基于BOPPPS教学模式下《细胞膜的结构与功能》

基于BOPPPS教学模式下《细胞膜的结构与功能》（第二课时）的教学设计高中生物学必修一分子与细胞一、课标分析普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）强调学生在本节课的学习中要形成“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”的核心概念，构建“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”这一次位概念，并能够概述出“细胞都由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间信息交流”的重要概念。二、教材分析1.“细胞膜的结构与功能”为人教版高中生物学教材必修1第3章第1节的内容。教材先给出了“细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的”这一重要结论，从而引出了对细胞膜结构的探索历程以及提出假说的科学方法等。之后用大量图示引导学生观察实验现象、获取信息，帮助其建立流动镶嵌模型的生物模型。2.本节内容属于分子与细胞基础模块，是基于“组成细胞的分子”，进一步阐明细胞膜的结构与功能，并为后续学习“细胞器之间的分工合作”“细胞的物质输入和输出”等概念奠定了基础，具有承上启下的重要作用。3.本节内容是从本质上对细胞膜的结构进行探索，是细胞生物学的核心，在高中生物学教学中是一节重要的内容，在升学考试内容中所占比例较大，并且对于学生感悟细胞的精细，领悟科学探索的不易具有重要意义。三、学情分析1．知识水平通过前期的学习，学生已经了解组成细胞的分子，知道脂质包括脂肪磷脂和固醇、氨基酸是组成蛋白质的基本单位、蛋白质的功能由结构决定、细胞膜的功能等基础知识;同时已经了解同高倍显微镜的使用方法、归纳法等常用实验方法，能够帮助他们更好地认识细胞膜的结构。但是，由于其对于细胞分子水平的认识较为浅显，要掌握细胞膜的结构这一抽象内容，必须联系已学知识、辨析磷脂与蛋白质的特点，并将新旧知识相整合，明确细胞膜具有流动性。在此基础上，通过对科学家的实验现象和结果归纳总结，修正完善出流动镶嵌模型。而这部分内容复杂、抽象，故会给学生的理解、掌握带来一定困难。2．心理水平根据皮亚杰的认知发展阶段论，11岁至成人的发展阶段正处于形式运算阶段，本节课面对的高一学生也正处于此阶段。该学段的学生已经能够初步理解抽象的知识概念，个体的推理能力有所提高，已经具备了一定的抽象思维能力和知识基础，但具体形象思维仍占据主导地位，他们能够较好的理解直观具体的知识，而对于磷脂分子、流动镶嵌模型这样抽象微观的内容缺少直观体验，较难理解。通过信息技术可变抽象为具体，使学生能更快、更准、更深的把握教学重点，理解难点。3.交往水平处于青少年时期的中学生，存在与人交往和寻求成功的需要。这个时期的学生不愿被孤立，需要人关心，需要友谊，需要被他人接受和尊重，需要与他人交往和合作。只要当这些需要被满足，才能增加一个人的安全感。合作学习能够很好的满足中学生的交往需要，在交往中被同伴所肯定能够增加他们的成就感，从而对学生的终生发展起到积极作用。四、教学目标1．运用功能与结构相适应的生命观念将细胞膜的功能与细胞膜的结构联系起来，构建流动镶嵌模型；能够认同细胞膜对于生命的诞生具有重要作用。（生命观念）2．运用科学探究能力通过模拟实验探究质膜的结构;能够根据科学家实验的现象或结果提出合理的假说，并能够运用建模的科学思维能力借助“提出假说”这一科学方法尝试构建细胞膜的结构模型。（科学思维科学探究）3．认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程;学生能够领悟科学探索的不易，形成尊重科研成果的情感态度。（情感态度）4．通过脂质体的应用，体会生物科学在医药开发、造福人类等领域的应用，从而树立科学造福社会的社会责任意识。(社会责任)五、教学重点1．对细胞膜结构的探索过程。2．流动镶嵌模型的主要内容。六、教学难点1．细胞膜的结构与其组成成分的内在联系。2．对细胞膜结构的探索过程。七、教学策略有关流动镶嵌模型的内容抽象复杂，直接进行知识的讲述会让学生的学习变得十分被动，因此，本节课将主要基于BOPPPS教学模式展开。BOPPPS教学模式强调学生主动获取知识的探究性学习，是一种由引入、学习目标、前测、参与式学习、后测、总结6个环节组成的教学模式。较传统教学模式更能激发学生学习的兴趣，符合人的认知规律。在教学过程中合理开展BOPPPS教学，对学生核心素养的培养大有裨益。针对本节课的内容，教师首先使用社会热点“猴痘病毒”、科普视频以及感受纸张厚度的小活动引起学生兴趣，着眼于学生的“最近发展区”，通过设计环环相扣的问题，建立已有知识与新学知识间的内在联系，激发学生的学习动机。接着向学生清晰表达本节课的学习目标，让学生带着任务进行本节课的学习。之后借助对经典探究实验的分析，引导学生分组讨论剖析实验现象背后的实质，将复杂与抽象的问题转化为简洁而理性的过程，进而完成对“流动镶嵌模型”概念的意义建构，并在过程中利用材料动手构建流动镶嵌模型，构成探究环节。接着教师鼓励学生尝试用流动镶嵌模型理解和探索更多的生物学现象，给学生提供机会，表达自己对现象的解释以及设计实验验证自己的假说。之后通过对“药物运输”的思考和对热点议题的拓展探讨，加深学生对流动镶嵌模型的理解，帮助学生及时了解自己对知识的掌握程度，同时教师可以及时评估教学效果、反思教学过程。最后教师将引导学生自己总结本次课的知识点和重要内容，评估自己的学习效果。本质上以学生为中心，方法上准确把握该模式的内涵。八、教学手段为了更好地完成教学目标，突破教学重难点，本节课将基于BOPPPS教学模式，将论证式教学法、问题驱动式教学法、情境教学法以及探究学习法、活动操作法等方法有机结合，借助动画、视频等多媒体工具，以及流动镶嵌模型和简易材料，使抽象的知识具体化，提高学生课堂参与度，突出学生的主体地位。九、教学过程教学内容教师的组织和引导学生活动教学意图引入【展示】“猴痘病毒”图片及相关资料【解释】对于猴痘病毒，我们需要建立一个“边界线”来防止其传播到我国，这样一个边界线是由复杂的结构组成的，比如海关、养殖户、科研人员、宣传人员等。【提问】大家还记得细胞的边界——细胞膜具有什么功能吗？【解释】细胞膜也和预防猴痘病毒的“边界线”一样，要想完成其多种多样的功能，必须要有复杂的结构。【过渡】细胞膜的结构有多复杂呢？我们一起来欣赏一个视频。【展示】“细胞膜的结构远比我们想象的要复杂”视频【引导】大家不妨伸手摸一下教材的一页纸，感受厚度，是不是很薄？【解释】细胞膜的厚度只有7nm，约8000张细胞膜叠加起来仅教材的一页纸厚度，尽管细胞膜如此薄，但是它却有着远超我们想象的复杂结构。【过渡】它究竟有怎样复杂的结构呢？同学们,科学研究离不开大胆的推测和想象,现在,就请大家打开思维的大门,展开想象的翅膀。观察、回顾、回答：观看多媒体视频（控制物质进出细胞；进行信息交流；与外界分隔开）感知、思考从学生心理特点出发，利用社会热点和科普视频以及小活动吸引学生的注意力、激发学生学习兴趣，回顾细胞膜的功能，温故知新，导入新课。培养学生体会生命世界无与伦比的精妙，进而培养他们热爱生物、敬畏生命的情感态度。学习目标【展示】学习目标【解释】在今天的学习中，我们将重走细胞膜结构的探索之路，同时运用简易材料构建细胞膜模型。聆听、思考向学生清晰表达本节课的学习目标，让学生带着任务进行本节课的学习。参与式学习【提问】细胞膜的成分是什么？【展示】脂质、蛋白质的图片及其细胞膜质量占比【解释】在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。那我们不禁好奇，最丰富的磷脂在细胞膜中是怎么样排布的呢？回答、思考：（脂质、蛋白质）回顾旧识，引入新知，激发学生好奇心。参与式学习【展示】磷脂分子的图片【解释】要想知道磷脂分子的排布，我们需要深入了解磷脂分子。我们看，磷脂分子由甘油、脂肪酸和磷酸组成，分为两部分：亲水头部和疏水尾部。简单讲解亲水分子和疏水分子的原理。【引导】我们在生活中见到的护肤品大多含有甘油成分，这是为什么呢？【提问】若磷脂分子在水—空气界面上铺展成单分子层，会如何排列？【展示】磷脂分子在水—空气界面上铺展成单分子层排列的图片分析推理：因为磷脂分子头部亲水，因此应该靠近水面，尾部疏水，应该远离水面。思考、回答：（便于吸收）（磷脂分子会倒过来，亲水头部在水里，疏水尾部在空气里。）通过对磷脂分子结构特性的分析，推理出磷脂分子在水空气界面上铺展成单分子层的排列方式。参与式学习【提问】磷脂分子在水中是怎么样排列的呢？【展示】不同小组的排列形式。【引导】大家认为哪一种排列方式更合理呢？【解释】因为四周都是水，因此磷脂分子将环形排列，这样环形内外也都是水，因此磷脂分子应该会排列成双层。小组活动：用卡片摆出磷脂分子在水中可能的排列形式，进行小组展示，对本小组排列方式进行解释。思考、回答：（双层排列的磷脂分子）组织小组探究活动，以学生为主体，采用活动操作法帮助其掌握磷脂分子在水中的排列形式。参与式学习【展示】科学史：1917年，欧文·朗缪尔将磷脂分子在水面铺展成单层，并改进测定单层膜面积的装置。【提问】磷脂分子在膜中是怎么样排列的呢？【解释】根据学生回答，进行补充说明。小组合作：请参考科学史，设计实验，证明磷脂分子在细胞膜中排列为连续的两层。设计实验：分别测量比较细胞膜面积与单层磷脂分子面积，如果单层面积为膜面积2倍，即证明。组织小组探究活动，以学生为主体，提供资料，鼓励学生借助科学史设计实验证明结论。培养学生的科学探究能力参与式学习【展示】时间：1925年科学家：戈特和格伦德尔（荷兰）选材：哺乳动物成熟红细胞实验：从红细胞中提取脂质成单分子层的面积恰为红细胞表面积的二倍。结论：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。【提问】如果用的不是哺乳动物成熟红细胞，那么从细胞中提取脂质成单分子层的面积还是细胞表面积的2倍吗？阅读资料、提取信息：结论：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。思考、回答：（不是，如果用其他细胞会大于两倍）展示资料，帮助学生熟悉科学史。学生从红细胞结构特点出发，思考其能够作为实验材料的原因，体会结构与功能的生命观念。参与式学习【过渡】细胞膜中的磷脂分子排列为连续的两层。对于蛋白质来说，又是怎样排布的呢？这个问题一直持续了二十多年的时间，直到电子显微镜的诞生。【展示】细胞膜结构的电镜照片【说明】电子显微镜的成像原理：电子束照射大分子物质成像--黑暗，照射小分子物质成像--光亮观察、思考：学生观察图片，获取信息。小组活动：根据电镜图，尝试摆出蛋白质在磷脂双分子层的分布。进行小组展示，对本小组排列方式进行解释。组织小组探究活动，以学生为主体，提供资料，培养学生的读图能力和科学探究能力。参与式学习【展示】罗伯特森提出的模型，包括图片和资料：假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成。结构特点：静态的统一结构【解释】罗伯特森在1959年观察到了细胞膜的电镜照片，他也摆出了跟我们同学一样的模型。阐述罗伯特森假说的主要内容以及模型的结构特点。【提问】同学们能不能根据以往所学的知识和观察到的现象评价一下罗伯特森模型？观察、思考、讨论：根据所学知识和实验现象，讨论罗伯特森模型的优点和不足之处。（解决了蛋白质分布的问题）（可以解释细胞膜的电镜照片）引导学生评价罗伯特森模型，在教师帮助下分析出罗伯特森模型存在蛋白质分布不合理和静态结构不合理的问题。加深学生记忆，培养学生的批判性思维。认同科学理论的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程;学生能够领悟科学探索的不易，形成尊重科研成果的情感态度。参与式学习【展示】组成蛋白质的部分氨基酸图片【提问】罗伯特森模型中蛋白质分布在磷脂分子两侧，蛋白质都是亲水的吗？【提问】如果全部R基都亲水，蛋白质怎样分布？如果都疏水呢？【解释】事实上，组成蛋白质氨基酸的R基部分是亲水的，部分是疏水的，那么蛋白质应该怎么分布呢？【过渡】这只是我们的推测，假说还需要实验验证。【展示】冰冻蚀刻技术的图片【解释】阐述冰冻蚀刻技术的原理和实验现象。【展示】蛋白质分布模型图片回顾、思考、回答：（不是）（由氨基酸的R基决定）（排列在磷脂分子两侧）（排列在磷脂双分子层中间）（一些排列在磷脂双分子层外面，一些排列在里面）观察、思考：在教师的引导下修正模型：蛋白质镶在表面，或嵌入、贯穿在磷脂双分子层中在教师的引导下，学生根据已学知识提出蛋白质分布的假说，并修正模型。培养学生运用“提出假说”这一科学方法的能力。参与式学习【展示】草履虫的变形运动、细胞生长增殖、白细胞追杀细菌和精卵融合的动画【提问】如果细胞膜是静态结构，生物还能完成这样的生命活动吗？【过渡】静态结构不合理的假说同样需要实验验证，这时候我们需要借助荧光标记技术。【展示】人鼠细胞融合实验图片【说明】荧光标记技术：用荧光染料标记某种物质，用其荧光特性来反映研究对象的相关信息。【组织活动】请两组的同学来到讲台上。一组举左手，表示被绿色荧光标记；一组举右手，表示被红色荧光标记。然后要求举左手和举右手的同学们相间排列，来模拟人鼠细胞融合实验。【提问】这个实验能证明磷脂分子可以运动吗？【提问】如何设计实验直接证明细胞膜上的磷脂分子可以运动呢？【总结】构成膜的磷脂分子可以运动，膜中的蛋白质大多也能运动，细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性。观看、思考、回答：（不能）观察、思考、分析、得出实验结论：细胞膜上的蛋白质可以运动。思考、回答：（不能）（可以间接证明）参与活动：按照引导进行活动。思考、得出结论：被不同荧光标记的蛋白质必须运动才能均匀分布。设计实验：用荧光标记技术标记磷脂分子，做人鼠细胞融合实验，如果能够形成融合细胞且两种颜色的荧光均匀分布就可以直接证明磷脂分子可以运动。通过人鼠细胞融合实验，学习荧光标记技术，引导学生透过实验现象看本质，并能够利用此技术设计实验，证明推测。培养学生的科学探究能力。同时形成“细胞膜具有流动性”的概念，并理解其原因。通过趣味活动，同学们可以切身体会人鼠细胞融合实验，可以更好地理解实验原理、推导出实验结论。参与式学习【展示】细胞膜的流动镶嵌模型【解释】借助模型教具讲解说明流动镶嵌模型的提出和主要内容以及其结构特点。【展示】内容包括1.磷脂分子排布2.蛋白质分子的排布3.细胞膜的结构特点及其原因。【展示】流动镶嵌模型视频小组合作：用材料把小组构建的细胞膜模型展示出来，并选代表进行阐述。观看、思考采用活动操作法，通过模型的构建加深学生对细胞膜探索过程的理解，提升建模的科学思维能力。同时作为教学评价的维度之一评价学生学习效果。模型和视频化抽象为具体，加深学生对流动镶嵌模型的理解。后测【过渡】流动镶嵌模型可否帮我们理解和探索更多的生物学现象或解决实际生活中的问题？【提问】水分子如何通过内部疏水的磷脂双分子层？结合流动镶嵌模型，提出假说。【引导】怎样设计实验来证明我们提出的假说呢？【引导】同学们设计的实验有没有不足之处呢？同学们可以在课下进行思考探索，设计一个更加完善的实验，将实验设计作为作业进行提交。讨论、思考、提出假说：1.借助磷脂分子运动时产生的缝隙通过磷脂双分子层。2.借助蛋白质通过磷脂双分子层设计实验：将去除细胞膜中蛋白质的细胞与不作处理的细胞均置于清水中，对比观察细胞体积变化，根据实验现象分析水分子通过细胞膜的方式。学生在教师的引导下，利用流动镶嵌模型分析和探索生物学现象，培养学生科学探究能力的同时检验教学效果。后测【展示】背景：人体药物有些是水溶性的，有些是脂溶性的，很多药物注射进人体后