“生物膜的流动镶嵌模型”一节整合科学史的教学设计

第一篇：“生物膜的流动镶嵌模型”一节整合科学史的教学设计

“生物膜的流动镶嵌模型”一节整合科学史的教学设计

李高梅

（广东省佛山市顺德区华侨中学

528333）教材分析

本节内容选自人教版高中生物必修1《分子与细胞》第4章第2节。

该节内容在编排上按时间顺序介绍了科学家对生物膜结构探索历程的一些重要实验和推论，旨在让学生一步一步地分析科学家的实验和结论，使学生宛如亲历科学家探索的历程，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，同时加深对科学过程与方法的理解。教学目标

1）通过对科学史材料的分析与讨论，使学生了解生物膜结构的探索历程，知道生物膜流动镶嵌模型的基本内容，加深对生物膜组成成分和结构特点的理解。

2）了解科学探究的一般方法，树立结构与功能相适应的辨证思想，感受科学研究的艰辛历程。教学重点和难点

1）重点：生物膜的结构特点、科学家探索生物膜结构历程的经典实验。

2）难点：流动镶嵌模型的基本内容、结构与功能相适应的辨证思想。教学过程

4．1 以史实背景设疑，导入新课，让学生感受、学习科学家的创新精神

首先让学生完成填空：细胞膜主要由____和______组成。此外，还有少量的____。

接着提出问题：19世纪末，科学家已经推知细胞膜的主要成分。但细胞膜很薄，光学显微镜观察不到它细微的结构，电子显微镜又还没诞生；且受当时物质分离提纯技术的制约，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，自然导入新课，同时让学生感受、学习科学家的创新精神。

4．2以史料分析为主线，再现生物膜结构探索历程，让学生自主建构知识

生物膜的流动镶嵌模型是本节课的重点和难点，学生若不理解，就会陷入死记硬背的泥潭。若从科学史入手，循序渐进，让学生了解知识的产生与发展过程，学生就能心领神会，自主完成知识的建构。在教学中我是这样做的，首先出示

资料1：19世纪末欧文顿（E.Overton）用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现凡是溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。

提出问题1：根据物质相似相溶原理，分析上述材料，你能得出什么推论？科学家得出什么结论？你的结论与科学家一样吗？改变教材直接呈现科学家结论的做法，让学生体验科学家的思维过程，提升思维能力，自主建构知识。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。

解决问题1后，提出问题2：欧文顿的推论是否正确？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。有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？使学生在思考与讨论中初步了解模型建构的一般方法。

提出问题3：欧文顿用500多种物质，通过上万次实验，这些数据又说明了什么？从而让学生感知科学实验的重复性、严谨性、艰巨性，得出的结论应该具有普遍性的道理，从中受到科学精神的熏陶。

提出问题4：细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？

分析资料2：20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞分离出来，通过化学 1 分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。

提出问题5：脂质和蛋白质分子是如何组成细胞膜的呢？激发学生进一步的探究欲望，过渡到资料3的学习。

分析资料3：1925年荷兰科学家Gorter和Grendel用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺成单层分子，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。

依然采取改变教材直接呈现科学家结论的做法，给学生提出以下问题：由此，你得出什么结论？科学家得出什么结论？让学生继续体会科学家的思维过程。但这一次没有资料1顺畅，尽管我抓住“磷脂单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍”启发学生思考，但仍有相当部分学生不理解推论，情急之中，我将一张练习纸对折，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。课后反思时，我把这一灵感记录下来，作为对自己的褒奖。

为了改变学生浅尝辄止的学习习惯，学会将前后知识融会贯通，提升学生思维能力，我以史料3为引子进行变式训练，问学生：

1、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？

2、若将资料3中的“人”改为“鸡或去壁的原核细胞”进行实验，结果又将怎样呢？为什么？巧借科学史，实现知识的迁移运用，培养学生思维的灵活性、深刻性。

接着提出问题2：两层脂质分子又是如何排列的呢？并请学生在草稿纸上试着画一画。在学生画图的过程中，我提示学生：已知磷脂分子头部是亲水的，尾部是疏水的，而细胞内外都有水，想想该怎样画？当学生画好后，我选取几张有代表性的画法展示出来进行讲评，让学生知道应该怎样画，为什么这样画。

问题3：蛋白质位于脂双层的什么位置呢？

材料4：1959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。

罗伯特森的“三明治”静态结构模型解决了什么问题？有什么不足之处呢？我又以问题的形式启发学生思考，培养学生的批判性思维能力。为了便于学生找出它的不足，我播放质壁分离与质壁分离复原，变形虫吞噬纤毛虫、酵母菌出芽生殖、精卵结合的视频动画，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，同时也让学生树立结构要与功能想适应的观点。

有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？

资料5：图文结合介绍荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验。

问学生：看到了什么现象？这种现象说明了什么？再一次让学生体会科学家的思维过程，让学生自己得出结论。接着我让学生在原来画的脂双层中添加蛋白质，画出自己认为的细胞膜结构模型图。当学生画好后，我让学生把自己画的图与桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型进行对照，明确脂双层的排列方式和蛋白质的三种分布情况。请画得比较好、与流动镶嵌模型接近的学生举手，给予充分的肯定，幽默地称他们是当代的桑格、尼克森，并选出代表描述流动镶嵌模型的基本内容。学生的成就感油然而生，课堂气氛轻松活跃。4．3利用科学史素材，创设糖蛋白学习情景，指导学习方法

教科书的特点是图文并茂、互为补充，文字简练，材料精选。但学生往往不善于图文结合去阅读理解知识。为了养成学生良好的学习习惯，当学生基本理解、接受了“生物膜的流动镶嵌模型”学说后，我提醒学生看黑板，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（如图1所示），问学生：你能告诉我 2 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！只有个别学生怯生生的小声回答：吸水。我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？这样利用科学史素材，创设新的问题情景，将学生的探究欲望再一次激发起来，为糖蛋白的学习创设了有利情景，对培养学生图文结合深刻理解知识的习惯与能力也大有裨益。

图1 4．4课堂小结

为了加深学生对科学过程与方法的理解，在新课结束时，我再次以问题的形式启发学生思考：

1、纵观生物膜结构的探索历程，请大家想想科学家建构模型的一般方法是什么？

2、在探索生物膜结构的过程中，科学家应用了哪些实验技术？

3、实验技术的进步在科学探索中起到了怎样的作用？使学生进一步理解建立模型的一般方法，明确实验技术的进步在科学探索中所起的推动作用。教后反思

该设计是高一年级的新课教学，是我们研究课题——“人教版高中生物，必修模块里生物科学史在教学中的应用研究”和“信息技术环境下，生物科学史教学策略研究”中的一个课例。自我评价有五处亮点：

1）以问题为引导，让学生一步一步地分析科学家的实验和结论，体验科学家的思维过程，实现了“在过程中学习，在过程中生成知识”的教学思想。

2）以史料3为引子设计变式训练，将科学史与思维训练有机地结合在一起。3）将纸对折帮助学生理解荷兰科学家的推论，简单有效。

4）创设问题情境，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。5）创造性地利用流动镶嵌模型示意图，加注水的分子式与箭头，问学生：表示细胞吸水还是失水？为糖蛋白的学习创设情景，效果很好，细中见巧。

有人说：课堂教学是一门遗憾的艺术。本节课的教学也不例外，有学生提出：罗伯特森在电镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构组成，为什么是蛋白质—脂质—蛋白质？而不是脂质—蛋白质—脂质，磷脂分子不是双层的吗？由于课前预设不足，当时没作详细解释。

第二篇：“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！

第三篇：“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？

第四篇：《生物膜的流动镶嵌模型》教学案例

《生物膜的流动镶嵌模型》教学案例

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0145-01

一、教材分析

本节是高中生物人教版必修1第4章第2节内容。在本章中共3节内容，前一节“物质跨膜运输的实例”中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？这就与膜的结构有关，膜的结构又是解释后一节“物质跨膜运输的方式”的基础。由此可见，本节内容在第4章中起着承上启下的作用，有助于学生建立结构与功能相适应的观点。

在本节的内容编排中，首先回顾了科学家对细胞膜结构的探索历程。在此，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，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，使其明白科学发现的过程是一个长期的过程；真理须通过实践验证；科学学说是需要不断修正、发展和完善的；科学技术的进步可以更好地促进科学的发展。其次，阐述了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。在此，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，继而为理解下一节物质跨膜运输的方式做下知识的铺垫。

二、学情分析

虽然，学生对组成细胞的分子、细胞的基本结构，细胞膜是生命系统的边界等知识已有了解，为本节知识的学习奠定了基础。但是，因为我所教的班级是学校中的平行班，大部分学生的学习基础薄弱，学生学习的欲望不强烈，对生物的学习积极性也一般，所以要想唤醒学生沉睡的欲望，调动学生的积极性，就只能通过提高课堂中活动的交互性，突出课程的趣味性，加强与生活的联系，才能来充分激发他们的学习兴趣。

三、教学目标

1.知识目标

（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.情感态度与价值观目标

（1）生物膜结构的研究是基于生物膜的功能特点来开展的，此节需要树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。

（2）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，并要通过实验进一步验证，进而来形成正确的科学价值观。

（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。

3.能力目标

（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。

四、教学重点、难点

1.教学重点：流动镶嵌模型的基本内容。

2.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。

五、教学过程

（一）温故知新，导入新课

回顾上节所学的细胞膜的功能特点，教师引导思考细胞膜的这一特性要求其结构具有什么样的特点，进而进入今天所学。

（二）构建新知，解决问题

PPT呈现资料，让学生阅读实验资料探究，小组讨论合作学习

实验一：1895年E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用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。

问题：（1）你能推测出什么结论？（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？

实验二：20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。

问题：（1）你能推测出什么结论？（2）在此实验中为什么要选用红细胞膜来进行分析？

实验三：1925年，两位荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提红细胞膜脂质实验：将抽提出的脂质在空气―水界面上铺成单分子层，测得其分子所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。

问题：（1）你能推测出什么结论？（2）细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？细胞膜中的磷脂分子会排列成怎样的两层呢？用磷脂分子模型排列出来比较哪种情况膜稳定性强？

教师补充介绍：磷脂分子结构（由亲水的头部和疏水的尾部来构成）

思考：脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？蛋白质位于脂双层的什么位置？

实验四：1959年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗―亮―暗的三层结构，提出单位膜结构模型。

问题：（1）单位膜结构的主要内容是什么？（2）单位膜结构有什么缺陷？（3）有哪些证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？教师放映变形虫的变形运动动画。

实验五：20世纪60年代，科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞学说结构中蛋白质颗粒存在的方式。

实验六：展示1970年L.D.Frye和H.Edidin的人――鼠细胞融合实验。

问题：该实验表明什么？

实验七：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图。

问题：（1）细胞膜的组成成分？（2）细胞膜的基本支架？（3）蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？（4）细胞膜的结构特点和功能特点？

（三）手工制作，交流展示

教师提供材料：制作生物膜模型的废旧物品（电线，泡沫，铁丝，药丸的球形蜡壳等），引导同学现场制作生物膜模型，并展示与评价他人作品。

（四）课堂小结：用概念图的形式师生共同进行总结。

（五）布置作业：教材P69练习，《三维设计》本节的随堂基础巩固。

六、教学反思

在本节的教学设计中首先由科学探究史的呈现与环环相扣的问题来引导学生探究体验科学研究的一般过程；其次在教师的引导下让学生自己总结出流动镶嵌模型的主要内容，并且让学生在学习模型的建构中，充分利用自己身边的材料制作了生物膜模型，使其加深了对相关知识的理解，同时变废为宝，进而引导学生探索生活中废物的利用和教学资源的开发。

这节课的内容虽然较为抽象不易理解，但在设计时既有资料的探究、小组的讨论学习、又有通过多媒体课件的展示、学生模型的制作等多种手段来促进学生动脑、动口、动眼、动手，由此充分激发了学生的学习兴趣，充分落实了新课程标准所倡导的自主、探究、合作学习的教学方式，有效的实现了课程的三维目标，贯彻了新课改的精神。不足之处是在模型的构建中需进一步打开学生的思维。

第五篇：生物膜的流动镶嵌模型教学反思

《生物膜的流动镶嵌模型》教学反思

本节是人教版第四章第二节的内容，之前已经学习了细胞的基本结构，了解到细胞膜、细胞器膜、核膜在组成成分和结构上很相似，在结构和功能上紧密联系，并且学生了解到生物膜都是选择透过性膜，结构决定功能，因此本节将深入探讨生物膜的结构，本节的重点是利用资料和模型尝试让学生自己构建生物膜流动镶嵌模型的过程。

资料一：

欧文顿用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。

资料二：

20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，并且发现细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。

师：从资料1和2中我们可以知道细胞膜的主要成分是什么？ 生：脂质和蛋白质 资料三：

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。

师：通过实验现象可以得到怎样的推论？

生：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！

教师介绍磷脂分子的结构并且提出问题让学生做一个大胆的推测，并且画出来

师：细胞膜的两侧都有水环境存在，同学们尝试着大胆的推测和想像一下，在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中是怎样排布的呢？

生：

资料四：

1959年，罗伯特森用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜电镜下的照片，显示暗-亮-暗三层结构。

资料五：

1970年荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验

资料六：

蛋白质分子存在形态有有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。

师：请学生构建生物结构，并画出来 生：

本节课以资料和问题为纽带，让学生以探索者、研究者的身份投入学习的。学生小组合作，通过思考与讨论，亲身体验科学是一个不断发展的动态过程；在科学领域没有终极真理，质疑和争论不仅是正常的，而且能促进科学的进步。通过多媒体的辅助活跃了课堂气氛。将一些本来不太好理解的问题简单化，取得了较好的效果，也得到了学生的认可。这节课让我深深感到：要转变教学观念与教学模式，真正地让学生的主体性得到充分发挥，在教师的诱导下，能够独立地完成学习任务。让学生真正地“动”起来。同时培养立德树人的美育。