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1“生物膜的流动镶嵌模型”的教学设计一．教学设计思路生物新课程理念强调“改变课程实施过于强调接受学习，死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手。培养学生搜集和处理信息的能力，获取新知识的能力，分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”生物膜结构模型的建构历程比较长，这方面的资料也比较多。教材仅选取了部分主要内容，基本按照时间进程排列，未加小标题。要想让学生自己理清脉络并体验结构模型的构建方法还是有一定难度的。本案例以新课程理念为基准，设计问题串，倡导学生主动参与，探究生物膜结构模型。问题串的设计思路：要弄清细胞膜的结构，首先要弄清其组成成分。那么细胞膜的组成成分是什么呢→引导学生探究膜的组成成分→膜的主要组成成分是磷脂和蛋白质分子，磷脂和蛋白质是怎样形成膜的→引导学生探究磷脂分子和蛋白质分子组合方式→建构出生物膜的结构模型二．教材分析1．内容和地位“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版《分子与细胞》模块第四章第二节内容。本章共三节，第一节主要说明细胞膜是选择透过性膜，为什么具有选择透过性，这与膜的结构有关，于是进入第二节内容。而第二节内容又是解释第三节“物质跨膜运输的方式”的基础。这三节内容的内在联系是：功能——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，它是架起第一节和第三节的一座桥梁，并体现了结构决定功能的生物学观点。“生物膜的流动镶嵌模型”主要介绍了对生物膜结构的探索历程，目的是让学生在认识生物膜结构的同时，了解人类探究生物膜结构的过程和方法，认识到可以通过对现象的推理分析提出假说，假说仍然需要观察和实验来验证。随着技术手段的改进不断发现新的证据，原有的观点或理论还会不断得到修正和完善，并归纳总结出生物膜模型建构的基本方法。2．教学重点①对生物膜结构的探索历程②生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容3．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．教学目标知识目标：课程标准中与本节内容有关的具体内容标准是“简述细胞膜系统的结构和功能”。这项要求包括三层含义：一是简述生物膜研究的历程；二是理解实验技术的进步在建立生物膜模型过程中的作用；三是描述生物膜流动镶嵌模型的结构特点。因此本节在知识方面的教学目标可定为“简述生物膜的结构”。能力目标：本节内容以生物膜结构的探究历程为主线，教师提供科学背景，学生设计实验，从中体验科学的实验思想和实验方法。因此本节在能力方面的教学目标可定为“尝试设计可行的实验方案”。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2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；体验生物膜流动镶嵌模型的建立是一个在科学探究中不断开拓、继承、修正和发展的过程；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四．学情分析从知识储备看，学生对细胞及组成分子、细胞基本结构，细胞膜是生命系统的边界等知识已有一定了解。高二学生具备一定分析问题能力，思维活跃，能积极参与讨论并发表自己的观点。但想让学生自己理清脉络并体验结构模型的构建方法还是有一定难度的五．教学策略的选择1．联系生活经验，激发学生的探究欲望2．设计问题串，引导学生进行探究学习设计问题串，引导学生一步一步地探究细胞膜的结构，宛如亲历科学家探索的历程，使学生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，并且加深对科学过程和方法的理解其操作流程可概括如下：六．教学过程1．创设教学情境，导入主题[师问]肉眼见过细胞？[展示]鸡蛋（说明蛋黄部分为一个细胞）[教师]请设计一个简单的方法判断细胞膜是否存在？[讨论结果]方法有多种多样。其一是：用筷子拔弄蛋黄，体验蛋黄与蛋清的界线，最后用针挑破蛋黄表面，观察是否有内容物流出；或用小塑料管插入蛋黄，观察蛋黄内容物是否会从塑料管中流出。如果蛋黄内容物有流出，说明细胞膜是存在的。如果蛋黄内容物不会流出，说明细胞膜不存在。并让学生回忆细胞膜的功能：保护、控制、信息交流[教师]细胞膜具有的功能与其结构密切有关。细胞膜的结构是怎样的呢？我们首先应该从哪个角度分析这个问题[讨论结果]要研究细胞膜的结构，必需首先研究细胞膜的组成成分（设计意图：问题“肉眼见过细胞吗”能激发学生积极的思考，再向他们出示鸡蛋并说明其中有一细胞进一步激发他们的探究的欲望。）2．利用科学史料，引导学生进行探究学习（1）探究细胞膜的成分——磷脂分子和蛋白质分子[教师]让我们一起穿越时空的遂道，来到100多年前的19世纪的世界里。请大家在讨论问组织探究活动发散创新科学史料验证动评价形成和运用知识提出问题构建细胞膜的流动镶嵌模型3题和设计实验时，要充分注意当时的科学技术条件，老师会在课件中以“背景”的形式向大家呈现当时相关科学技术条件的信息。【背景1】19世纪化学上已经发现了“相似者相溶”的原理。阅读科学史料：1895年，E.Overton选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行上万次的研究。发现：凡是可溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。[教师]请大家在讨论时务必要注意，欧文顿的这个实验现象实际上不止一层含意。[讨论结果]细胞膜可能含有脂质成分和非脂质成分，并且脂质成分排列在膜上的面积比非脂质成分还要多。【背景2】①20世纪初，人们已经掌握了提取、分离和鉴定相关分子的技术，如从人的消化液中提取出、分离并鉴定各种消化酶(如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶、肽酶、二糖酶等)。[教师]细胞膜上的脂质成分、非脂质成分又能是什么呢？请大家设计一个简单的实验来加以探讨。[讨论结果]将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，分别投入只含有一种消化酶的各种溶液中，观察细胞膜会否被破坏甚至溶解。再根据酶的专一性来加以推导。[教师]设计非常合理。当时科学家实验发现，磷脂酶能让细胞膜溶解，蛋白酶能让细胞膜破裂。可以预见，细胞膜主要是由脂质和蛋白质构成的。[师问]下一步我们应该做些什么工作？[讨论结果]对细胞膜的成分进行提取、分离和鉴定。[教师]当时科学家确实对细胞膜的成分进行了分析，发现细胞膜主要成分是磷脂和蛋白质分子。（设计意图：阅读史料，分析现象，推测结论。根据提供的科学背景设计实验，感受了探究的乐趣。）（2）探究生物膜的分子结构模型建立过程——磷脂分子和蛋白质分子组合方式[师问]知道了细胞膜的成分，接下去要研究什么内容？[学生]磷脂分子和蛋白质分子组合方式【背景3】人们研究发现，磷脂分子具有亲水的头部和疏水的尾部(示图)。根据磷脂分子模式图及结构特点，要求学生尝试画出水—空气界面、水中二种情景的磷脂分子的排布方式学生画图。教师据图分析[教师]假设磷脂球状的中央有水，那么磷脂分子又该怎样排布？[学生]磷脂双分子层。[教师]试想，磷脂分子是应该怎样构成细胞膜的？[讨论结果]可能是排成双层的磷脂分子层。要求学生画图展示。[教师]请大家设计一个实验，证明细胞膜中磷脂双分子层的存在。[讨论结果]将一个红细胞膜上提取出的脂质，放在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。[教师]同学们的设计思路，与荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel的想法不谋而合。1925年这两位科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。【背景4】20世纪30年代电子显微镜诞生。罗伯特森（J.D.Robertson），于1959年在电镜下的细胞膜照片上看到了清晰的“暗—亮—暗“的三层结构。由于电子束照射大分子物质时散射度高，呈黑暗；照射小分子物质时，散射度低，呈光亮。请大家帮助分析，蛋白质与磷4脂分子的空间关系？学生画图[教师]罗伯特森提出了细胞膜的“单位膜”模型，认为细胞膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构。检验这一模型是否能解释细胞膜的实际情况？学生列举实例否定膜的静态。如变形虫变形运动，质壁分离，红细胞吸水膨胀等。【背景5】20世纪六十年代以前，荧光染料标记技术(标记大分子，并能检测到被标记的大分子的具体分布)已经得到了广泛的应用。[老师]同学们再想想，你们设计一个实验，能更有力地说明细胞膜的结构不是静态，而是动态的吗？[讨论结果]将一个蛋黄细胞小块面积用绿色染料标记，另一小块面积用蓝色染料标记，一段时间后观察两种染料的分布。如果两种染料的分布均匀，说明蛋白质分子(或磷脂分子)是动态的而不是静态的。[教师]1970年，科学家按照同学们的设计，用荧光染料标记细胞表面的蛋白质分子证实了同学们的推理。【背景6】冰冻蚀刻电子显微技术的应用，细胞膜的结构图学生修正细胞膜的结构图[教师]根据上述的分析、推理和证实，请同学们归纳总结生物膜结构的基本内容应该是怎样的？[讨论结果]①磷脂双分子层构成了膜的基本支架，②蛋白质分子以镶、嵌、贯穿等三种不同的方式结合在磷脂双分子层中，③磷脂分子和蛋白质分子都不是静止不动的，而是具有一定的流动性。[教师]同学们总结出的上述三点内容，就是1972年桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）在前人研究和自己观察、实验证据的基础上，建立起来的生物膜的流动镶嵌模型的基本要点。可见，我们的同学非常棒，已具备了科学家的素质。[讨论]1举例说明在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的推动作用？你受何启示？2在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？[师总]1在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的作用，没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。2在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始终引导人们不断实践，认识，再实践、再认识，使人类一步步接近生物膜结构的真相。科学探索是一个长期的历程，需要不断验证、修正和发展，关于细胞膜的研究还在不断探索过程中，并未停止。希望大家不断探索，将来或许你们能提出更完善的生物膜结构模型。（设计意图：一系列的问题串，有助于学生理清思路体验结构模型的构建，又能培养学生分析问题的能力，领会科学探究的基本方法）七．板书设计第二节生物膜的流动镶嵌模型一．生物膜结构的探索历程1．生物膜组分的探索2．生物膜结构的探索二．生物膜的流动镶嵌模型八．教学反思：51．利用科学史料，还原科学探究过程，引导学生进行探究学习是进行科学史教学的常用方法，学生的科学探究过程好比是科学家的科研项目研究。我曾采用另一种教学设计，先呈现科学史料，让学生分析得出结论，最后归纳得出流动镶嵌模型的基本内容。而现在采用的教学设计，是让学生在一定的科学背景下，假设自己是一为研究者，要研究细胞膜的结构，应该如何层层深入，而把科学史料做为证据验证学生的设计，这样的课堂，不仅使学生体验了科学探究的乐趣，同时也让我体会到了真正的探究活动应该是引导学生思维的探究。2．探究细胞膜中磷脂分子的排布情况，最初是直接向学生呈现荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel的实验，让他们分析得出细胞膜中的磷脂分子排列成两层。这种处理效果一般，不如大胆放手，让学生去设计实验，证明细胞膜中磷脂双分子层的存在。虽然难度较大，但只要教师引导到位，学生是可以完成任务的。确实，最后的教学实践证实了我的想法，也让我为学生自主实践中迸发的能力感到震撼。