【正文】 5年）兩位科學(xué)分離純化了紅細(xì)胞膜，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞膜中抽提脂類，在水面上進(jìn)行展層，并比較展層后的脂單層面積和根據(jù)體積所推算紅細(xì)胞的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂分子鋪展后所測面積同實(shí)際測量的紅細(xì)胞的總表面積之比為（～）∶1，約為兩倍。提出問題：假如讓你幫助當(dāng)時(shí)的科學(xué)家分析，大膽地展開你的想象力，你能提出什么假說？ 這個(gè)問題能有效訓(xùn)練科學(xué)推理能力和創(chuàng)新思維能力?？梢宰寣W(xué)生討論2分鐘，通過討論與交流，可以想到細(xì)胞膜中可能是雙層脂質(zhì)分子，順利提出假說。資料三：朗姆瓦（Langmuir）的磷脂分子實(shí)驗(yàn)（1917年，在Gorter和Grendel之前）將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后，磷脂分子分布散亂，經(jīng)過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且磷脂分子的一端都浸入水中，另一端浮于水面。為什么會(huì)出現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？ 由于學(xué)生對(duì)磷脂分子一無所知，這個(gè)問題應(yīng)該用講授法進(jìn)行教學(xué)。通過多媒體課件展示磷脂分子的結(jié)構(gòu)圖，講解磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性：一個(gè)磷脂分子由頭部和尾部組成，頭部由一分子膽堿、一分子磷酸和一分子甘油組成，尾部由兩個(gè)脂肪酸分子構(gòu)成。頭部由極性分子組成，所以是親水的，尾部是非極性分子，所以是疏水的。所以磷脂分子在水的表面排布時(shí)，親水端浸入水中，疏水端浮于水面（學(xué)生對(duì)分子的極性及相似相容原理不理解，教師可以舉例略作解釋）。該問題的解決主要是為學(xué)生探究細(xì)胞膜內(nèi)磷脂分子的排布方式做好準(zhǔn)備。學(xué)生了解磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性后，教師可以提出新問題，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究。我們已經(jīng)知道了細(xì)胞中有2層磷脂分子，也知道了磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性，這兩層磷脂分子在細(xì)胞膜中是怎樣排布的呢？有多少種可能的排布方式？請(qǐng)?jiān)诩埳袭嫵瞿阏J(rèn)為所有可能的排布方式。建議教師讓三位學(xué)生到黑板上去畫，其余學(xué)生在紙上畫，以便于檢查和評(píng)價(jià)學(xué)生的結(jié)果。一般情況下，學(xué)生可以畫出下列四種可能的排布方式：提出問題：同學(xué)們，根據(jù)你們已有的知識(shí)推理，磷脂雙分子層最可能是其中的哪種排布方式呢？說說你的理由。給學(xué)生留出充分的討論探究的時(shí)間，然后小組代表回答，其余小組補(bǔ)充、評(píng)價(jià)、修正，最后教師總結(jié)并對(duì)學(xué)生的探究結(jié)果給予肯定。（根據(jù)學(xué)生的討論或回答情況，可以適當(dāng)提示：細(xì)胞膜的內(nèi)、外兩側(cè)是怎樣的環(huán)境？磷脂分子在兩側(cè)都是水溶液的環(huán)境中應(yīng)該以怎樣的狀態(tài)存在呢？）在這個(gè)探究活動(dòng)中，學(xué)生利用已有的知識(shí)進(jìn)行科學(xué)推理與分析，細(xì)胞內(nèi)外都是水溶液，磷脂分子頭部親水而尾部疏水，所以雙層磷脂分子的頭部朝向細(xì)胞膜的兩側(cè)，尾部均朝向膜中間，即尾對(duì)尾。這種理解屬于深層次理解，達(dá)到了知其然更知其所以然。資料四：2O世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會(huì)被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。提出問題：從該實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論? 學(xué)生對(duì)蛋白酶的專一性還不是很了解，可以通過下列問題提示：①初中生物課上我們學(xué)習(xí)了食物的消化，食物中的蛋白質(zhì)是在哪里開始化學(xué)性消化的？為什么？②胃蛋白酶可以消化淀粉和脂肪嗎？為什么？通過上述問題，學(xué)生會(huì)很順利地推理出“細(xì)胞膜中含有蛋白質(zhì)”這一結(jié)論。此時(shí)新問題順勢而出：我們已經(jīng)知道了細(xì)胞膜中的磷脂雙分子層的排布方式，蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中是如何分布的？和磷脂雙分子層位置關(guān)系如何？資料五：羅伯特森（）的電鏡實(shí)驗(yàn)（1959年）用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)。 nm， nm的較亮層，以及內(nèi)外表面各為厚約2 nm的較暗層構(gòu)成。提出問題：你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么問題？（可以提示學(xué)生，當(dāng)時(shí)羅伯特森用鋨酸處理了實(shí)驗(yàn)材料，蛋白質(zhì)經(jīng)鋨酸作用后形成高電子密度的鋨黑，在電鏡下可見。）這個(gè)問題學(xué)生很容易能回答出來。然后告訴學(xué)生，羅伯特森于1959年提出了單位膜模型：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，通過靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合，從而形成蛋白質(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)的三層結(jié)構(gòu)，稱之為單位膜。介紹單位膜模型后，告訴學(xué)生單位膜模型有其不足之處。1972年，桑格（）和尼克森（）利用免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，蛋白質(zhì)分子不僅在膜的兩側(cè)，中間也有。這就推翻了羅伯特森認(rèn)為的蛋白質(zhì)只在膜的兩側(cè)的觀點(diǎn)。提出問題：根據(jù)以前所學(xué)知識(shí)，你能找出單位膜模型還有什么不足之處嗎？說一說你的理由。讓學(xué)生利用已有的知識(shí)評(píng)價(jià)單位膜模型，有利于學(xué)生批判性思維能力的提高，并且能很好地讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)理論的可修正性，對(duì)于情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)的達(dá)成起到很好的作用。但是這個(gè)問題有一定難度，教師可以提示學(xué)生：關(guān)于第二點(diǎn)不足，我們?cè)倏匆豢磫挝荒つＰ偷幕緝?nèi)容，其中提到“蛋白質(zhì)以單層肽鏈的厚度，通過靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合”，這樣羅伯特森就把蛋白質(zhì)和磷脂看作了靜止的結(jié)構(gòu)，同學(xué)們想一想，你們認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)正確嗎？能不能根據(jù)我們所學(xué)的知識(shí)找到反駁的證據(jù)？學(xué)生可以找到有關(guān)證據(jù)，如變形蟲的運(yùn)動(dòng)，白細(xì)胞的吞噬作用等，此時(shí)，教師可以通過多媒體展示變形蟲的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，告訴學(xué)生兩個(gè)物種的細(xì)胞可以在促融劑的作用下融合為一個(gè)，這就充分說明了細(xì)胞膜不是靜止的。關(guān)于細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，既讓學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜的流動(dòng)性有了感性認(rèn)識(shí)，又為后面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)埋下了伏筆。提出問題：20世紀(jì)60年代，就有人對(duì)單位膜的靜態(tài)觀點(diǎn)提出異議。后來，科學(xué)家的繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜不是靜止的，而是具有一定的流動(dòng)性，如果讓你們?cè)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，去研究這個(gè)問題，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)該如何進(jìn)行？由于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較陌生，所以采用問題引導(dǎo)式進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生一步步走向成功，體驗(yàn)成功的樂趣。①膜的流動(dòng)性，從微觀上是如何體現(xiàn)的？②觀察到什么現(xiàn)象才能說明細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子是運(yùn)動(dòng)的？③不做任何處理的細(xì)胞，其膜蛋白分子的運(yùn)動(dòng)直接在顯微鏡下觀察可以嗎？④染色時(shí)要注意什么問題？染料應(yīng)該有什么特點(diǎn)？⑤應(yīng)該怎樣對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色？⑥細(xì)胞那么小？可能一半染一種顏色，另一半染其他顏色嗎？怎樣能得到兩個(gè)半球不一樣顏色的細(xì)胞？ 以上問題，采用臺(tái)階遞進(jìn)式提出，引導(dǎo)學(xué)生步步深入，在這個(gè)過程中學(xué)生思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力的提高是必然的。然后出示資料六，告訴學(xué)生，科學(xué)家和我們想的是一樣的。讓學(xué)生體驗(yàn)成功的快樂。資料六：Larry Frye等的人、鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（1970年）利用免疫熒光染色技術(shù)，將人和鼠的細(xì)胞膜用不同的熒光抗體染料標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，37℃條件下培養(yǎng)40分鐘，發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。1℃條件下培養(yǎng)40分鐘，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的兩極顏色未改變，只是在融合的部位有部分顏色混合。提出問題：該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么問題？學(xué)生通過思考很容易得出結(jié)論：細(xì)胞膜不是靜止的。而是具有一定的流動(dòng)性，并且流動(dòng)性的強(qiáng)弱和溫度有關(guān)。此時(shí)，很自然地告訴學(xué)生，1972年，桑格和尼克森通過觀察和實(shí)驗(yàn)，并在繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了生物膜分子模型，即流動(dòng)鑲嵌模型，并被人們所接受。經(jīng)歷了前面的探究過程，學(xué)生接受流動(dòng)鑲嵌模型是水到渠成的。流動(dòng)鑲嵌模型的具體內(nèi)容：①磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部相對(duì)朝向內(nèi)側(cè)； ②蛋白質(zhì)分子鑲嵌、貫穿或覆蓋在磷脂雙分子層上； ③在細(xì)胞膜的外側(cè)，有糖蛋白構(gòu)成的糖被；④磷脂分子和大多數(shù)的蛋白質(zhì)是可以運(yùn)動(dòng)的，體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性。提出問題：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請(qǐng)說說你的看法。以小組討論的形式進(jìn)行課堂活動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型進(jìn)行客觀地評(píng)價(jià)。有利于學(xué)生批判性思維能力的發(fā)展，并且促進(jìn)學(xué)生認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的可修正性與發(fā)展性，順利達(dá)成情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)。通過這個(gè)過程，學(xué)生普遍認(rèn)識(shí)到生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不是完美無缺的，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)膜的研究將更加細(xì)致入微，流動(dòng)鑲嵌模型將會(huì)得到進(jìn)一步的完善。根據(jù)學(xué)生的情況，教師還可以介紹Wallach于1975年提出的晶格鑲嵌模型以及Jain和White于1977年提出的板塊鑲嵌模型，其目的是讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論的發(fā)展性，從情感態(tài)度與價(jià)值觀方面更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。再提出問題：縱觀整個(gè)生物膜模型的研究過程，從科學(xué)研究的角度看，你受到了哪些啟示？ 這個(gè)問題仍采取小組討論—代表回答—教師評(píng)價(jià)與總結(jié)的方式，問題的探討有助于學(xué)生感悟科學(xué)研究的過程與特點(diǎn)，對(duì)于科學(xué)研究的繼承性、合作性、修正性與發(fā)展性有更深刻的認(rèn)識(shí)。 布置作業(yè)利用生活廢棄物制作一個(gè)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。該作業(yè)的完成有助于學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型，并且有助于學(xué)生的興趣發(fā)展。主要參考文獻(xiàn)：．例析科學(xué)史的教育功能與教學(xué)實(shí)踐．生物學(xué)教學(xué)，2006，2．資料型探究活動(dòng)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用和體會(huì)．生物學(xué)教學(xué)，2004，11 英文題目：Teaching designing according to science history about “fluid mosaic model” Key word: fluid mosaic modelscience historyTeaching designing 作者： Liu benju 歡迎閱讀本文檔！