高中生物优秀课例--生物膜的流动镶嵌模型.doc

第四章　第二节　生物膜的流动镶嵌模型
1、教学内容：
“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、学生分析：
高中学生有较强的抽象思维能力，强烈的求知欲、好奇心和表现欲望，有着较强的动手，动脑和小组合作解决问题的能力，他们渴望他们做出的结论得到同学们的认可，教师的认可，更有甚者希望得到科学家的认可，因此可引导学生们分组对生物膜模型建立过程中的几个经典实验的再现进行分析，甚至把这些实验当成对他们的有利证据，他们会激发出更高的求知欲和自信心。
本节课前，学生对细胞膜及细胞的生物膜系统有了一定的知识积累和体验，因此，在进行教学时，要充分利用这些经验创设情境，引导他们进入科学探究的主题。
3、设计思路
在课堂中，教师是主导，学生是主体，为了让学生在课堂上充分掌握知识，锻炼能力，本课的教学以“自主、探究、合作”为学生学习的基本模式，以培养学生的科学素养为指导，采用“分析经典实验或典型材料－用模型模拟探究－学生分组合作探究”的教学模式，融合直观式、讨论法、比较法及归纳法等多样教法，实现师生互动，生生互动。
4、 教学目标
1.知识目标：简述生物膜的结构。
2.能力目标：①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。
②.通过与同学和教师的充分调动活动，学会与人交流，逐步提高自已的语文表达能力。
3.情感态度和价值观：
①.探讨在建立生物膜模型过程中，实验技术的进步所起的作用
②.探讨在建立生物膜模型过程中如何体现结构与功能相适应的观点。
5、教学重点和难点
1.教学重点
流动镶嵌模型的基本内容。
2.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。
6、教学用具：
教师精心准备好相关资料、图片，制作好多媒体课件，制作膜结构模型的中药蜡丸、蛋白质模型
7、教学课时 一课时
8、教学过程
一、导入
师：在真核细胞结构的三种材料中，选择哪种材料更适合做细胞膜？
生：思考并讨论。
《设计意图》激发起学生的兴趣，同时也让他们认识到建立结构模型，必须从结构与功能相适应的观点出发。
师：生物学观点认为，结构决定功能，功能与结构相适应，那么生物膜需要具备什么样的结构才能与功能相适应呢？这是我们这节课需要探索的内容。
《设计意图》进一步强化学生探究欲望，顺利进入科学探索主题。
二、讲授新课
第一部分：探究生物膜的化学成分：
（一）．磷脂
师：首先请大家阅读一段材料：（用课件显示出，并由学生朗读）
资料一
时间：19世纪末 1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。提出假说：膜是由脂质组成的。
【设疑】1、欧文顿从实验中得出膜中有什么物质呢？他的主要依据是什么呢？（脂质、相似相溶原理）
2、磷脂是怎么样构成生物膜的呢？要解决这个问题，首先得了解磷脂分子的特点。
生：讨论、分析
《设计意图》通过让学生阅读材料，并结合化学知识分析讨论，自行得出构成生物膜的主要成分。
师：【课件展示】磷脂分子图并结合图片讲述，重点强调亲水基和疏水基。

【设疑】请大家讨论并动手在纸上画一画。并找学生到黑板上演示、解释。
1、我们把磷脂分子放在水－空气界面上，它会以什么样的方式排布在水中？（答案图1）
2、如果磷脂按进了水中，会怎样排列呢？（答案图2）
3、如果磷脂周围全是水，磷脂分子怎样排布最稳固？（答案图3）

　　　　　　　图1　　　　　　　　　　　　图2　　　　　　　　　　　　　　图3

4、在细胞膜上的磷脂与最后的情况一样吗？周围是不是都有水？如果情况属实，我们把细胞纵切开，会看到什么情景呢？

生：分组利用纸笔和手中的磷脂模型和已经讨论出和结论模拟磷脂分子在水中的排布情况；讨论分析推导细胞膜上的磷脂分子的构成情况。
《设计意图》利用学生有强烈的好奇心和强烈的动手欲望，通过阅读分析第一个经典实验，动手构建模型，并据此推导出磷脂分子的特性，并用实验中的思维方式激发学生的思路，使学生自然而然的做出设想：
师：如果磷脂真的这样排布，我们不妨计算一下：设每层的膜面积为S，两层膜面积就为2S，把两层膜展开在水－空气界面上铺成一层，就会形成面积为2S的单层膜。我们的猜测对吗？对不对我们可以请科学家做判定。
【课件展示】资料二 ：
时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
实验：从红细胞膜中提取脂质，在水－空气界面铺成单层分子，发现面积是红细胞膜的2倍
生：带着寻找证据的心理阅读材料，
师：我们是否感觉到：我们的思维不比生物学家们差，科学其实并不神秘？
《设计意图》利用提供的材料来为学生们的猜想做证明，对学生的推导成功做出肯定，大大地鼓动了学习的积极性。
（二）蛋白质
师：膜中有脂质已经被我们成功地验证了，那么欧文顿的推论是否完全正确呢？除了磷脂外再也没有其他成分了？我们不能靠推测，来借助一断段料：
【课件展示】资料三
科学家在实验中发现：脂溶性物质能优先通过生物膜，并且生物膜会被溶解脂的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解，这些事实说明：膜中有“蛋白质”成分。
生：阅读、讨论、分析
《设计意图》根据材料进行讨论，让学生自行得出膜中另一种重要的成份。
（三）膜中磷脂、蛋白质的位置关系
师：膜中的成分我们已经了解了，再来考虑一个问题：蛋白质以怎样的形式结合在磷脂层上的呢？请同学们在刚才的磷脂层的那幅图上添加蛋白质。利用手中的模型来试着组装一下磷脂和蛋白质，看看具有什么样的位置关系。
生：动手操作讨论，教师巡视指导提问
《设计意图》锻炼学生动手，动脑的能力和小组间的配合能力以及抽象思维能力。
师：我们的推论正确吗？还得进行验证。
【课件展示】资料四
电子显微镜是用电子束来照射实验样品，由于样品内部本身组成物质的不同，比如细胞膜的蛋白质和磷脂分子本身C、H、O、N、P这种形成化学键的电子排布不同，而电子与蛋白质和磷脂不同的原子发生碰撞对电子有不同的散射度，蛋白质的电子密度高，黑色发暗，磷脂分子的电子密度低发亮

师：1、图中的细胞膜是暗－亮－暗三层结构，暗、亮带分别是什么物质？生：讨论分析推测：暗、亮带分别是什么成分。
师：这幅图是不是说暗的一层完全由蛋白质构成，亮的一层完全是磷脂呢？对于问题2，我们仍然不能只靠推测，来一看段材料：
【课件展示】（出示课件：冰冻蚀刻下的膜的结构图）

生：通过对照课件，肯定了自己的猜想
师：在这幅图中，我们明显看到蛋白质并不是简单地附着在磷脂层的两侧，而是以镶嵌、贯穿、嵌插的形式结合在磷脂层中，这和同学们推测的结果是不是吻合呢？看来我们又一次成功地解决了一个问题！
《设计意图》使学生经历“分析经典实验－动物构建模型－展示分析成因”的过程。
（四）膜的流动性
师：罗伯森特提出膜的三明治结构的同时，又提出膜是静态的结构，那么他的推测对吗？我们可以观察现实生活中的证据：
生：讨论、交流、发言
师：下面我们来看一段视频：变形虫的运动。
【课件展示】（播放视频：变形虫的运动）
生：欣赏视频，并进行猜想
师：变形虫有什么特点？它的运动实际就是膜的变形，说明膜并非铁板一块，而是流动的。
《设计意图》训练学生通过现象分析本质的能力和基本思想。
师：但这仍然是我们的推测，我们再来验证一下，看我们正确不正确。
【课件展示】（课件：荧光标记实验）资料五：
时间：1970年
人物：Larry Frye等
实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布，提出假说：细胞膜具有流动性
师：１．对“荧光染料标记实验”──观察得到怎样的动态现象？２．这一动态现象说明了什么？ ３．能推出什么结论？
生：分析讨论
师：白细胞吞噬病菌、变形虫的变形运动、植物细胞的质壁分离等例子都能说明细胞膜具有流动性。第三次证实：我们的思维很清晰，思路很正确，科学并不神秘。
《设计意图》通过现实生活中的种种现象来解释膜的流动性，并通过经典实验来验证，使学生认识到，科学不能只凭表面现象，必须有确凿的证据，同时让学生树立：科学并不神秘，我也一定行的豪气。
第二部分：生物膜的流动镶嵌模型的基本内容
师：在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中１９７２年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。它的具体内容是什么呢？
【课件展示】【教师讲述】
生：结合生物膜结构的探索历程，学生展开想像，自我构建细胞膜的三维立体结构。
师：课件展示“细胞膜的结构”，有顺序、有层次清楚地分析基本内容：
1、生物膜的组成：主要由蛋白质和脂质组成，还含少量的糖类。
2、生物膜的基本骨架：磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。
3、蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性。糖被在细胞的生命活动中具有重要功能，如保护、润滑、识别等。
4、生物膜的结构特点：流动性---磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（课件展示磷脂分子的多种运动形式，帮助学生理解磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性）
5、生物膜的功能特点：选择透过性。
师：1。生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺了呢？说说你的看法。2．回顾建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？3．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？
生：讨论，分析，总结
《设计意图》通过三次告诉同学们：科学并不神秘，我也一定能行，来激发学生探究知识的自信心，通过分析经典实验中科学家的思维来进行情感教育
三、情感教育
师：对膜的流动镶嵌模型的建立过程的研究，我们会得到什么启示呢？
生：学生讨论发言
师：我们今天能得到的启示老师总结了以下几点：（课件出示）
1、生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺，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，对膜的结构的认识回进一步深入，不断完善和发展流动镶嵌模型。
2、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推动作用。如电子显微镜的诞生使人们看到了膜的存在，冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外并不对称，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，证明了细胞膜的流动性。
3、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，使人们一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。一般来说，功能的不同常伴随结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有生物膜都是一样的，显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。
《设计意图》进一步对学生进行思想教育，进行情感目标的强化
四、板书、小结
师生互动：（一）对生物膜结构的探索历程
1.19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由 组成的；
2.20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由 和　　　　组成；
3.1959年罗伯特森提出的“三明治”结构模型：
4.1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有 ；
5.1972年，桑格和 提出了 。
（二）流动镶嵌模型的基本内容
1．组成成分：主要是 和
2．结构： 为基本支架，蛋白质
3．结构特点：
4．功能特点：
《设计意图》实现知识的系统化，实现教学目标的强化。
五、练习（课本69页和《同步导学》68页习题）
六、教学后记
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是本节教学的难点。我发现举过多的学生不熟悉的的现代生物发展的例子来说明这一问题，效果并不好。学生不熟悉，自然就不容易理解。所以在本节课我把这一观点穿插在四个资料分析中，比如让他们根据细胞内外的水环境这一特点推测两层磷脂分子可能的排布结构，让他们寻找细胞膜的流动镶嵌模型能较好地解释哪些生命现象，通过这些通俗易懂的例子潜移默化地影响学生，最后进行归纳总结，建立生物膜模型的过程体现了结构与功能相适应的观点。突破这一教学难点。
至于第二个知识点，我把材料放在对学生的猜想之后，既提起了学生们的兴趣，又通过对猜想的验证增加学生们的信心，这样得出结论的方法，要比按课本的安排，先阅读材料后自然导出结论的难度大，但正是这样，才更好地锻炼了孩子们的逻辑思维能力，同时也能更好地体验了前人们的研究历程。交果更好。如果经两个思考讨论之后，再讲述流动镶嵌模型的基本内容，学生的兴奋点反而有所下降。
新课程的这种教学模式，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，引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，确实能让学生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，教学效果较好。

高中生物课例：

生　物　膜　的
流动镶嵌模型

昌黎县第六中学
王安秋
2009年10月