《生物膜的流动镶嵌模型》教案

《生物膜的流动镶嵌模型》教案

周婷吴江市高级中学1．设计思路：本节隶属第四章，第四章是在第三章《细胞基本结构》的基础上提出的，在认识细胞结构的基础上学生自然想知道细胞是如何获得物质和能量的，这就是第四第五章的内容。第四章共有三节。第一节主要从实验实例和生活实例来说明细胞膜是选择透过性膜。这种膜的特性与结构有关，所以第二节内容是学习生物膜的结构。生物膜的结构又是解释第三节内容“物质跨膜运输的方式”的基础。这三节内容的内在联系是：现象－结构－功能。由此可见，本节《生物膜的流动镶嵌模型》在第四章中起着承上启下的作用，并体现出了结构与功能相适应的观点。同时本节内容和前面的第二章中的“化合物”和第三章中的“细胞膜”、“生物膜系统”等内容又有一定的联系。学生通过前面章节的学习，对细胞膜有了一定的了解。因此本节从膜的功能引入，既是对前面所学知识的复习，又是对功能和结构相统一观点的进一步证实，引入自然。本节主要围绕科学家对生物膜结构的探索过程展开，最后总结得到生物膜流动镶嵌模型。课中涉及5个实验，按照年代顺序展开，后一个实验是对前一个实验的继承、补充和发展。因此本节课采用“引导——观察分析实验现象——提出假说——实验验证再分析”的教学模式，层层深入下去；融合运用启发引导、观察讨论、对比归纳等方法，并辅以多媒体手段。最后一边归纳总结一边自然引出流动镶嵌模型，合乎逻辑，顺理成章。2．教学目标2.1知识与技能知道生物膜流动镶嵌模型的基本内容理解科学家探索生物膜结构的科学史，阐述科学发展的一般规律③尝试利用废旧物制作生物膜模型④举例说明生物膜具有流动性的结构特点过程与方法分析解读科学家探索生物膜的科学史，尝试提出问题，作出假设。通过观察、讨论、推测和画图，体验科学探究建构生物膜模型的过程情感态度与价值观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展开的，树立生物结构与功能相适应的生物学观点。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，需要严谨的推理和大胆想象能力，并通过实验进一步验证。③认识到技术的发展在科学研究中的作用，体验科学研究的方法，科学研究中传承、发展及艰辛的历程3．教学重难点3.1教学重点对生物膜结构的探索历程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.生物膜的空间立体结构3.生物膜的流动性特点4．教具准备1.与生物膜结构探索过程相关的科学家图片以及实验图片2.生物膜流动镶嵌模型的多媒体课件3．实物（鸡蛋）5．课时安排1课时教学过程：【课前准备】1.由于本节内容时间上跨度比较大，而且提到的一些实验技术和手段又比较陌生，所以课前要教师要精心准备大量图片和课件。按照时间顺序和学生的认知规律合理组织，让学生能较快建立对科学史的理解。2.4位同学一个鸡蛋【情景创设】教师：同学们，通过对细胞结构的学习，我们想制作细胞的三维结构模型，在选择细胞膜的材料时我们遇到了难题，塑料袋、普通布和弹力布，我们该选择哪种呢？学生：细胞膜是选择透过性膜，有些物质能通过，有些物质不能通过，所以塑料袋不合适。普通布没有弹性，而我们在质壁分离与复原实验中我们发现生物膜是有弹性的，所以我们选择弹力布。教师组织学生用手指触摸卵黄膜，亲身感受细胞膜的存在和弹性。教师：细胞膜究竟有什么样的结构决定了它能具有选择透过性，能有弹性呢？引出课题：第二节生物膜的流动镶嵌模型【师生互动】1.对生物膜结构的探索历程为什么生物膜能控制物质的进出呢？这与生物膜的结构有什么关系呢？科学家就是带着这样的疑问，开始了对生物膜结构的探索。多媒体展示材料一资料一：时间：19世纪末人物：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:如果你是欧文顿看到这样的现象能帮助我们提炼出什么样的结论呢?学生:细胞膜的成分中有脂质成分。教师：同学们得出的结论正好与欧文顿的结论一样。那么，你们的这个结论是根据现象的推理还是通过对膜成分的提取和鉴定？学生：是从生理功能上入手，通过推理分析得出的。教师：那么在通过推理得出结论后还需要对膜的成分进行提取分离和鉴定呢？学生：有必要。只有通过鉴定才更准确。教师：那么为什么欧文顿一开始不对膜的成分进行鉴定呢？学生：当时的技术条件不能实现。教师：确实如此。由此可见技术对于科学研究的重要性。直到20世纪初，科学家才能从哺乳动物成熟的红细胞中将膜分离出来。多媒体展示材料二资料二:20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。教师：你能推测出什么结论？学生：说明细胞膜的成分除有脂质还有蛋白质。教师：到此科学家已经知道了生物膜的主要成分是脂质和蛋白质，那么这些分子是如何排列形成特定结构的生物膜的呢？多媒体展示材料三资料三：1925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。教师：你能推测出什么结论？学生：脂质分子在细胞膜中是排列成两排的。教师：细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？又是如何排列的呢？细胞膜中含量最丰富的是磷脂，磷脂分子的结构有亲水的头部和多媒体展示材料四：（磷脂分子和其在空气水界面上的分布情况）教师：利用已有的知识推理和想象，提出许多磷脂分子被搅动后在水溶液中形成的稳定排布假说，并用画图来表达。展示学生小组活动结果，引导交流相互评价。（搅动后在水溶液中形成的稳定排布是形成双层脂分子的球形脂质体和形成球状的微团）提问：1、由搅动后在水溶液中形成的双层脂分子的球形脂质体，内外都有水环境，那么细胞膜内外是什么环境？2、如果把球型的脂质体展开为单分子层大家推测他们的面积比例是？学生通过讨论得到细胞膜中磷脂的排布方式：教师：那么其中的蛋白质分子是如何分布的呢？20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边覆盖着蛋白质。直到20世纪50年代，电子显微镜诞生，科学家用它来观察细胞膜。多媒体展示材料五资料五1959年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗一亮一暗的三层结构，大胆提出生物膜的模型：所有生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，并且生物膜为静态的统一结构。指导学生根据资料来构建生物膜的结构图。教师：这样的模型特征与我们学过的生物学知识有矛盾的地方吗？组织小组讨论，得出结论。学生：细胞的膨胀和皱缩，植物细胞的植壁分离与复原，变形虫的运动，分泌蛋白的形成和分泌，白细胞吞噬病菌等都说明细胞膜不是静态的。教师：很好。随着科技的进步科学家多生物膜的研究日益深入，发现蛋白质并不是全部平铺在脂质表面的，有的是镶嵌在脂质双分子层中的。指导学生修改细胞膜的结构图。展示材料六资料六：1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠细胞融合实验。教师：该实验表明什么？学生：这个实验说明组成生物膜的蛋白质是可以运动的。多媒体展示材料七资料七：磷脂分子在不同温度下的运动情况flash演示）教师：资料说明了什么？六七两个资料共同说明了生物膜具有什么样的结构特点？学生：说明磷脂分子也是可以运动的。说明生物膜具有一定的流动性。教师：1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。多媒体展示材料八流动镶嵌模型的基本内容指导学生根据流动镶嵌模型的基本内容来完善生物膜的结构图。教师小结：1．膜主要由蛋白质和脂质组成，还有少量多糖。2．膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝内）3．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，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系，体现了生物膜的不对称性。4．膜的结构特点：具有流动性（磷脂和大部分的蛋白质分子都是可以运动的）评价与反馈：1.生物膜的结构特点是，功能特点为2．科学家在实验中发现：脂溶性的物质能优先通过细胞膜，并且细胞膜能被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。这些事实说明，组成细胞的物质中有 3．科学家用丙酮提取了细胞膜的脂质，并将它在空气与水的界面上展开时发现，这个但分子层的面积正好是红细胞表面积的2倍，由此可以认为 课堂小结这节课我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，这是一个曲折漫长的过程，这段历史也给了我们很多的启示，使我们加深了科学方法和和过程的理解。另一方面我们也学习了流动镶嵌模型的基本内容，为我们学习下一节内容奠定了基础。作业布置结合生物膜的流动镶嵌模型，利用生活中的废弃物做一个细胞膜的流动镶嵌模型。课后拓展生物膜的流动镶嵌模型是不是已经非常完善了呢？有没有什么局限呢？还有其他被人们接受的新模型吗？请利用互联网搜索科学家对生物膜研究的新进展情况，通过小组内部的组织和加工在班级中进行交流。板书设计一、对生物膜结构的探索历程1、欧文顿的实验：膜是由脂质构成的。2、化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。3、膜中的脂质分子排布成连续两层。4、罗伯特森的“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层静态统一结构。5、小鼠细胞和人细胞融合实验：细胞膜具有流动性。6、桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。二、流动镶嵌模型的具体内容.内容.结构特点：流动性.功能特点：选择透过性教后反思：对“生物膜结构的探索历程