焦晓霞流动镶嵌模型教学设计打印版1

第一篇：焦晓霞流动镶嵌模型教学设计打印版1

《细胞膜流动镶嵌模型》教案

焦晓霞 舒城中学

1、教材分析

本节隶属第四章，该章共有三节。第一节主要从实验实例和生活实例来说明细胞膜是选择透过性膜。这种膜的特性与结构有关，所以第二节内容是学习生物膜的结构。生物膜的结构又是解释第三节内容“物质跨膜运输的方式”的基础。这三节内容的内在联系是：现象－结构－功能。由此可见，本节《生物膜的流动镶嵌模型》在第四章中起着承上启下的作用，并体现出了结构与功能相适应的观点。同时本节内容和前面的第二章中的“化合物”和第三章中的“细胞膜”、“生物膜系统”等内容又有一定的联系。

本节主要包括了两大部分内容：①.科学家对细胞膜结构的探索历程。这是一个很好的科学史教育素材，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，更重要的是让学生加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。②.细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容。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

2、设计思路：

2.1 调动学生已有的知识和经验，激发学生的探究欲望。本节课可以前面一节刚刚学习的“物质跨膜运输实例”以及之前学习的细胞膜过程中感受的细胞膜的特点入手，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。关于这个问题，学生已有的知识是：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界；细胞膜能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过；植物细胞质壁分离和复原的实验告诉学生，细胞能够在一定范围内涨大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。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上述三项功能的要求。通过这个问题的讨论，学生就会认识到选择细胞膜的材料，必须从结构与功能相适应的观点出发来思考。当然，细胞膜不可能是由弹力布构成的。细胞膜到底具有怎样的结构，才能使它具有上述功能呢？ 从已有的知识经验激发学生对细胞膜结构探究的欲望。

2.2 本节课在教学设计上主要突出科学史的教育，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，要教好不容易。本节主要围绕科学家对生物膜结构的探索过程展开，最后总结得到生物膜流动镶嵌模型。通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维，要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。通过教师引导学生让学生得出与科学家一致的结论，体验成功的喜悦，激起学习的热情。课中涉及5个实验，按照年代顺序展开，后一个实验是对前一个实验的继承、补充和发展。因此本节课采用“引导——观察分析实验现象——提出假说——实验验证再分析”的教学模式，层层深入下去；融合运用启发引导、观察讨论、对比归纳等方法，并辅以多媒体手段。最后一边归纳总结一边自然引出流动镶嵌模型，合乎逻辑，顺理成章。3.3 生物膜结构模型的构建是本节要突破的一个难点问题。本节课中，教师自制了磷脂分子和蛋白质分子的模型，让学生根据科学家的实验现象自己来构建磷脂分子的排列方式、蛋白质与磷脂的组合方式，这样让学生不但形象、直观的了解了模型构建的过程、也让他们置身其中、探索奥妙并体验了成功的喜悦。2.3 细胞膜的流动镶嵌模型这个难点的讲解可通过多媒体课件来突破，有顺序和层次地介绍。通过幻灯片放映各个科学家研究的图片、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。在教学中，充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，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，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，保持强烈的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，从而渗透探索科学过程和方法的教育。

3、教学目标 3.1 知识与技能

① 知道生物膜流动镶嵌模型的基本内容 ② 理解科学家探索生物膜结构的科学史 3.2 过程与方法

① 分析解读科学家探索生物膜的科学史

② 通过观察、讨论、推测和画图，体验科学探究建构生物膜模型的过程 3.3 情感态度与价值观

① 树立生物结构与功能相适应的生物学观点 ② 培养严谨的推理和大胆想象能力

③ 认识到技术的发展在科学研究中的作用，体验科学研究的方法，科学研究中传承、发展及艰辛的历程

4、教学重难点 4.1 教学重点

① 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 4.2 教学难点

①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生物膜的空间立体结构 ③ 生物膜的流动性特点 5 课时安排：1课时 6 教学准备

多媒体演示课件、纸片一张 7 教学过程：

前面的一节我们共同学习了“物质的跨膜运输实例”,通过动植物细胞的渗透吸水和选择性吸收细胞所需要的离子的过程学习，我们进一步认识了细胞膜的功能特点，它不仅是一层半透膜，更是一种选择透过性膜。在此基础上，这节课我们将更进一步来学习细胞膜的结构和功能特点。根据大家已有的知识，我们一起来思考问题探讨中的小问题：请同学们采用的普通布、塑料袋、弹力布哪种材料做细胞膜更能体现生物膜的功能？为什么？

请学生回答 教师引导，讲述：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界；细胞膜能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过；植物细胞质壁分离和复原的实验告诉学生，细胞能够在一定范围内涨大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。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上述三项功能的要求。可见，我们考虑选择弹力布做材料是从细胞膜结构与其功能相适应的角度出发的。弹力布是不是就可以完全替代细胞膜呢？不能。要想找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识，生物膜有生理活性，可以根据物质分子大小或生物细胞自身需要选择性地顺着相对含量梯度或者逆着含量梯度吸收分子或离子。而弹力布没有生理活性，无法替代细胞膜。我们可以考虑选动物的膀胱做材料将更加理想。

那么，生物膜究竟是怎样的结构使其具有复杂的功能呢？

科学家当年正是怀着对生物膜功能特点的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。就让我们一起顺着科学家探索科学过程和本质的步伐重温这段历史，从中理解科学过程和本质：

一种物质或物体的结构，实际上是其组成成分之间的组合形式。比如细胞的结构指细胞膜、细胞质和细胞核之间的组合形式。所以要弄清楚一种物质的结构，首先要弄清楚其组成成分。

提出问题2：那么细胞膜的组成成分是什么？

细胞膜很薄，光学显微镜观察不到它的结构，当时电子显微镜又还没诞生；且当时对物质的分离提纯技术也不发达，因此也无法采用分离提纯的方法来测定它的组成。在这样的情况下，你知道科学家当初是怎样得知细胞膜是由这些成分组成的吗？由此引出科学家另劈新径，从生理功能——膜的通透性入手：

展示材料①：欧文顿的实验及其相关的图片

时间：19世纪末 1895年 人物：欧文顿（E.Overton）实验：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。

教师：根据物质相似相溶原理，分析上述材料，你能提出什么假说？ 学生：提出假说：膜是由脂质构成的。

教师引导：科学家得出什么结论？你的结论与科学家一样吗？ 当学生得知自己的想法与科学家一致时，成功的喜悦溢于言表，学习的自信心和内驱力得到加强。提出问题2：欧文顿的推论是否就一定正确？最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的假说。有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？

教师：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。

提出问题3：脂质和蛋白质分子又是以何种组合形式构成细胞膜的呢？ 出示资料②：1917年欧文·朗缪尔将提取的膜质铺展在水盘的水面上，发现脂在水面上形成一薄层，单脂层亲水的头朝向水面，疏水的尾背离水面。于是他提出：磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有疏水基团（尾部），又有亲水基团（头部）。

由于学生对磷脂分子一无所知，这个问题应该用讲授法进行教学。通过多媒体课件展示磷脂分子的结构图，讲解磷脂分子的结构与特性：一个磷脂分子由头部和尾部组成，头部由一分子胆碱、一分子磷酸和一分子甘油组成，尾部由两个脂肪酸分子构成。头部由极性分子组成，所以是亲水的，尾部是非极性分子，所以是疏水的。

提问：磷脂分子在水—空气界面上会如何分布呢？请学生上黑板画图表示。（教师引导：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。这样磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层。）

在细胞膜中磷脂又是如何排列？ 出示材料错误！未找到引用源。：荷兰科学家Gorter和Grendel的红细胞膜实验（1925年）

两位科学分离纯化了红细胞膜，从一定数量的红细胞膜中抽提脂类，在水面上进行展层，并比较展层后的脂单层面积和根据体积所推算红细胞的总面积，发现提取的脂分子铺展后所测面积同实际测量的红细胞的总表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。

教师提问引发思考：假如你是当时的科学家，当你做实验时发现单分子的磷脂分子正好是红细胞的两倍时，大胆地展开你的想象力，你能做出什么假说？

这个问题能有效训练科学推理能力和创新思维能力。可以让学生讨论分析，提出假说。引导过程中。可将一张练习纸对折，问学生：“对折前你们看到的纸的面积是对折后的几倍？”——“2倍！”“原来这张纸是单层的，对折后变成几层？”——“2层！”“那么根据材料3推测，脂质分子构成细胞膜应该排列成几层？”——学生豁然开朗答：“2层！”。这样学生顺利从形象思维过度到抽象思维，自然而然得出推论。

引导学生推理出来细胞膜中的磷脂可能是以双分子层的形式排列的。

既然已经知道了细胞中有2层磷脂分子，也知道了磷脂分子的结构与特性，在PPT上面引导学生分析这两层磷脂分子在细胞膜中究竟是怎样排布的呢？顺利得出A答案。

对学生的探究结果给予肯定，说明：细胞内外都是水溶液，磷脂分子头部亲水而尾部疏水，所以双层磷脂分子的头部朝向细胞膜的两侧，尾部均朝向膜中间，即尾对尾。

进一步探讨，问学生：若将资料3中的“红细胞”改为“口腔上皮细胞”进行实验，测得单分子层的面积仍然恰为口腔上皮细胞表面积的2倍吗？或是大于、小于？为什么？不能，因为只有哺乳动物红细胞没有细胞核的核膜和其他细胞器膜干扰。

已经知道了磷脂的组合的情况下情况，蛋白质和脂双层之间又是如何组合的？ 出示资料错误！未找到引用源。：1959年罗伯特森（J.D.Robertsen）在电镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成。他大胆提出：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。

PPT展示该模型图片，说明模型结构：连续的脂质双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。（学生可能对于电镜下三层颜色的分布存在疑问，用PPT分析看见“暗—亮—暗”色带分布原因）。

分析该模型的优点和不足：借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并推出静态结构。但它很难解释细胞分裂、草履虫的运动和分裂、成熟植物细胞的质壁分裂与复原现象。播变形虫运动动画，让学生直观地感知细胞膜不是静态的刚性结构，而是一个动态的弹性结构。事实上，按照“三明治”模型，科学家经计算，认为生物膜至少厚度为15-20NM。但电子显微镜下，实测细胞膜厚度为7-10NM。

针对上述疑点，我们大胆推理，作出假设，进一步完善和发展细胞膜模型。提问：有没有同学敢对此模型纠正，提出更完善的假象？针对此提问（引导学生提出设想细胞膜是不断流动的，蛋白质也不是均匀分布在脂双层两侧，有可能镶在磷脂分子层内部）

提出问题4：有没有什么证据可以证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？

PPT播放“荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验”动画及解说视频。教师解析该实验在论证问题的的设计巧妙之处，说明这个实验成功地证实了细胞膜的流动性。

后来又有科学家改造实验条件，将温度由37度改成1度来做之后，发现颜色混合现象大大减小，这说明细胞膜的流动性的强弱和温度有关。

至此，在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。

PPT展示该模型的具体结构，和学生一起总结归纳流动镶嵌模型的具体内容：

（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。

（2）蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。这里体现了膜结构内外的不对称性。

（3）在细胞膜的外侧，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。提醒学生看PPT上模型结构，唤起他们的有意注意，接着在“生物膜的流动镶嵌模型”示意图中写上水的分子式并加上一个箭头，问学生：你能告诉我这样表示细胞吸水还是失水吗？大部分学生表现出一脸茫然！及时抓住学生困惑之时机，再设一个问题作铺垫：要判断细胞吸水还是失水，我们必须先判断哪一侧是外侧，哪一侧是内侧，那么根据什么来判断膜的外侧与内侧呢？联系糖蛋白在细胞膜上的功能，解释解释可以通过糖蛋白判断细胞的内外两侧。

（4）磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质也是可以运动的，也体现了膜的流动性。

分析该模型很好的解释了细胞膜的各种功能特点，为大多数人所接受细胞膜。生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法。

学生：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。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，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。的确，流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格镶嵌模型；Jain和White于1977年提出板块镶嵌模型等，迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多，生物膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋向一致的。其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特征。

纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实验技术的进步起到怎样的作用？

学生：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如血影的制取和化学成分的鉴定技术使人们认识膜的化学组成；电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。

（3）分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得到体现的？

学生：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。

第二篇：“生物膜的流动镶嵌模型”一节教学设计

“生物膜的流动镶嵌模型”一节教学设计

摘 要 从激发兴趣、阅读分析、小组合作、动手模拟、体验技术、归纳创新这几个方面完成“生物膜的流动镶嵌模型”一节的教学过程，通过探究让学生凝聚到学习活动中来，实现学生在知识、能力和情感领域的自主发展。

关键词 结构成分 结构特点 流动镶嵌模型 小组合作

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

教材分析

“生物膜的流动镶嵌模型”一课是人教版《分子与细胞》第四章第二节的内容，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点有一定的联系，并作为第三节“物质跨膜运输的方式”的基础。整章内容表现为“实例――结构――功能”的结构体系，本节内容起承上启下的作用。高中学生已具备了一定的观察、认知和思维能力，对事物的本质具有探索的欲望，但往往缺乏思考的连续性和逻辑性。本节内容的教学设计旨在教师的引导下，激发学生的探究欲望，培养学生的探究能力，在实现学生知识领域发展的同时，使学生的能力和情感也得到提升。教学目标

2.1 知识目标

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。

2.2 能力目标

① 分析科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题，大胆做出假设；

② 发挥空间想象能力，构建细胞膜的空间立体结构。

2.3 情感、态度与价值观目标

① 形成生物结构与功能相适应的生物学辨证观点；

② 认同技术的发展在科学研究中的作用，形成用发展的观点看待科学的观念。教学重难点

3.1 教学重点

① 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。

3.2 教学难点

① 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 生物膜的流动性特点。教学过程

4.1 播放动画，导入新课

教师播放变形虫摄食视频，展示教材中“问题探讨”栏目列出的三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，引导学生从结构与功能相适应的角度分析哪种材料更加类似于变形虫的细胞膜。学生很快回答：弹力布。教师追问原因，引导学生分析出因为弹力布具有动态的特点。继续追问包括细胞膜在内的生物膜的结构到底是怎样，引出课题。

设计意图：通过动画使学生的注意力迅速聚焦到课堂，在几种材料的取舍中，学生确立了生物膜动态特点，为课堂教学的顺利开展做好基础准备。

4.2 阅读资料，分析结构成分

教师展示资料一：

19世纪末，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究，发现脂溶性分子易透过细胞膜；而非脂溶性分子则难以通过。20世纪初，科学家第一次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能溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解。

教师提出问题：阅读资料，你认为生物膜的成分是什么？为什么这么认为？阅读后对于科学研究的过程有何体会？

设计意图：资料及问题比较简单，学生阅读分析可自主解答前两个问题，有利于培养高中生自主学习、获取信息的能力。同时学生感受到科学研究的反复性和艰苦性，体会到崇高的科研精神，对其情感、态度与价值观的发展具有引导作用。

4.3 利用教具，建立结构模型

教师展示资料二：

1925年，荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel用丙酮分离出哺乳动物的红细胞膜中的脂质，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。

教师提出问题：“膜内的磷脂分子铺成单层后，面积就会扩大两遍，对此现象如何解释”？

学生在讨论后得出膜内有两层磷脂分子的结论。

教师讲解磷脂分子具有亲水性头部和疏水性尾部知识，要求学生绘制磷脂分子在“空气―水”界面分布的模拟简图（图1）。

小组合作一：动手设计膜中磷脂分子的排布方式。

在学生对于磷脂分子性质掌握的基础之上，分小组讨论并利用道具模拟设计膜内磷脂分子的排布方式。

设计意图：磷脂分子的排布是微观的，学生缺乏形象认识。教师若直接展示结构模型，必然失去探究性学习的过程，不能获得较好的教学效果。通过教师引导学生逐步进入探究的殿堂，学生小组合作探究到两层磷脂分子的排布方式，既使学生感受学习的乐趣，又增强小组分工合作的能力。学生对本部分内容的学习可能会遇到瓶颈。首先学生不一定能准确的得出“双层磷脂分子”的结论，后续过程将很 难开展，笔者在这种情况下利用学案的对折和展开的对比分析进行突破。第二个瓶颈是学生可能会对磷脂分子的性质掌握不透彻或者即使在掌握了磷脂分子亲疏水性，在设计膜中磷脂分子的排布方式的环节中也会粘贴出“头部相靠，尾部朝向两侧”的错误模型，所以在小组动手操作之前教师可以以人红细胞为例介绍膜外和膜内的液体环境。

教师引导：我们共同设计出细胞膜中磷脂分子的排布模式图（图2）。细胞膜的结构完成了吗？还缺什么？蛋白质又是以什么方式排布在膜中的呢？

教师展示资料三：

1959年罗伯特森在电子显微镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗三层结构。通过课件中语音介绍电子显微镜技术：“电子显微镜是用电子束照射被检样品，与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。”

教师提出问题：罗伯特森提出生物膜是“蛋白质―脂质―蛋白质”构成的三层结构模型，并且描述为静态的统一结构。对此你认同吗？

第三篇：生物膜的流动镶嵌模型教学设计

第二节 生物膜的流动镶嵌模型教学设计

李思虎

【教材分析】

人教版必修1第4章共3节内容，第1节《物质跨膜运输的实例》，第2节《生物膜的流动镶嵌模型》，第3节《物质跨膜运输的方式》。第1节主要说明细胞膜是选择透过性膜，膜为什么具有选择透过性？这与膜结构有关，膜结构又是解释物质跨膜运输的方式的基础。这3节内容的内在联系是：功能—结构—功能。由此可见，本节内容在第4章中起着承上启下的作用，有助于帮助学生建立结构与功能相适应的观点。

本节主要包括两大部分内容：

1、科学家对细胞膜结构的探索历程。利用科学史教育素材，通过引导学生分析科学家们的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现是长期的过程；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说并非一成不变，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。

2、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。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，通过制作模型等，构建细胞膜的空间立体结构，理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型的基本要点。【教学目标】

1．知识与技能

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。

②举例说明生物膜具有流动性特点。

③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

2．过程与方法

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。

②发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。

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开展的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。

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正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。

【教学重点】流动镶嵌模型的基本内容。

【教学难点】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。

【教学方法】谈话法、探究法 【教具准备】多媒体课件 【课时安排】1课时 【教学过程】

一、创设情境，兴趣导入

PPT展示细胞膜诗一首，引入细胞膜的功能。是谁

隔开了原始海洋的动荡 是谁，奏鸣了生命的交响。是谁，为我日夜守边防 是谁，为我传信报安康。没有你，我会是何等模样！

教师：鸟儿会飞是因为有翅膀，鱼儿会游是因为有流线型的身体和鳍，是因为结构决定功能，要知道细胞膜为什么有这些功能就需要了解它的结构。

二、探究细胞膜的组成成分

呈现科学史料：1895年，E.Overton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研究。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。

探究：依据E.Overton所观察到的实验现象，你们能得出什么结论？

学生分析得出结论，体验推理过程。（细胞膜主要由脂质和蛋白质组成）

引导学生提出新问题：细胞膜中的磷脂分子如何排列的呢？

呈现科学史料：1925年，两位荷兰科学家对血影的研究，他们用丙酮抽提细胞膜中的脂类物质在水面铺成单分子层，聚拢后测得的总面积是红细胞表面积的2倍。

设问1：依据所观察到的实验现象，你们能得出什么结论？

认真思考得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。

设问2：磷脂分子如果铺在水面上应该是什么样的？

探究脂质分子的排列方式，讨论，板书。

设问3：磷脂分子是否排列成两层？如何排布？

探究脂质分子排列成两层的方式，板书。

引导学生提出新问题。

呈现科学史料：电镜下的细胞膜呈现了暗亮暗三层结构。

设问1：的代表什么物质呢？亮的代表什么物质呢？

设问2：蛋白质分子位于磷脂双分子层的什么位置？

蛋白质是怎样排布在磷脂双分子层上的呢？（蛋白质覆盖在磷脂分子的两侧）

讲述罗伯特森的“蛋白质－脂质－蛋白质”静态模型的特点。

设问：该结构模型是否与细胞膜的相关生理相适应？

从现实生活中寻找证据，观看录像：变形虫的变形运动。

分析相关实验，设问：“蛋白质－脂质－蛋白质”的静态模型是否有缺陷，应如何修正？

科学史料中寻找支持实验：①1970年，Frye和Edidin的人――鼠细胞融合实验，整合后的细胞一半发红色荧光，另一半发绿色荧光。将细胞放在37度培养40分钟后，两种颜色均匀分布在融合后的细胞膜表面。

引导学生通过小组合作构建细胞膜的结构模型。

三、总结归纳 教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？

（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。

（2）蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。这里体现了膜结构内外的不对称性。

（3）在细胞膜的外侧，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。

（4）磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质也是可以运动的，也体现了膜的流动性。【课堂小结】

我们这节课就到这里，一方面我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，这是一个在继承中不断验证、修正和完善发展的过程，这段科学史给予我们很多有用的启示，使我们加深了对科学过程和方法的理解。另一方面我们也重点学习了生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。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，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 【回顾反思】

“对生物膜结构的探索历程”这部分内容可以联系第一章之第二节，关于“细胞学说的建立过程”，不仅要让学生知道生物学的基本理论知识，还要让学生明白科学探索是一个在继承中不断验证、修正和完善发展的过程，其道路是曲折的，更要让学生尊重科学，用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观。这样通过科学探索史的学习，让学生自我启示，加深对科学过程和方法的理解。

“流动镶嵌模型的基本内容”的阐述一定要清晰，有条理，便于对这部分知识的理解掌握，同时也为更好的理解下一节“物质跨膜运输的方式”提供了知识基础。

第四篇：《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计

《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计

1、内容和地位

1.1 “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，这节的内容安排很巧妙，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。

1.2 本节主要包括了两大部分内容：①.科学家对细胞膜结构的探索历程。这是一个很好的科学史教育素材，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，更重要的是让学生加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。②.细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容。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

2.1 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。

2.2 高中学生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。

3、设计思路

3.1 调动学生已有的知识和经验，激发学生的探究欲望。

学生在第2章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型，当时就遇到过用什么材料做细胞膜的问题。本节课可以从这个问题入手，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。关于这个问题，学生已有的知识是：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界；细胞膜能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过；植物细胞质壁分离和复原的实验告诉学生，细胞能够在一定范围内涨大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。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上述三项功能的要求。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。当然，细胞膜不可能是由弹力布构成的。细胞膜到底具有怎样的结构，才能使它具有上述功能呢？

3.2 本节课在教学设计上主要突出科学史的教育，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，要教好不容易。老师备课过程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；要能通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维，要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；最后让学生从中总结出科学发现的一般规律。

3.3 生物膜结构模型的构建是本节要突破的一个难点问题。本节课中，教师自制了磷脂分子和蛋白质分子的模型，让学生根据科学家的实验现象自己来构建磷脂分子的排列方式、蛋白质与磷脂的组合方式，这样让学生不但形象、直观的了解了模型构建的过程、也让他们置身其中、探索奥妙并体验了成功的喜悦。

3.4 细胞膜的流动镶嵌模型这个难点的讲解可通过多媒体课件来突破，有顺序和层次地介绍。通过幻灯片放映各个科学家研究的图片、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。[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的特点 ；

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、态度和价值观

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。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。

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。

教具准备

1、生物膜流动镶嵌模型的多媒体演示课件

2、自制磷脂分子、蛋白质分子模型

教学流程

设问引入→“问题探讨”→体验“生物膜结构的探索历程”→阐述“流动镶嵌模型的基本内容”

教学过程

（一）情景创设

教师：同学们，在前面我们制作真核细胞的三维结构模型中，遇到过用什么材料做细胞膜的问题，现在有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你选用哪种材料呢？为什么？

学生：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。

学生：细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。

学生：植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。

学生：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前面提到的三项功能的要求。

教师：大家进行选择的依据是利用了细胞膜的功能，这体现了什么样的生物学思想呢？

学生：生物体结构和功能相适应的思想。教师：实际上，弹力布也并不能完全代替生物膜。要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。

（二）师生互动

1、对生物膜结构的探索历程

教师：人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科学过程和本质的理解有所启发。我想让大家穿过时空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是当时的一位科学家，你会怎样去研究细胞膜的结构？（提示学生，引导他们明白限于当时的技术条件，还不能亲眼看到生物膜，无法想像它的结构是什么样的，通过什么办法进行第一步的探究呢？引导学生看教材后明白当时科学家是从生理功能入手来探究的，通过实验观察，科学家才有严谨的推理，提出膜是由脂质组成这一假说，提示学生作出科学探究过程中作出假设后的步骤是什么（通过实验来验证假设），从而进入下面的学习。

学生：可以从现象入手，去进行推测。

教师：这就是生物学研究上常用的一种科学方法——假说法。这也是我们今天探究生物膜的结构的一个重要的方法，下面，就让我们沿着科学家的足迹，和科学家一起来研究这个问题。

问题（1）：探究细胞膜的组成成分是什么？

展示材料①：欧文顿的实验及其相关的图片

时间：19世纪末 1895年

人物：欧文顿（E.Overton）实验：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。

教师：根据实验，你能提出什么假说？

学生：提出假说：膜是由脂质构成的。

教师：在得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。

教师：那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：当时的技术不能实现。

教师：这说明什么问题呢？

学生：这说明技术对科学研究的重要作用。

教师：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。

问题（2）：探究这些物质是如何组成膜的？

出示资料②：1917年欧文·朗缪尔将提取的膜质铺展在水盘的水面上，发现脂在水面上形成一薄层，单脂层亲水的头朝向水面，疏水的尾背离水面。于是他提出：磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有疏水基团（尾部），又有亲水基团（头部）。因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。这样磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层。

教师：大家分组讨论，利用手中的磷脂分子模型摆出下面两种情况下磷脂的分布情况①在空气-水界面上②完全浸没在水中

学生：小组代表上黑板演示

展示材料③：戈特 和格伦德对血影的研究

时间：1925年

人物：荷兰科学家Gorter和Grendel

实验：两位科学分离纯化了红细胞，从一定数量的红细胞中抽提脂类，按Langmuir的方法进行展层，并比较展层后的脂单层的面积和根据体积所推算的总面积，发现提取的脂铺展后所测的面积同实际测量的红细胞的表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。

教师：假如你是当时的科学家，当你做实验时发现单分子的磷脂分子正好是红细胞的两倍时，大胆地展开你的想象力，你能做出什么假说？

学生：细胞膜中的磷脂是两层的。

教师：那这两层磷脂分子在细胞中又是怎样排布的呢？再分小组讨论、利用你手中的模型摆出来吧。

学生：分组讨论，共可有六种排布方式，并提出细胞膜应两面都处于水环境中，所以讨论得到正确的排布方式。

问题（3）：那蛋白质和磷脂的位置关系又是如何的呢？

展示材料④：罗伯特森的单位膜模型

时间：1959年

人物：J.D.Robertson罗伯特森

实验：用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗三层结构，厚约7.5 nm，它由厚约3.5 nm的双层脂质分子和内外表面各为厚约2 nm的蛋白质构成。

提出假说：连续的脂质双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。单位膜模型的主要不足在于：把生物膜的结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾。

单位膜结构模型继承了前人的有关结论，又成功地利用了先进的电子显微镜的观察结果作为证据。但是他将生物膜描述为静态的刚性的结构，这一点很快又被新的技术手段下的实验所否定。

问题（4）：有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？

教师放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、细胞分裂的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。展示材料⑤：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验

时间：1970年

人物：Larry Frye等

实验：将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说：细胞膜具有流动性。

教师：很好，在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。

好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，我们有些话题想让大家思考讨论。

以讨论小组的形式开展课堂讨论交流。

（1）生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法。

学生：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。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，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。的确，流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格镶嵌模型；Jain和White于1977年提出板块镶嵌模型等，迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多，生物膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋向一致的。其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特征。

（2）纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实验技术的进步起到怎样的作用？

学生：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如血影的制取和化学成分的鉴定技术使人们认识膜的化学组成；电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。（3）分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得到体现的？

学生：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。

（4）分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？

学生：科学研究是要在实验和观察的基础上，通过严谨的推理和大胆的想象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。

学生：科学研究依赖于技术的进步，技术进步了，可以得到更多新的实验数据。

学生：科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作。

学生：科学发现的过程不是一帆风顺的，往往是在继承的基础上不断验证、修正和完善发展的。

学生：科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断完善。

教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？

（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。

（2）蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。这里体现了膜结构内外的不对称性。

（3）在细胞膜的外侧，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。

（4）磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质也是可以运动的，也体现了膜的流动性。

［评价反馈］

1、精选练习

（1）变形虫的任何部位能伸出伪足，人体的某些白细胞能吞噬病菌，这些生理活动的完成说明细胞膜具有下列哪一特点

A.选择透过性 B.一定的流动性 C.保护作用 D.细胞识别

（2）1985年 Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有___________。

（3）1925年 Corter Grendel用丙酮提取细胞膜的脂，并将它在空气—水界面上展开时，发现这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由___________组成。

（4）1970年，科学家用不同荧光染料标记的抗体，分别与鼠和人细胞膜上的一种抗原相结合，使它们分别产生绿色和红色荧光。将两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，另一半呈红色，但在 37 ℃水浴中保温40 min后，融合细胞上的两种颜色的荧光呈现均匀分布。这个实验说明___________，其原因是___________。

参考答案：

（1）B（2）脂质（3）磷脂双分子层（4）细胞膜具有一定的流动性 构成细胞膜的蛋白质分子（抗原）是可以运动的课堂小结

我们这节课就到这里，一方面我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，这是一个在继承中不断验证、修正和完善发展的过程，这段科学史给予我们很多有用的启示，使我们加深了对科学过程和方法的理解。另一方面我们也重点学习了生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。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，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。

布置作业

在引入时，我们问到大家还能想出什么更好的制作细胞膜的材料，你们可以调动已有的生活经验，再结合今天所讲的生物膜的流动镶嵌模型，利用生活上找得到的废弃物做一个细胞膜的流动镶嵌模型。

第五篇：“生物膜的流动镶嵌模型”基于科学史的教学设计

“生物膜的流动镶嵌模型”基于科学史的教学设计 刘本举（濮阳市第一高级中学河南濮阳 457000）

摘要：利用生物膜研究的科学史资料，引导学生进行基于资料的课堂 探究性学习，注重学生自主、合作、探究的学习方式，达成知识、能力、情感态度与价值观的三维目标。关键词：流动镶嵌模型科学史教学

中图分类号：G633.91

文献标识码：C 1.教材与学情分析

1.1 教材分析“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”的第二节，是前面第3章“细胞的基本结构”第1节“细胞膜—系统的边界”的一个延伸与拓展，并且和本章第1节“物质跨膜运输的实例”有密切联系，为第三节“物质跨膜运输的方式”的学习做了知识准备，这三节内容的联系主线是：功能（实例）——结构——功能（原理）。所以，本节在第四章中起着承上启下的作用。本节课的主要内容有：①科学家探索细胞膜化学成分与结构的科学史；②生物膜的流动镶嵌模型。前者是适合学生探究性学习的较好素材。把科学家探索细胞膜的有关实验整理并转化为适合学生课堂探究的小课题，让学生亲历探究过程，体验科学探究的魅力，同时加强了科学方法教育，并且初步学习科学实验的设计。在评价模型时培养了学生的批判性思维能力，并体验了科学结论的可修正性与发展性。经历了主体性探究活动后，对流动镶嵌模型的接受是水到渠成的，这样既避免了传统教学方法导致的死记硬背现象，又能使学生在思维与推理能力上得到发展。并且学生能够在大量的感知、表象、与再造想象的基础上借助自己的分析与探究实现对流动镶嵌模型的间接理解。

1.2 学情分析高中学生具备了一定的观察和认知能力，但是对问题探索的动力主要来自对相关问题的好奇与有趣水平，目的性不十分明确，所以教师的思维导向就显得十分重要。本节课利用科学史实验资料，设计学生要探究的问题，让学生在问题引导下进行基于资料和问题的课堂探究活动，问题的设计层层深入，按照学生的思维水平和能力达到一定深度，使学生顺利由感性认识向理性认识过度。2．设计思路与探究性学习的程序

本节课蕴含有丰富的科学史教育素材。《普通高中生物课程标准》明确指出

要注重生物科学史的学习，所以，本教学设计充分利用科学家的实验以及所提出的假说，有效引导学生对其进行分析与评价，在这个过程中转变学生的接受学习方式，让他们充分进行自主、合作、探究性学习，在问题引导下积极思维，在合作讨论中有效学习，在评价中感受探索的乐趣，在整个探究性学习中升华知识。制作多媒体课件，以便于展示相关资料和图片，提高课堂教学效率，使直观性增强，学生更易于接受。探究学习流程如下： 3.教学过程 3.1 引出课题

我们已经学习了生命系统的有关知识，同学们想一想：①最小的生命系统是什么？②最小生命系统的边界是什么？③细胞膜有哪些功能？④如果让你制作一个真核细胞模型，制作细胞膜的材料有：塑料袋、普通布和弹力布，根据结构与功能相适应的观点分析，用哪种材料做细胞膜，更适于体现细胞膜的特点？为什么？以上问题依次提出，把学生的思维引向思考细胞膜的结构特点如何。在学生回答的基础上继续提问：弹力布有弹性，那它能完全具备生物膜的特点吗？ 显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，那么生物膜含有哪些物质？究竟具有怎样的结构？科学家也是带着这些问题，对生物膜进行了100多年的探索。今天就让我们沿着科学家的足迹，体验整个探索历程。

此时给学生明确学习目标：①学会如何分析实验，体验科学分析与推理；②初步学习实验设计；③学习如何客观评价科学学说，体验科学研究与发现的特征。3.2 基于科学史资料的学生课堂探究活动 下述资料全部用多媒体课件呈现。

资料一：欧文顿（E.Overton）的物质通透性实验（1895年）

用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。

提出问题：①根据你所学习的有关知识，你能得出什么结论？②生物膜是由脂质组成的，这个结论的依据是对现象的推理分析还是对膜成分的提取和鉴定？③在推理分析得到结论之后还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？④为什么一开始不对生物膜直接进行提取、分离和鉴定呢？

学生按照学习小组进行交流、讨论，小组代表回答，其他小组进行补充、评价与修正，教师总结。在这个过程中，学生根据实验结果进行科学推理，得出结论。不仅如此，从科学方法入手，还使学生学习了科学假设的提出，并认同假设必须有实验支持，假设经过实验的进一步验证才能成为科学理论。最后告诉学生，后来的科学研究表明，细胞膜的确含有大量脂质，其中主要是磷脂分子。

资料二：荷兰科学家Gorter和Grendel的红细胞膜实验（1925年）

两位科学分离纯化了红细胞膜，从一定数量的红细胞膜中抽提脂类，在水面上进行展层，并比较展层后的脂单层面积和根据体积所推算红细胞的总面积，发现提取的脂分子铺展后所测面积同实际测量的红细胞的总表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。提出问题：假如让你帮助当时的科学家分析，大胆地展开你的想象力，你能提出什么假说？ 这个问题能有效训练科学推理能力和创新思维能力。可以让学生讨论2分钟，通过讨论与交流，可以想到细胞膜中可能是双层脂质分子，顺利提出假说。

资料三：朗姆瓦（Langmuir）的磷脂分子实验（1917年，在Gorter和Grendel之前）

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，而且磷脂分子的一端都浸入水中，另一端浮于水面。为什么会出现这种实验现象呢？ 由于学生对磷脂分子一无所知，这个问题应该用讲授法进行教学。通过多媒体课件展示磷脂分子的结构图，讲解磷脂分子的结构与特性：一个磷脂分子由头部和尾部组成，头部由一分子胆碱、一分子磷酸和一分子甘油组成，尾部由两个脂肪酸分子构成。头部由极性分子组成，所以是亲水的，尾部是非极性分子，所以是疏水的。所以磷脂分子在水的表面排布时，亲水端浸入水中，疏水端浮于水面（学生对分子的极性及相似相容原理不理解，教师可以举例略作解释）。该问题的解决主要是为学生探究细胞膜内磷脂分子的排布方式做好准备。

学生了解磷脂分子的结构与特性后，教师可以提出新问题，引导学生继续探究。我们已经知道了细胞中有2层磷脂分子，也知道了磷脂分子的结构与特性，这两层磷脂分子在细胞膜中是怎样排布的呢？有多少种可能的排布方式？请在纸上画出你认为所有可能的排布方式。建议教师让三位学生到黑板上去画，其余学生在纸上画，以便于检查和评价学生的结果。一般情况下，学生可以画出下列四种可能的排布方式：

提出问题：同学们，根据你们已有的知识推理，磷脂双分子层最可能是其中的哪种排布方式呢？说说你的理由。

给学生留出充分的讨论探究的时间，然后小组代表回答，其余小组补充、评价、修正，最后教师总结并对学生的探究结果给予肯定。（根据学生的讨论或回答情况，可以适当提示：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应该以怎样的状态存在呢？）在这个探究活动中，学生利用已有的知识进行科学推理与分析，细胞内外都是水溶液，磷脂分子头部亲水而尾部疏水，所以双层磷脂分子的头部朝向细胞膜的两侧，尾部均朝向膜中间，即尾对尾。这种理解属于深层次理解，达到了知其然更知其所以然。

资料四：2O世纪初，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物质溶解，也会被蛋白酶分解。提出问题：从该实验你能得出什么结论? 学生对蛋白酶的专一性还不是很了解，可以通过下列问题提示：①初中生物课上我们学习了食物的消化，食物中的蛋白质是在哪里开始化学性消化的？为什么？②胃蛋白酶可以消化淀粉和脂肪吗？为什么？

通过上述问题，学生会很顺利地推理出“细胞膜中含有蛋白质”这一结论。此时新问题顺势而出：我们已经知道了细胞膜中的磷脂双分子层的排布方式，蛋白质在细胞膜中是如何分布的？和磷脂双分子层位置关系如何？

资料五：罗伯特森（J.D.Robertsen）的电镜实验（1959年）

用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗三层结构。厚约7.5 nm，由厚约3.5 nm的较亮层，以及内外表面各为厚约2 nm的较暗层构成。

提出问题：你认为该实验结果说明了什么问题？（可以提示学生，当时罗伯特森用锇酸处理了实验材料，蛋白质经锇酸作用后形成高电子密度的锇黑，在电镜下可见。）

这个问题学生很容易能回答出来。然后告诉学生，罗伯特森于1959年提出了单位膜模型：连续的脂质双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。

介绍单位膜模型后，告诉学生单位膜模型有其不足之处。1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）利用免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，蛋白质分子不仅在膜的两侧，中间也有。这就推翻了罗伯特森认为的蛋白质只在膜的两侧的观点。提出问题：根据以前所学知识，你能找出单位膜模型还有什么不足之处吗？说一说你的理由。让学生利用已有的知识评价单位膜模型，有利于学生批判性思维能力的提高，并且能很好地让学生认同科学理论的可修正性，对于情感态度与价值观目标的达成起到很好的作用。但是这个问题有一定难度，教师可以提示学生：关于第二点不足，我们再看一看单位膜模型的基本内容，其中提到“蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合”，这样罗伯特森就把蛋白质和磷脂看作了静止的结构，同学们想一想，你们认为这个观点正确吗？能不能根据我们所学的知识找到反驳的证据？

学生可以找到有关证据，如变形虫的运动，白细胞的吞噬作用等，此时，教师可以通过多媒体展示变形虫的运动和细胞融合实验，告诉学生两个物种的细胞可以在促融剂的作用下融合为一个，这就充分说明了细胞膜不是静止的。关于细胞融合实验，既让学生对细胞膜的流动性有了感性认识，又为后面引导学生进行实验设计埋下了伏笔。

提出问题：20世纪60年代，就有人对单位膜的静态观点提出异议。后来，科学家的继续研究发现，细胞膜不是静止的，而是具有一定的流动性，如果让你们设计一种实验方法，去研究这个问题，你认为实验该如何进行？

由于学生对实验设计比较陌生，所以采用问题引导式进行教学，让学生一步步走向成功，体验成功的乐趣。①膜的流动性，从微观上是如何体现的？②观察到什么现象才能说明细胞膜上的蛋白质分子是运动的？③不做任何处理的细胞，其膜蛋白分子的运动直接在显微镜下观察可以吗？④染色时要注意什么问题？染料应该有什么特点？⑤应该怎样对细胞进行染色？⑥细胞那么小？可能一半染一种颜色，另一半染其他颜色吗？怎样能得到两个半球不一样颜色的细胞？ 以上问题，采用台阶递进式提出，引导学生步步深入，在这个过程中学生思维能力和实验探究能力的提高是必然的。然后出示资料六，告诉学生，科学家和我们想的是一样的。让学生体验成功的快乐。

资料六：Larry Frye等的人、鼠细胞融合实验（1970年）利用免疫荧光染色技术，将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体染料标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，37℃条件下培养40分钟，发现两种荧光抗体均匀分布。1℃条件下培养40分钟，发现细胞的两极颜色未改变，只是在融合的部位有部分颜色混合。

提出问题：该实验结果说明了什么问题？

学生通过思考很容易得出结论：细胞膜不是静止的。而是具有一定的流动性，并且流动性的强弱和温度有关。

此时，很自然地告诉学生，1972年，桑格和尼克森通过观察和实验，并在继承前人研究成果的基础上，提出了生物膜分子模型，即流动镶嵌模型，并被人们所接受。经历了前面的探究过程，学生接受流动镶嵌模型是水到渠成的。流动镶嵌模型的具体内容：①磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧； ②蛋白质分子镶嵌、贯穿或覆盖在磷脂双分子层上； ③在细胞膜的外侧，有糖蛋白构成的糖被；④磷脂分子和大多数的蛋白质是可以运动的，体现了膜的流动性。

提出问题：生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你的看法。以小组讨论的形式进行课堂活动，让学生对流动镶嵌模型进行客观地评价。有利于学生批判性思维能力的发展，并且促进学生认同科学结论的可修正性与发展性，顺利达成情感态度与价值观目标。通过这个过程，学生普遍认识到生物膜的流动镶嵌模型不是完美无缺的，随着实验技术的不断创新和发展，对膜的研究将更加细致入微，流动镶嵌模型将会得到进一步的完善。

根据学生的情况，教师还可以介绍Wallach于1975年提出的晶格镶嵌模型以及Jain和White于1977年提出的板块镶嵌模型，其目的是让学生充分认识到科学理论的发展性，从情感态度与价值观方面更好地达成教学目标。再提出问题：纵观整个生物膜模型的研究过程，从科学研究的角度看，你受到了哪些启示？ 这个问题仍采取小组讨论—代表回答—教师评价与总结的方式，问题的探讨有助于学生感悟科学研究的过程与特点，对于科学研究的继承性、合作性、修正性与发展性有更深刻的认识。3.3 布置作业

利用生活废弃物制作一个细胞膜的流动镶嵌模型。

该作业的完成有助于学生进一步认识细胞膜的流动镶嵌模型，并且有助于学生的兴趣发展。主要参考文献：

1.刘本举．例析科学史的教育功能与教学实践．生物学教学，2006，2

2.刘本举．资料型探究活动在课堂教学中的应用和体会．生物学教学，2004，11 英文题目：Teaching designing according to science history about “fluid mosaic model” Key word: fluid mosaic model

science history

Teaching designing 作者： Liu benju 欢迎阅读本文档！