)脹大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。學生：塑料袋只能滿足作為系統(tǒng)邊界的要求，普通布能夠滿足系統(tǒng)的邊界和讓一部分物質(zhì)透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足前面提到的三項功能的要求。教師：大家進行選擇的依據(jù)是利用了細胞膜的功能，這體現(xiàn)了什么樣的生物學思想呢？學生：生物體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的思想。教師：實際上，彈力布也并不能完全代替生物膜。要找到更好的材料，我們還需要對細胞膜的結(jié)構(gòu)有更深的認識。（二）師生互動對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程教師：人們對事物的認識是有一個過程的，科學家當年正是懷著對物質(zhì)跨膜運輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問，開始了對生物膜結(jié)構(gòu)的孜孜以求地探索，歷經(jīng)了一百多年時間，走過了一條曲折的道路，直到現(xiàn)在仍有許多科學家在繼續(xù)深入研究。讓我們一起重溫一下這段歷史，會讓大家對科學過程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過時空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是當時的一位科學家，你會怎樣去研究細胞膜的結(jié)構(gòu)？（提示學生，引導(dǎo)他們明白限于當時的技術(shù)條件，還不能親眼看到生物膜，無法想像它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，通過什么辦法進行第一步的探究呢？引導(dǎo)學生看教材后明白當時科學家是從生理功能入手來探究的，通過實驗觀察，科學家才有嚴謹?shù)耐评?，提出膜是由脂質(zhì)組成這一假說，提示學生作出科學探究過程中作出假設(shè)后的步驟是什么（通過實驗來驗證假設(shè)），從而進入下面的學習。學生：可以從現(xiàn)象入手，去進行推測。教師：這就是生物學研究上常用的一種科學方法——假說法。這也是我們今天探究生物膜的結(jié)構(gòu)的一個重要的方法，下面，就讓我們沿著科學家的足跡，和科學家一起來研究這個問題。問題（1）：探究細胞膜的組成成分是什么？展示材料①：歐文頓的實驗及其相關(guān)的圖片時間：19世紀末 1895年人物：歐文頓（）實驗：用500多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進行過上萬次的實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質(zhì)的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞。教師：根據(jù)實驗，你能提出什么假說？學生：提出假說：膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。教師：在得出結(jié)論之后，還有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？學生：有必要，通過鑒定能更準確地說明問題。教師：那為什么一開始不直接對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？學生：當時的技術(shù)不能實現(xiàn)。教師：這說明什么問題呢？學生：這說明技術(shù)對科學研究的重要作用。教師：直至20世紀初，科學家才能第一次將細胞膜從哺乳動物紅細胞中分離出來，化學分析表明，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以實驗說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實驗與觀察的基礎(chǔ)上提出來的，同時又需要更進一步的實驗來證明。問題（2）：探究這些物質(zhì)是如何組成膜的？出示資料②：1917年歐文朗繆爾將提取的膜質(zhì)鋪展在水盤的水面上，發(fā)現(xiàn)脂在水面上形成一薄層，單脂層親水的頭朝向水面，疏水的尾背離水面。于是他提出：磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構(gòu)既有疏水基團（尾部），又有親水基團（頭部）。因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上展開為一層。教師：大家分組討論，利用手中的磷脂分子模型擺出下面兩種情況下磷脂的分布情況①在空氣水界面上②完全浸沒在水中學生：小組代表上黑板演示展示材料③：戈特 和格倫德對血影的研究時間：1925年人物：荷蘭科學家Gorter和Grendel實驗：兩位科學分離純化了紅細胞，從一定數(shù)量的紅細胞中抽提脂類，按Langmuir的方法進行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細胞的表面積之比為（～）∶1，約為兩倍。教師：假如你是當時的科學家，當你做實驗時發(fā)現(xiàn)單分子的磷脂分子正好是紅細胞的兩倍時，大膽地展開你的想象力，你能做出什么假說？學生：細胞膜中的磷脂是兩層的。教師：那這兩層磷脂分子在細胞中又是怎樣排布的呢？再分小組討論、利用你手中的模型擺出來吧。學生：分組討論，共可有六種排布方式，并提出細胞膜應(yīng)兩面都處于水環(huán)境中，所以討論得到正確的排布方式。問題（3）：那蛋白質(zhì)和磷脂的位置關(guān)系又是如何的呢？展示材料④：羅伯特森的單位膜模型時間：1959年人物：實驗：用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)， nm， nm的雙層脂質(zhì)分子和內(nèi)外表面各為厚約2 nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。提出假說：連續(xù)的脂質(zhì)雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜內(nèi)側(cè)，極性端朝向膜外兩側(cè)，蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度，通過靜電作用與