《生物膜》教学设计

第一篇：《生物膜》教学设计

一、教学目标 1.简述生物膜的结构。

2.探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。3.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。

二、教学重点和难点 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。

三、教学策略 建议使用1课时。

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？这就会引起学生进一步探究的兴趣。此时可以让学生讨论“问题探讨”中第二个讨论题：“你还能想出更好的材料做细胞膜吗？”让学生更广泛地调动已有的知识和生活经验，通过联想和想像，进行更广阔和深入的思考，以培养他们发散思维的能力，同时进一步强化探究欲望。

2.设计问题串，分析科学家探索生物膜结构的曲折历程。

引起学生的探究欲望后，如果直接将生物膜流动镶嵌模型的内容告诉学生，学生仍会感到枯燥无味，对这个模型也很难理解，这样又会走上死记硬背的老路。因此，建议设计问题串，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，始终保持高昂的兴趣，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，并且加深对科学过程和方法的理解。

问题串的设计可参照以下思路。

一种物质或物体的结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式。比如细胞的结构是指细胞膜、细胞质、细胞器和细胞核之间的组合形式，氨基酸的结构是指组成它的各种原子之间的组合形式。要弄清一种物质或物体的结构，首先要弄清其组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么呢？（介绍欧文顿的实验和推论）

欧文顿的推论是否正确呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？（介绍科学家的化学分析结果，指出膜主要由脂质和蛋白质组成；分析假说是如何提出的，假说与观察和实验证据的关系）

脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？（介绍两位荷兰科学家的实验，分析脂双层这一结论的由来）

蛋白质位于脂双层的什么位置呢？（简介20世纪40年代的推测和罗伯特森1959年提出的“三明治”结构模型）

指出“三明治”结构模型的不足，说明细胞膜不应是静态的刚性的结构，而应当是动态的弹性的结构。

有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？（重点介绍荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有流动性；并讨论技术的进步在细胞膜研究中的作用，强化结构与功能相适应的观点）

至此，流动镶嵌模型已经呼之欲出了。

3.归纳总结，图文并重，阐述流动镶嵌模型的基本内容。

在上述问题串的分析讨论之后，可让学生归纳总结流动镶嵌模型的基本要点，教师再呈现生物膜的结构模型示意图，结合该图阐述流动镶嵌模型的基本内容。这幅图呈现的只是生物膜的局部结构，可让学生展开想像力，想像一个近似球形的细胞的细胞膜的三维立体结构。最后可简介糖被的内容，此内容也可让学生自己阅读。

四、答案和提示

（一）问题探讨

1.提示：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔变性和一定的通透性，相对好一些。当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。2.提示：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔都可以作为模型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。

（二）思考与讨论1 1.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。2.有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正。3.提示：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。科学家因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。

（三）思考与讨论2 1.提示：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。

2.提示：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。

（四）练习基础题

1.提示：细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。

2.脂质和蛋白质。

3.提示：这两种结构模型都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质，这是它们的相同点。不同点是：（1）流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀的，有些横跨整个脂双层，有些部分或全部嵌入脂双层，有些则镶嵌在脂双层的内外两侧表面；而三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧。（2）流动镶嵌模型强调组成膜的分子是运动的；而三层结构模型认为生物膜是静态结构。

4.D。拓展题

1.提示：生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告诉我们建立模型的一般方法。科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的观察和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。

2.提示：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。

五、参考资料

几种主要的生物膜结构模型

迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多，现仅介绍几种较为重要的模型。随着研究的深入，人们对膜结构的认识将会不断趋向全面与合理。

1.双分子片层模型

这是1935年由J.Danielli和H.Davson提出的，以后的研究者又做了些修改和补充。此模型的主要内容为：细胞膜是由双层脂分子及内外表面附着的蛋白质所构成的。脂质分子平行排列并垂直于膜平面。双层脂质分子的非极性端相对，极性端向着膜的内外表面，在内外表面各有一层蛋白质。这一模型缺少必要的细节，是对膜结构的一个较粗浅的认识。

2.单位膜模型

此模型是由J.D.Robertson于1959年提出的。这一模型主要强调：连续的脂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，以β折叠形式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：把膜结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾。其次，不同膜的厚度差异明显，变化范围为5～10 nm。此外，认为蛋白质分子在脂分子表面呈伸展构型，也与蛋白质发挥其功能时的构象要求不相符。

3.流动镶嵌模型 这一模型是S.J.Singer和G.Nicolson于1972年通过对已有的模型进行修正而提出的。它的主要特点是：（1）强调了膜结构的不对称性和不均匀性。将膜蛋白分为外在蛋白和内在蛋白，并且指出蛋白质在脂双层中的分布是不对称和不均匀的。（2）强调了膜结构的流动性。认为膜的结构成分不是静止的，而是动态的，生物膜是流动的脂质双分子层与镶嵌着的球蛋白按二维排列组成。（3）膜的功能是由蛋白与蛋白、蛋白与脂质、脂质与脂质之间复杂的相互作用实现的。

4.晶格镶嵌与板块镶嵌模型

Wallach于1975年提出晶格镶嵌模型。他在流动镶嵌模型的基础上，进一步强调：生物膜中流动性脂质的可逆性变化。这种变化区域呈点状分布在膜上。相变表现为膜脂分子的一种协同效益，即几十个以上的脂分子同时相变。膜脂的相变受温度、脂本身的性质、膜中其他组分、pH和二价阳离子浓度等因素的影响。板块镶嵌模型是Jain和White于1977年提出的，其内容本质上与晶格镶嵌模型相同。他们认为：在流动的脂双分子层中存在许多大小不同的刚度较大的彼此独立运动的脂质“板块”（有序结构区），板块之间被无序的流动的脂质区所分割，这两种区域处于一种连续的动态平衡之中。

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。

第二篇：“生物膜的结构”教学设计

“生物膜的结构”教学设计

作为一位优秀的人民教师，时常要开展教学设计的准备工作，借助教学设计可以促进我们快速成长，使教学工作更加科学化。怎样写教学设计才更能起到其作用呢？下面是小编收集整理的“生物膜的结构”教学设计，欢迎大家分享。

一、教学目标的确立依据

（一）课程标准要求及解读

对于生物膜的结构，山东省20xx级生物学科教学指导意见中的要求为“概述生物膜的结构”。概述为理解水平，即不仅要说出流动镶嵌模型的基本内容，还应该建立生物膜结构和功能之间的联系。20xx版《普通高中生物学课程标准》中与这一部分有关的学业要求有：“从结构和功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础；建构并使用细胞模型，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的统一整体。”本节课是在学习了细胞膜功能和生物膜系统功能的基础上进行的，所以可以很好地使学生形成结构和功能相适应的观点，从而提高生命观念这一核心素养，所以这是本节课的一个重要目标。本节课将以生物膜结构的探究历程为主线，构建生物膜的流动镶嵌模型，从而使学生对细胞结构有一个更清晰的认识，进而能阐明其功能，所以引导学生回顾生物膜结构的探究历程进而总结出流动镶嵌模型的主要内容是本节课重要的学习目标。另外课标要求注重生物科学史和科学本质的学习，而本节课恰恰是以生物膜结构的探究历程为主线，可以让学生沿着科学家探索的道路，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，让学生认识到“科学知识可能随着研究的深入而改变”“科学工作依赖观察和推论”“科学工作采用基于实证的范式”。

（二）教材与教学内容分析

1、内容分析

“生物膜的结构”为人教版高中生物学教材《分子与细胞》第4章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》的内容，是上一章中“细胞膜——系统的边界”内容的延伸，与第4章第1节“物质跨膜运输的实例”和第3节“物质跨膜运输的方式”联系紧密，起到承上启下的作用。教学内容主要包括两部分 ：科学家对生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。在此基础上建立细胞膜结构和功能的联系，使学生认同结构与功能相适应的观点。对于生物膜结构的探索历程，教材中选取的资料简明扼要，所以在教学中以教材提供的资料为主，补充了冷冻断裂技术，以便学生认识蛋白质在膜中的分布情况和技术对于科学发展的推动作用；对于荧光标记人-鼠细胞融合的实验，不是直接给出，而是先让学生设计实验，以此培养学生科学探究的核心素养。

2、重难点分析

教学重点：生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

教学难点：探究蛋白质分子是否能够运动的实验设计；建立细胞膜结构和功能的联系。

（三）学情分析

学生己经学习了细胞膜的成分和功能，认同了细胞膜作为系统边界对于细胞生命活动的重要意义，但对细胞膜的结构完全不了解，所以应该从膜的功能引入本节课的学习，最终让学生认同结构和功能是相适应的这一基本的生物学观点。高一学生对于科学研究的一般方法和科学的'本质等缺乏深入认识，科学探究能力需要逐步培养，所以本节课应该通过分析生物膜结构的探究历程和实验设计，提高学生对科学研究方法和科学本质的认识，提高学生的科学探究能力。

二、教学目标

1.通过资料分析，回顾生物膜的探究历程，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，通过血型的介绍增强社会责任感。（科学思维、科学探究、社会责任）

2.说出流动镶嵌模型的主要内容。（生命观念）

3.建立细胞膜结构和功能的联系，认同结构和功能相适应的观点。（科学思维、生命观念）

三、评价设计

目标1、通过目标检测题1学生对相关问题的回答进行评价进行评价

目标2、通过目标检测题2进行评价

目标3、通过学生对相关问题的回答进行评价

四、教学策略与方法

对于生物膜的探究历程，主要采用资料分析的方法，让学生自己思考得出答案，可以培养学生科学思维这一核心素养；对于蛋白质分子的运动，不是让学生阅读资料，而是让学生尝试设计实验来探究，可培养学生科学探究这一核心素养；对于流动镶嵌模型的基本内容，通过对探究历程的总结得出，同时运用了构建物理模型的方法；对于结构和功能相适应这一观点，通过建立细胞膜结构和功能的联系使学生充分认识，培养学生科学思维和生命观念这两个核心素养。

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。

第五篇：《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。