生物膜的流动镶嵌模型省一等奖教案

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1、人教版必修一分子与细胞 第四章 细胞的物质输入和输出第2节生物膜的流动镶嵌模型教 学 设 计陈乔平 吕正余 （江苏省淮安中学 223200）1 教材分析1.1 教材的地位和内容“生物膜的流动镶嵌模型”一节是人教版必修1分子与细胞第四章细胞的物质输入和输出之第二节，与第一节“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，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以，这节的内容安排很合理，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。本节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，要充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，引

2、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。1.2 课程三维目标的确定1.2.1 知识与技能 本节内容的课程标准是“简述细胞膜系统的结构和功能”。这项要求包括两层含义：一是简述细胞的生物膜系统的概念和功能；二是简述生物膜的结构。因此本节在知识与技能方面的目标可定为简述生物膜的结构。1.2.2 过程与方法 本节内容以细胞膜分子结构的探究历程为主线，学生动脑分析实验现象得出实验结论并构建模型为重点，让学生们从中体验科学

3、的实验思想和实验方法。因此本节在过程与方法方面的目标可定为尝试提出问题做出假设。1.2.3 情感、态度与价值观 本节教材介绍了人类探究生物膜结构的过程和方法，可以加深学生对科学的历史和本质的认识，特别是这些内容中所体现的结构和功能相统一，技术手段的进步，促进科学的发展等观点对于学生的情感态度与价值观领域的发展有重要价值。因此本节在情感、态度与价值观方面的教学目标可定为探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用;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。1.3 重点、难点的确定生物膜的功能特性是具有选择透过性，根据结构与功能相适应的生物学基本观点，因此确定本节的教学重点

4、为流动镶嵌模型的基本内容。高一学生已有的生物学知识和生活经验较少，空间想象能力和逻辑推理能力有限，因此确定本节的教学难点为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。1.4 学情分析学生在第三章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型，已经知道细胞膜很薄，细胞膜是最基本生命系统的边界，控制物质的进出，具有选择透过性。在第四章第一节的学习中做过植物细胞的质壁分离和复原实验，已经了解细胞膜具有一定的弹性，这些已有的知识和经验为本节的学习奠定了基础。高一学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性

5、，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。1.5 教学方法的确定以学生“自主、探究、合作”的学习方式来优化课堂学习与教学，实现课程三维目标。本节课采用“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，尤其在体验生物膜的探索历程上给学生以动态的感觉，轻松地讲授本节的两大知识板块。1.6 学习方法的确定“授人与鱼，莫过于授人与渔”，学生学习的最终目点不是仅仅为了“学会”知识，更是为了“会学”知识。 在教学中，要注重学生学习方法的指导和培养。在本节课中，学生将通过多种途径，如：观察、阅读、思考、分析、讨论、

6、探究等等，来开展学生之间的协作学习和自主学习，形成以学生为主体的教学模式。让学生通过自己的主体活动，根据自身的反馈信息来形成对客观事物的认识和理解，从而发展自身的创造性思维能力，提高自身的信息素养。2 教学设计2.1 设计思想这节课以教改的新生物课程标准所倡导的教学理念：面向全体学生、提高生物科学素养、倡导探究性学习为设计指导思想。把培养会学习的、具有高度科学文化素养和人文素养的人作为最终教学目标。尝试进行信息化环境下的教学设计（信息化教学设计），即用系统方法，以学为中心，充分利用现代信息技术和信息资源，科学地安排教学过程的各个环节和要素，以实现教学过程的优化。2.2 设计思路本节课采用“提供

7、资料提出问题（要求）做出假设（构建模型）提供实验验证”的教学模式，通过“生物膜流动镶嵌模型”的构建及有关实验设计，体现学生“自主、探究、合作”的学习方式，感受科学家探索的历程和过程的艰辛。同时对探索历程的内容添加小标题以凸显脉络，像“层层剥去笋衣”一样，将小标题作为思考讨论的切入点一一展开，帮助学生梳理并体验结构模型的建构方法，同时理解并能够描述流动镶嵌模型的基本内容。2.3 教学程序2.4 教学过程教师活动学生活动设计意图引入 （5分钟）问题探讨 在制作真核细胞三维结构模型的活动中，选用塑料袋、普通布和弹力布三种材料做细胞膜，哪种材料更适于体现细胞膜的功能？小组讨论回答 三种材料的特性：塑料

8、袋不具有通透性，普通布不具有柔变性，而弹力布不仅具有柔变性，还具有一定的通透性。点燃学生的好奇之火，激发学生对生物膜结构的强烈兴趣和渴望探索的动机。师生共识 选择弹力布做细胞膜的材料，相对好一些。过渡 当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。今天就让我们一起随着小探索者去亲历科学家的探索历程吧!效果 让学生宛如亲历科学探索历程，切身感受到科学的魅力，始终保持高昂的兴趣，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，且加深对科学过程和方法的理解。教师活动学生活动设计意图新课 （32分钟）一生物膜结构的探索历程过渡 一种物质或物体的结构是其组成成分间的组合形式的体现。要弄清某一物质或物体的结构

9、，首先要弄清其化学组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么？设疑 探究细胞膜的化学组成成分，为什么不用化学分析的方法呢？小组讨论回答 限于当时的技术条件，科学家们不知道细胞膜的结构，只好从研究细胞膜的生理现象入手来探究其化学组成成分。开始学习模型建构的方法。小标题一 从细胞膜功能入手的科学探究展示资料1 细胞膜的通透性实验时间：19世纪末 1895年科学家：欧文顿（E.Overton）实验：物质对细胞膜的通透性问题：实验的现象是什么？欧文顿提出了什么假说？设疑 正是有了实验观察，科学家才有了严谨的推理和大胆的想像。膜是由脂质组成的这一假说在19世纪被提出。假说是否还需要进一步的实验和观察来验证和

10、完善？展示资料2 细胞膜提取分离和成分分析时间：20世纪初实验：科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。问题：细胞膜是由哪些化学成分构成的？阅读 P65教材正文第二段。观察 欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性实验小组讨论回答实验的现象是什么？ （凡是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。）欧文顿提出了什么假说？ （膜是由脂质组成的。）回答 需要阅读 P65教材正文第三段。小组讨论回答细胞膜是由哪些化学成分构成的？（膜的主要成分是脂质和蛋白质。）假说是怎样提出的。科学的探索要具备严密的思维。小标题二

11、 单位膜模型的提出过渡 细胞膜中的化学成分是怎样有机结合构成细胞膜的呢?其中涉及到细胞膜中磷脂的排列方式和蛋白质的排列方式及模型的建构。展示资料3 两位荷兰科学家实验过程时间：1925年科学家：荷兰科学家Gorter和Grendel阅读 P65教材正文第三段观察 动画演示两位荷兰科学家实验示意图。了解技术进步对科学研究发展的作用。教师活动学生活动设计意图实验：磷脂平铺在空气水界面问题：实验的现象是什么？实验结论是什么？细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢？展示资料4 “三明治”结构模型时间：1959年科学家：罗伯特森（J.D.Robertsen）实验：罗伯特森电镜下观察到的细胞膜问题：实验

12、的现象是什么？罗伯特森提出了什么假说？ 讨论“三明治”模型的局限性？小组讨论回答实验的现象是什么？ （测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。）实验结论是什么？ （细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。）细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢？ （磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸组成。其磷酸“头部”是亲水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。该结构决定了细胞膜中磷脂分子的排列方式。）阅读 P66教材正文第一段观察 展示罗伯特森电镜下观察到的细胞膜。小组讨论回答实验的现象是什么？ (在电镜下看到了细胞膜清晰的“暗亮暗”三层结构。)罗伯特森提出了什么假说？ (所有生物膜都是由“蛋白质脂质蛋白质”三

13、层结构构成的静态统一结构。)讨论“三明治”模型的局限性？ (把生物膜描述为静态的刚性结构，解释不了膜的许多生理功能。)技术进步推动了假说的发展。小标题三 新技术带来新模型过渡 随着科学技术的进步，人们从新的实验现象入手对细胞膜的分子结构作出了新的判断。展示资料5 电镜冰冻蚀刻细胞膜示意图时间：20世纪60年代实验: 科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒问题：该图说明了什么？观察 科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒分布示意图。小组讨论回答实验的现象是什么？ (实验表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。)随着技术

14、进步，假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想像提出假说进一步验证完善不断发展。教师活动学生活动设计意图展示资料6 免疫荧光技术细胞融合实验时间：1970年科学家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)实验：人鼠细胞融合问题：实验的现象是什么？实验结论是什么？例举细胞膜具有流动性？智慧升华 1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）通过观察和实验，并在继承前人的研究成果基础上，提出了什么样的生物膜分子模型并被人们所接受。设疑 生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢？从生物膜结构的探索历程中，你受到哪些启发？阅读 P67教材正文第二段观察 Flash演示小鼠细胞和人细胞的融合过程。小组讨论回答实验的现象是什么？ （两种颜色的荧光均匀分布。）实验结论是什么？ 细胞膜具有流动性（膜分子是运动的）。例举细胞膜具有流动性？ （白细胞吞噬细菌、变形虫运动。）形成共识1972年，桑格和尼克森提出了最具代表性的生物膜模型流动镶嵌模型。生生协作，形成共识 流动镶嵌模型不可能完美无缺。总结结构与功能相适应的观点。人类对自然的认识是永无