生物膜的流动镶嵌模型教学设计

1、信息化教学设计生物膜的流动镶嵌模型一、教材分析1.地位与作用“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版高中生物必修一第四章第2节的内容。本节通过“成分结构功能”这条主线与其前后2 节以及第3 章第1 节紧密联系， 并在这4节内容中居于枢纽地位。学生在学完“第1节物质跨膜运输的实例”等知识后，大多数的学生对“生物膜究竟是什么样的呢？”产生了兴趣，可以说之前的知识可为本部分的学习埋下了伏笔。同时本节内容又为后面学习“第3节物质跨膜运输的方式”等知识的学习打下基础。起到了承上启下的作用。2.教材结构内容包括科学家对生物膜结构的探索历程和流动镶嵌模型的基本结构。其中“流动镶嵌模型的基本内容”是点睛之笔,为教学的

2、重点；而“建立生物膜模型的过程中, 如何体现结构与功能相适应的观点”,需要学生进行推理和想象,是教学的难点。对细胞膜结构的研究是从生理功能膜的通透性开始的,而与此相关的细胞膜的成分、功能及其选择透过性,学生已学习过,这为本课教学做好了铺垫。3.教材重点难点（1）重点：生物膜的的探究历程； 流动镶嵌模型的内容。 （2）难点：立生物膜模型的过程如何体现结构适应功能的观点。4.学时安排：45分钟二、教学目标1、知识目标：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；理解并识记流动镶嵌模型的内容。2、能力目标：培养分析、质疑、探究、合作交流的能力；培养的动手操作能力。3、情感目标：树立生

3、物结构与功能相适应的生物学辨证观点；正确认识科学技术在科学研究中所起作用。三、教学策略与设计根据教材和学生的特点，结合教学目标，本课可采用的最好学习方法便是学生自主学习方法。这种教学方法是建立在现代建构主义学习理论和创造教育基础之上的。以学生为中心，教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情景、协作、会话等学习环境，充分发挥学生的主动性、积极性和创造精神，最终达到使学生有效地建构当前所学知识的意义与目的。与传统教学相比，师生关系发生了互位变化，同时教材变成了学生主动建构意义的对象，多媒体则成了学生认知的工具。这种教学方法有利于学生认知能力、实践能力以及创造能力的培养。在多媒

4、体课堂教学活动中，创设多元化的软、硬件学习环境，使学生方便地利用多媒体计算机技术，通过人机交互作用去主动地发现、探索、思考，从而使学生高质高效地获取知识，培养创造能力。四、教学及课件设计思路依据本节教材内容和教学目标，采取以下的教学流程：课程导入提供资料自主探究构建模型模型评比。通过讲授和学生思考探究，以讨论、谈话组织整个教学过程。五、教法与学法1、学情分析教学要求学生提前预习本节内容。学生一方面对流动镶嵌模型的构建过程和基本内容要有一定了解；另一方面对于模型构建中的逻辑推理、技术进步的作用、科学家提出假说的思维方法、结构与功能相适应的观点，认识上还比较模糊，需要教师进行梳理提炼。此外，学生对

5、流动镶嵌模型蕴含的流动美和镶嵌美还缺乏感受， 值得教师加以凸显。2、教法和学法教法：启发式、分组讨论法、归纳法、 讲授法。充分体现教师于“教”的主导作用和学生于“学”的主体地位。学法：良好的学习方法是学习成功的必要条件。结合本节课内容，教师应指导学生以讨论法、归纳法进行探究式的学习，在教师的指导下，学生通过有目的、有选择的阅读，通过课堂论坛的积极讨论，最后通过对生物膜模型的建构，使学生主动地参与到学习中，同时培养了学生的动手能力、合作精神。六、学习资源与环境 近年来，随着现代科学技术的进步，计算机网络技术和多媒体教育技术得到了前所未有的迅猛发展，并且越来越多地运用到教学活动中。计算机网络技术和

6、多媒体教育技术在教学活动中的运用，极大的丰富了教与学的手段，使学习的观念、方法得到了更新，学习的效果得到了进一步的提高。生物作为一门以实验为基础的自然科学，在学习中引入计算机网络技术和多媒体教育技术，可以更好地丰富学习的内容，激发学习的兴趣，取得良好的学习效果。教师利用幻灯片、图片、网上相关资料等资源，创设情景，激发学生兴趣。学生通过略读，详读，课堂讨论，分组讨论，资料分析，课后交流等活动方式，提高自己各方面的能力。条件：1.教师从网络上下载图片及资料，利用PowerPoint制作课件；2.学生课前预习，课堂学习讨论，课后通过网络查询整理交流，更加深入的了解所学的知识。七、教学过程1.课前复习

7、在进入新课程内容之前，先带领同学们一起复习上节课学习的物质跨膜运输的实例及选择透过性。2导入新课引入：生物膜为什么能够控制物质进出细胞呢？过渡: 我们一直在说一句话，结构与功能相适应，这样的功能必定由一定的结构决定的。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

8、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。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。3.新课呈现（板书：对生物膜结构的探索历程）环节1问题（1）：探究细胞膜的组成成分是什么？展示材料：欧文顿的实验及其相

9、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

10、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：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

11、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在空气-水界面上完全浸没在水中学生：小组代表上黑板演示展示材料：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（1.82.2）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

12、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：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

13、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：荧光标记小鼠细胞和人细胞

14、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。他们的结论中补充说明膜的外侧还存在糖蛋白，接下来大家就根据我们之前的讨论分析结合课本中的糖蛋白介绍尝试构建模型。教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？教师

15、查看学生绘制的模型，并作出分析评价。（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。设计意图：进一步强化流动镶嵌模型的创立过程和内容。环节2教师：好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程

16、，我们有些话题想让大家思考讨论。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

17、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。教师：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。教师：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

18、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。教师：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。八