人教版高中生物必修① 第4章 第2节《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计

生物必修 4.2生物膜的流动镶嵌模型教学设计合肥市第三十四中学 刘光法一、 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流动性特点。（3）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。2.过程与方法（1）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试提出问题，作出假设。（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生物学辩证观点。（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）正确认识技术在科学研究中所起的作用。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、设计思路本节内容与第1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3节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以,这节的内容对整个章节的知识起到了承上启下的作用。内容主要包括对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。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。四、课前准备 1.教师精心组织好相关资料、图片，制作本节课的多媒体演示课件。 2.学生课前预习本节课内容。五、教学课时 一课时六、教学实施的程序教学程序教学内容教学手段目标达成一、情境创设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，才能更好地体现细胞膜的功能的问题。首先，请同学们来总结一下我们已知的细胞膜的特点有哪些。很好，现在有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，用哪种更适合于体现细胞膜的功能呢？虽说弹力布较适合制作细胞膜，大家再调动已有的知识和生活经验，你还能想出更好的材料做细胞膜吗？为什么？要找到更好更适合的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。在上一节课中，通过对几种物质跨膜运输的实例，我们明白了生物膜对物质进出细胞是有选择性的。为什么生物膜能够控制物质的进出？这与生物膜的结构有什么关系？学生回忆和总结细胞膜的一些特点。如1：细胞膜很薄，是系统的边界。2：细胞膜是选择透过性膜。3：植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞膜具有一定的弹性。学生可根据细胞膜的上述特点归纳回答是弹力布。通过问题，激起同学们的探究和求知欲望。通过知识回顾和问题讨论，学生就会认识到建立细胞膜的结构模型，必须从结构和功能相适应的观点来思考。二、新课学习（一）对生物膜结构的探索历程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不倦地探索，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。现在就让我们一起重温一下这段历史，相信这会让大家对科学探索过程和本质有更深的理解。问题1：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？（若有同学回答说是脂质和蛋白质，教师可接着介绍一下19世纪中叶人们对细胞膜的认识状况，顺便提一下物质的相似相溶现象。）展示材料：欧文顿对细胞膜的研究时间：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。于是他提出假说：膜是由脂质组成的。大家看，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还是通过对膜成分的提取和鉴定？欧文顿的分析假说是如何提出的呢？（欧文顿是根据实验现象和有关知识，提出假说的）那在推理分析得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？ 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？是的，这说明技术对科学研究的重要作用，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脂质和蛋白质。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：清楚了膜的化学组成后，接下来就要探索这些物质是如何组成膜的？构成膜的脂质主要是磷脂（展示磷脂分子图片）：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（图片展示）。那么脂质在细胞膜中是怎么排列的？是一层还是两层或是多层？到了1925年，我们来看看荷兰的两位科学家的研究情况：展示材料：Gorter 和Grendel的研究时间：1925年人物：荷兰科学家Gorter和Grendel实验：两位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层分子，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。由此，他们得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。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？教师：很好，科学家也正是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假说的。说明你们也具有了一点科学家的思维能力了，同时也说明假说的提出不仅需要有实验的基础，同时还需要有严谨的推理和大胆的想象力。你能不能推测磷脂分子是如何排成双层的？问题3：除了脂质外，蛋白质也是细胞膜的成分。那么，蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？ 20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。但直到50年代，电子显微镜诞生，科学家用它来观察细胞膜，如P66图4-4所示。展示材料：罗伯特森的细胞膜模型时间：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电子显微镜照片，显示暗明暗三层结构（如图44），他结合其他科学家的工作，大胆地提出生物膜的模型：所有的生物膜都由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。他把生物膜的结构描述成静止的、不变的统一结构。罗伯特森的单位膜结构模型继承了前人的有关“脂双层”和“蛋白质脂质蛋白质”三明治模型的结论，看来很好的解决了蛋白质与脂质的关系，而且又成功地利用了先进的电子显微镜的观察结果作为证据。此学说看似完美，但是他将生物膜描述为静态的刚性的结构，这一点很快就遭到了不少科学家的质疑:如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞生长、植物细胞的质壁分离等这样的现象都不好解释。同时，随着新的技术手段不断运用于生物膜的研究，科学家发现蛋白质并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子中的。（多媒体展示膜的冰冻蚀刻电子显微图示）到了1970年，生物膜的静态观点也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？展示材料：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。我们知道，结构和功能是统一的。质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如物质跨膜运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，成功地指出细胞膜具有流动性。通过上述事实，你能给生物膜提出一个模型吗？（从膜的成分、膜的基本支架、膜的结构特点、膜的功能特性等说明，教师进行适当的引导和鼓励）教师：同学们归纳得很好，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。（二）流动镶嵌模型的基本内容教师呈现P68生物膜的结构模型示意图，阐述流动镶嵌模型的基本内容（教师在此结合学生刚才归纳的模型，肯定他们的成果）。磷脂双分子层构成了膜的基本支架，具一定的流动性。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，有的横跨整个入磷双分子层。大多数蛋白质也是可以运动的。（结合图说明）在细胞膜的外表有一层糖蛋白，叫糖被。与细胞识别，信息交流有关。请同学们讨论以下两个问题：1.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？2.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？请同学们齐声朗读P65第二自然段。教师强调，学生认真体会科学家的艰辛和锲而不舍的精神。思考回答。思考回答。思考回答。理解这一点，为分析材料作铺垫。鼓励学生进行大胆推测：细胞膜中的磷脂是排列成连续的两层的。 学生活动，试着进行排列，并绘图表示鼓励学生根据细胞膜的电镜照片说出自己的假说。 也可以启发学生举例质疑：1.植物细胞的质壁分离。2.动物细胞吸水膨胀和失水皱缩等。3.变形虫的变形运动。鼓励学生展开想象，表达自己对生物膜的认识。 教师图文并茂讲述，同学们认真理解。 同学们讨论、分析并进行归纳。 激起学生的学习热情。 体会科学精神。 了解假说的提出最初都是先根据实验现象和有关知识的。理解技术进步对科学研究的重要作用。培养学生的科学素养 培养学生质疑能力和精神。理解结构与功能的辩证关系。培养归纳和综合能力。理解科学与技术进步的相互关系及科学发现的一般规律（从结构与功能的关系出发）。三、课堂练习与小结1. 课堂小结（1）请大致说出科学家探索细胞膜结构的历程。（2）你能说出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容吗？。 2.课堂练习（多媒体展示） 四、作业布置1.P69练习题。2.课后利用废旧物品制作生物膜模型。七、板书设计： 第2节 生物膜的流动镶嵌模型一、对生物膜结构的探索历程1、19世纪末，欧文顿（提出）：膜是由脂质组成的。2、20世纪初，对膜化学分析：膜是由脂质