生物膜的流动镶嵌模型教案

《生物膜的流动镶嵌模型》教案设计刘剑飞【教材分析】本课主要内容：（1）科学家对细胞膜结构的探索历程。本课以较多的篇幅介绍了对生物膜结构的探索历程，并安排了两个思考与讨论，让学生在认识细胞膜结构的同时，了解这些知识的来龙去脉，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）生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。在众多对细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，学生必须展开想象力，通过制作模型等，构建细胞膜的空间立体结构，理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型的基本要点。【学情分析】1、学生已经了解了细胞，知道了组成细胞的元素和化合物，掌握了细胞的基本结构，尤其是细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识，为本节知识的学习奠定了基础。2、高中学生已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，但往往具有盲目性，缺乏目的性，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。所以教师的思维导向就显得十分重要。本节课利用科学史实验资料，设计学生要探究的问题，让学生在问题引导下进行基于资料和问题的课堂探究活动，问题的设计层层深入，按照学生的思维水平和能力达到一定深度，使学生顺利由感性认识向理性认识过渡。【教法分析】根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重科学方法教育为归宿。本节课采用“引导探究”教学模式，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程。与此同时要注重教师与学生之间以及学生和学生之间的互动,适时适度的引导学生,让学生自己去进行分析、讨论、归纳和总结。【教学目标】1．知识与技能①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举例说明生物膜具有流动性特点。③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。2．过程与方法①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。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辩证唯物主义自然观。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正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。【教学重点】流动镶嵌模型的基本内容。【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。【教学方法】讨论法、比较法、归纳法等【教具准备】多媒体课件、制作生物膜模型的废旧物品等。【课时安排】1课时【教学设计思路】设问引入问题探讨体验生物膜结构的探索历程阐述流动镶嵌模型的基本内容【教学流程图】【教学实施的程序】教师活动学生活动教学意图PPT展示：新课导入：引用一首小诗，让学生分析小诗中描述的主人公，保护主人公的谁？学生回答：主人公是细胞；保护细胞的是细胞膜。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。老师介绍细胞生物膜系统。教师提问：在上节课学习的《物质跨膜运输的实例》中，我们学习了细胞膜的什么什么功能特性？学生回答：细胞膜具有选择透过性教师讲述：细胞膜要有这样的特性，就要有相应的结构，即结构决定功能。那么，细胞膜具有什么样的结构呢？其实，对细胞膜的成分和结构的探究，科学家早在100多年前就开始了。今天，我们就搭上时光机，回到十九世纪，重温下科学家对生物膜导入新课：引用一首小诗，让学生分析小诗中描述的主人公。对生物膜结构的探索历程学生总结归纳细胞膜成分和结构特性流动镶嵌模型的基本内容桑格和尼克森提出流动镶嵌模型的探索过程，一起来学习下《细胞膜流动镶嵌模型》。请大家把书本打开来。一、生物膜结构的探索历程教师讲述：科学家是怎样开始对膜结构的研究的呢？阅读回答问题：实验一：1895年E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究发现：脂溶性分子易透过细胞膜；而非脂溶性分子则难以通过。提问1：欧文顿得出了什么结论?他是依据什么得出的？结论得出后还有必要进行验证吗？实验二：20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。提问2：科学家通过实验得出了什么结论?该结论是否支持欧文顿的发现？实验三：1925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。学生阅读课本P65—P67内容：小组讨论回答：1、膜是由脂质组成的。需要验证。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。2、细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。该结论支持欧文顿的发现。开始学习模型建构的方法。假说是怎样提出的。让学生认同“提出假说”的科学方法：主要是限于当时的条件。实验、推理想象—假说—进一步验证完善。教师活动：介绍磷脂分子。提问3：科学家在实验中观察到什么现象？他们推测磷脂分子在细胞膜中是怎样排列的?细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？细胞膜中的磷脂分子会排列成怎样两层呢？画出来进行比较哪种情况膜稳定性强？小组讨论回答：①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。）②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。）③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。）利用手势说明排列方式。3、细胞膜是由双层磷脂分子构成。亲水头部朝外，疏水尾部朝内。学生讨论回答训练学生分析问题和解决问题的能力。训练学生分析问题和解决问题的能力。实验4：1959年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构，提出单位膜结构模型。教师讲述：静态的三层结构模型不能解释植物细胞的质壁分离、哺乳动物成熟红细胞皱缩和胀破、变形虫的变形运动，对膜结构产生质疑。实验5：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小组讨论回答：①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。)②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”三层结构构成的静态统一结构。)③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。)学生观察并讨论回答：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。)了解技术进步对科学研究发展的作用。了解技术进步对科学研究发展的作用。实验6：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：人鼠细胞融合学生观察并讨论回答：观察：Flash演示小鼠细胞和人细胞的融合过程。小组讨论回答：①实验的现象是什么？（两种颜色的荧光均匀分布。）②实验结论是什么？[细胞膜具有流动性（膜分子是运动的）。]③例举细胞膜具有流动性？（植物细胞质壁分离、变形虫运动等。）了解技术进步对科学研究发展的作用。师生共识：细胞膜具有流动性，必然体现在膜的形状变化或其上分子的运动。实验7：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图。学生阅读课文，结合PPT展示的流动镶嵌模型示意图思考和总结：让学生进一步认同技术进步推动了假说的发展，并且假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想象—提出假说—进一步验证完善—不断发展。糖蛋白磷脂分子蛋白质分子磷脂双分子层糖糖类类二、生物膜的流动镶嵌模型的内容：flash演示：细胞膜的亚显微结构模型教师提供材料：制作生物膜模型的废旧物品（包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等）教师提问：①细胞膜的组成成分？②细胞膜的基本支架？③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？④细胞膜的结构特点是什么，为什么细胞膜会有这样的特点？⑤细胞膜外表面的特殊结构是什么，有好作用？教师小结：①19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由_______组成的。1、学生观察：2、学生分小组制作生物膜模型：3、每个学生小组派代表展示、讲解：4、回答问题：①、脂质、蛋白质和糖类。②、磷脂双分子层构成膜的基本支架。③、蛋白质分子或镶入或嵌入，或横跨于磷脂双分子层中，多数蛋白质是可以运动的。④、生物膜具有一定的流动性。组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子是可以运动的，所以使得细胞膜具有了流动性。⑤、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。具有保护、润滑识别的作用通过动画演示、直观图片、学生动手制作模型和提问强化生物膜“流动镶嵌模型”的基本内容。②20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由_____和____组成。③1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是层分布的。④1959年，罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由三层结构组成。⑤1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有性；⑥1972年桑格和尼克森提出⑥1972年，桑格和尼克森提出了模型。学生作答：总结结构与功能相适应的观点；人类对自然的认识是永无止境的教师讲述：人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。学生思考、分小组讨论交流：①生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？②纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技术的进步起到怎样的作用？③分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应是如何体现的？思考④分析生物膜建立的过程你受到什么启示？实现“情感、态度与价值观”的课程目标。课后延伸：利用互联网搜索科学家对生物膜研究的最新进展资料，并通过自己的学生整理、在班级里进行交流。让学生带着问题走出课堂，再次强化加工将资料整理出来，拿到班上相互交流流动镶嵌模型的基本内容。【板书设计】第二节生物膜的流动镶嵌模型探究历程：成分—结构—结构特点模型建构方法：实验、推理想象——提出假说——进一步验证完善——不断发展生物膜的流动镶嵌模型的基本内容：1、基本骨架:磷脂双分子层。2、蛋白质分布：镶在，嵌入，贯穿。3、流动性的蛋白质，磷脂。4、糖脂和糖蛋白。【教学反思】1、尽量为学生创造机会进行探究活动，激发学生学习兴趣。本节教学设计上主要突出科学史实教育，经过教师精心设计，将各位科学家实验的资料，再加工成一连串环环相扣的问题来引导学生探究，让学生身临其境，仿佛自己就是科学家在进行研究，从中学习模型建构方法：实验、推理想象——提出假说——进一步验证完善——不断发展；正确认识实验技术手段的进步在促进科学研究发展中的作用；总结科学发现的一般规律。2、保护学生的自尊心，培育学生创造的激情。教师必须设置好探究历程的梯度（如，补充磷脂分子结构与特性的知识），并且不能超出学生当前的认知结构和认知水平，并适时、恰当地给学生创新提供帮助，使其能享受成功喜悦，激发并能维持学生的创造热情。3、以活动促发现，促进学生知识建构体系的建立。本节既有资料探究，小组讨论学习的活动，又有通过多媒体课件、学生画图、模型制作等手段，让学生动脑、动口、动眼、动手，学生学习方式多样，落实新课程标准倡导自主、探究、合作学习的要求，有效实现三维目标，学生学得既灵活又实在。（1）科学家对细胞膜结构的探索历程。本课以较多