细胞膜控制细胞与周围环境的联系+教学设计 高一上学期生物浙科版必修1

基础教育精品课教学设计

课程基本信息学科生物年级高一年级学期秋季课题细胞膜控制细胞与周围环境的联系教科书书名：浙科版教材（2019）出版社：浙江科学技术出版社出版日期：2019年7月教学分析1.教材内容分析《细胞膜控制细胞与周围环境的联系》是新浙科版必修一《分子与细胞》中第二章细胞的结构第二节的内容，主要包括细胞膜的选择透过性、细胞膜的流动性、细胞膜的结构及流动镶嵌模型。细胞膜作为细胞的重要结构之一，不仅是本章节的核心内容，也是高中生物学的重要基础知识，为学生初步形成结构与功能相适应的观念提供事实性支撑。本节课教学内容与细胞的分子组成相联系，也为后面学习物质通过多种方式出入细胞、观察洋葱表皮细胞的质壁分离及复原活动等众多知识点奠定了基础，并暗含了选择性必修一《稳态与调节》中免疫的相关知识。本节课教学内容较为复杂和抽象，细胞膜的结构是微观的，无法通过简单的模式图像让学生较好掌握。在教学过程中，将细胞膜的结构和功能特性作为教学重点，流动镶嵌模型的建构作为教学难点，以构建“药壳”为情境，通过建立物理模型、小组协作互动等形式，将微观的内容具体化、形象化，环环相扣地引导学生主动构建知识体系，最终实现教学目标的有效达成。2.学习者分析授课对象是高一学生，乐于思考、学习态度认真，课堂气氛较为活跃、同学间关系融洽，易于小组讨论、互评等活动的开展；学生在初中阶段对细胞的结构有了初步的了解，并在必修一第一章学习了细胞的分子组成，对生命的基本单位是细胞有了一定程度的认识，为本节课的学习奠定了基础，但对微观结构尚未涉及，学生难以形成深切的直观感受，故本节课设置了一个“模拟膜的透过性”活动，使学生能对选择透过性有一个直观的感受，培养学生的探究能力和问题分析能力。教学目标1.通过模拟实验探究膜的透过性这一教学活动，认同细胞膜具有选择透性的功能特性（生命观念、科学探究）2.通过细胞膜结构模型的构建，体会建立模型是解决问题的科学方法之一（科学探究、科学思维）3.通过磷脂分子特性构建膜中磷脂分子的排布、蛋白质分子特性推测蛋白质的分布位置、糖蛋白功能推多糖在膜中的分布、动植物膜结构的区别推胆固醇的功能，认同生物体结构与功能相适应的生物学观点（生命观念、科学思维）教学内容教学重点：1.细胞膜的结构和功能特性。2.流动镶嵌模型的建构。教学难点：1.流动镶嵌模型的建构。教学过程创设情境，引出课题【讲述】目前癌症依旧是世界上最难治愈的疾病之一。有一种抗肿瘤抗生素——阿霉素，其对多种肿瘤均有很好的治疗作用。但若直接静脉注射阿霉素，不但作用效果短暂，而且副作用极大，对心脏、肝、脾、肾等具有严重损伤，病人难以忍受。【设疑】针对以上缺点，同学们能否设计一种可以包裹水溶性阿霉素的“药壳”，使其经血液运输后，定向作用于癌细胞？如果可以的话，那么这个“药壳”该用什么材质做？怎么做呢？这与我们今天要学习的细胞膜的知识有关。让我们带着问题先来学习今天的学习内容吧。【设计意图】联系生活，提出实际问题，既可以激发学生的学习热情，也可以培养学生的社会责任素养。任务一：探究细胞膜的功能特性【设疑】同学们见过细胞吗？【生答】草履虫、变形虫、未受精的蛋黄就是一个细胞。【设疑】以蛋黄为例，为什么蛋黄液不会流出来呢？【生答】因为有细胞膜【归纳】细胞膜围绕在细胞的外层，控制着物质的进出，保证了细胞内部环境的相对稳定。那么细胞膜在控制物质出入细胞方面有没有什么特性呢？我们通过一个模拟实验加以探究膜的功能特性。【讲述】我们用的材料是有一定孔径的半透膜。如果我们将淀粉和葡萄糖分别装进半透膜里，半透膜对两种物质的通透性是否相同呢？我们一起来做个实验，具体的实验过程如下：取A、B两个半透膜，将等量的淀粉溶液和葡萄糖溶液分别装入A、B两个半透膜中，并将半透膜用细线扎紧后绑在玻璃棒的中央，玻璃棒横置在烧杯烧杯，半透膜置于烧杯内。向烧杯内注入等量的蒸馏水，直至淹没半透膜。向A组半透膜外面的蒸馏水中加入适量的碘—碘化钾溶液，静置12h后，观察A的实验现象；取B组半透膜外面的蒸馏水2ml，加入2ml本尼迪特试剂，热水浴加热2—3min,观察颜色变化。【展示】“模拟探究膜的透过性”的实验过程和结果。【设疑】A组加入碘—碘化钾后，烧杯内蒸馏水呈现什么颜色？静置12h后，颜色又如何？【生答】加入碘—碘化钾后，A组烧杯内蒸馏水呈现淡棕色，静置12h后，颜色逐渐变浅至无色，半透膜内溶液颜色逐渐变蓝。【设疑】A组的实验现象说明什么？【生答】碘可以通过半透膜，淀粉不能通过半透膜。【追问】取B组半透膜外面的蒸馏水2ml，加入2ml本尼迪特试剂，热水浴加热2—3min,观察到什么现象?【生答】B组用本尼迪特试剂鉴定后产生红黄色沉淀。【再问】B组的实验现象说明什么？【生答】说明葡萄糖可以通过半透膜。【归纳】通过A、B组的实验现象，我们可以看出葡萄糖和碘可以通过半透膜，而淀粉分子无法通过，由此说明半透膜对分子的进出具有半透性。【推测】细胞膜作为细胞的边界，需要保证细胞内部相对稳定的环境，可以推测细胞膜对物质的进出具有选择透过性。【设计意图】通过实验，将微观的事物宏观话，使得学生能深刻理解半透膜在控制物质出入方面的选择性，从而理会细胞膜的选择透过性。任务二：细胞膜结构模型的构建【过渡】为什么细胞膜具有选择透过性呢？这跟细胞膜的结构有什么关系呢？要想知道细胞膜的结构，就必须知道它的化学成分。【PPT】资料一：19世纪末，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不同。凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易进入细胞膜。【讲解】于是他推测膜中可能有脂质。后来科学家将膜分离出来，进行化学分析，发现膜的脂质成分主要是磷脂。【设疑】磷脂有着怎样的结构呢？【讲解】磷脂是由C、H、O、P四种元素构成的两性分子，有些还含有N元素。P元素分布在一端，形成磷脂分子的头部，具有亲水性；另一端是长长的脂肪酸链，形成磷脂分子的尾部，具有疏水性，且具有较强的流动性。【设疑】基于磷脂分子这样特殊的结构，若将磷脂分子排在水面上，磷脂分子会如何排呢【生答】磷脂分子会排成一排，头部朝水，尾部朝向空气。【追问】作为细胞膜主要成分的磷脂，在膜中又将拍成几排？如何分布呢？【PPT】资料二：1925年，戈特和格兰德尔用有机溶剂抽提了人红细胞细胞膜的脂质成分后，将其铺展在水面，测出其面积约为所有红细胞表面积的2倍。【学生活动1】5人一组，组长1名，发言人1名，建议员3名，根据磷脂分子的特性和资料二，构建细胞膜中磷脂分子的分布模型，并请小组发言人展小组成果。屏幕前的同学们也可以利用身边的材料，如面团、马铃薯块、牙签、塑料棒等构建磷脂分子的分布模型。【追问】为什么要排两层？为什么不能是头朝内，尾巴朝外？【生答】根据资料二可知，在细胞膜中磷脂分子将排成2层，因为细胞膜的内外两侧都是水环境，结合磷脂分子头部亲水，尾部疏水的特性，磷脂分子在细胞膜中将排成头朝外尾巴朝内的两次，我们可以称之为磷脂双分子层。【设计意图】通过小组模型构建与展示，培养学生的科学思维和科学方法，并通过追问，帮助学生加深对磷脂分子特性与其所形成结构的联系。【设疑】膜中除了磷脂之外，还有什么成分呢？【PPT】资料三：1935年丹尼利和戴维森在研究细胞膜的表面张力时，发现细胞膜的表面张力明显低于油—水界面的张力。早前人们已经发现了油脂表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。于是丹尼利和戴维森推测膜中还有蛋白质。【补充】后来科学家在对膜成分进行分析时，证明了膜中确实有蛋白质。【提问】同学们如果要证明出膜中是否有蛋白质，可以用什么方法呢？【归纳】可以用双缩脲试剂后来检测，观察颜色是否变为紫色。【设疑】蛋白质又是怎样分布在磷脂双分子层中的呢？【讲解】科学家用电镜观察到细胞膜呈现暗—亮—暗三条带。【设疑】那么蛋白质是均匀分布在磷脂双分子层的两侧吗?【讲述】随着科学技术的发展，科学家用冰冻蚀刻技术，先将标本冰冻，然后用冷刀断开，升温后暴露断裂面，观察到断裂面上镶嵌有深浅不一的蛋白质颗粒。【提问】图片中可以看出蛋白质在膜中的分布有什么特点呢？【归纳】蛋白质在磷脂双分子层中的分布方式是多种多样的，可以是镶在表面，也可以是全部或部分嵌在膜中，也可以是贯穿整个磷脂双分子层。体现了膜内外结构的不对称性。根据相似相溶原理，与磷脂分子头部接触的这一部分蛋白质为水溶性，与磷脂分子尾部接触的那一部分蛋白质为脂溶性，因此蛋白质也分水溶性和脂溶性部分。【讲述】除了磷脂和蛋白质之外，科学家在对膜成分进行检测时，发现膜中还有少量的多糖，动物细胞膜中还有少量的胆固醇。其中多糖常与蛋白质或磷脂结构，起到保护细胞和细胞间识别的作用；而胆固醇主要分布于磷脂分子的疏水环境中，只有很小的亲水基团与磷脂的头部连接，起到双重调节作用。依据环境和胆固醇的数量不同，起到限制或增强磷脂分子活动的作用。【学生活动2】根据蛋白质和胆固醇的部分特点及多糖的功能，请同学们利用黏土来模拟蛋白质，白色小串珠模拟多糖，黄色毛根模拟胆固醇在刚刚构建好的磷脂双分子层模型中，完善动物细胞膜模型的建构。【展示】发言人展示所做的结构模型，并讲述蛋白质、多糖、胆固醇的分布方式。【设计意图】通过模型与建模，很好的培养了小组学生的合作交流能力，也发展了学生的科学思维素养；根据糖蛋白的功能推多糖的分布，帮助学生认同“结构与功能相适应”的观点。任务三、认识流动镶嵌模型【提问】请同学们触摸一下模型，硬邦邦的，那么真实的细胞膜是否也是固定不动的呢？同学们有没有例子可以来证明细胞膜是可以流动的呢？【举例】变形虫的运动、蛋黄的流动等等都可以说明细胞膜是可以流动的。【PPT】资料四：1972年，辛格和尼克尔森根据多个实验证据，提出了细胞膜的流动镶嵌模型。【讲述】该理论主要包括：1.磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架。2.蛋白质分子有的镶在磷脂分子层的表面，有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层，体现了膜内外结构的不对称性。3.磷脂和蛋白质位置不是固定的，生物膜具有一定流动性。【设计意图】最后呈现科学家们提出的模型，评价同学所做的模型。学以致用，前后呼应，解决实际问题【设疑】学了细胞膜的结构和功能后，同学们对“药壳”的设计有灵感了吗？我们来看看下面几个方案，同学们觉得哪个方案最佳呢？【PPT】展示同学们的药壳方案。【点评】1号适合包裹脂溶性药物；2号在液体环境中不能稳定存在；4号方案可以包裹阿