生物膜的流動鑲嵌模型信息化教案設計

1、生物膜的流動鑲嵌模型信息化教案設計Teaching designing about “biomembrane fluid mosaic model” 陜西師范大學生命科學學院2007級生物科學2班 朱琳（40708101）1、 教材分析1.1地位作用本節(jié)內容是人教版必修1第4章細胞的物質輸入和輸出第2節(jié)的內容。是第3章“細胞的基本結構”第1節(jié)“細胞膜系統(tǒng)的邊界”的一個延伸與拓展，并且和本章第一節(jié)“物質跨膜運輸?shù)膶嵗庇忻芮新?lián)系，為第三節(jié)“物質跨膜運輸?shù)姆绞健钡膶W習做了知識準備，這三節(jié)內容的內在聯(lián)系是：功能（實例）結構功能（原理）。因此，本節(jié)在第四章中起著承上啟下的作用，有助于幫助學生建立結構與

2、功能相適應的觀點。1.2 主要內容本節(jié)主要包括兩大部分內容：1、科學家對生物膜結構的探索歷程。2、生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。2 教學目標 高中生物課程標準對本節(jié)內容的要求是：簡述細胞膜系統(tǒng)的結構。屬于了解水平，具體指能夠再認或回憶知識；識別、辨認事實或證據(jù)；舉出例子；描述對象的基本特征等。依據(jù)課程標準，我制定了以下的教學目標：2.1 知識與技能通過分析科學家建立生物膜模型的過程，描述科學發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。舉例說出生物膜具有流動性特點。簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。2.2過程與方法通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試做出假設。發(fā)揮空間想象力，通過制作生物膜的模型，構建細胞膜的空間立

3、體結構。2.3 情感態(tài)度與價值觀生物膜結構的研究是立足于生物膜所具有的功能特點上開展的，形成生物結構與功能相適應的辯證唯物主義自然觀。確立科學的價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要有嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂螅⑼ㄟ^實驗進一步驗證。認同實驗技術手段的進步在促進科學的發(fā)展中的作用。3 教學重點和難點3.1 教學重點對生物膜結構的探索歷程流動鑲嵌模型的基本內容。3.2 教學難點探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結構與功能相適應的觀點。4 學習者特征分析4.1 學生已經(jīng)了解了細胞、知道了組成細胞的分子、掌握了細胞的基本結構，尤其是細胞膜作為最基本生命系統(tǒng)的邊界等相關知識，為本節(jié)知識的學習奠定了

4、基礎。4.2 高中學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但是對問題探索的動力主要來自對相關問題的好奇與有趣水平，目的性不十分明確，所以教師的思維導向就顯得十分重要。本節(jié)課利用科學史實驗資料，設計學生要探究的問題，讓學生在問題引導下進行基于資料和問題的課堂探究活動，問題的設計層層深入，按照學生的思維水平和能力達到一定深度，使學生順利由感性認識向理性認識過渡。5 教學媒體的選擇與運用知識點學習水平媒體類型媒體內容要點資料來源媒體在教學中的作用媒體使用方式知識理解應用品評1視頻生物膜的組成及結構網(wǎng)站收集D呈現(xiàn)過程，解釋原理A設疑播放講評2網(wǎng)絡課件生物膜結構的探

5、索歷程從圖片庫中收集和自己開發(fā)A 展示實驗事實B 創(chuàng)設情境啟發(fā)思考D邊播放，邊講解3網(wǎng)絡課件生物膜流動鑲嵌模型的基本內容自己開發(fā)E設疑思辨，解決問題B講解播放概況注：1.媒體在教學中的作用分為：A.展示事實;B.創(chuàng)設情景；C.提供示范；D.呈現(xiàn)過程，解釋原理；E.設疑思辨，解決問題；F.其他。2.媒體使用方式包括：A.設疑播放概況；講解播放概況；講解播放舉例；邊播放，邊講解；復習鞏固；其他板書設計 4-2 生物膜的流動鑲嵌模型一、生物膜結構的探索過程19世紀末，歐文頓的實驗和推論：膜是由脂質組成的。20世紀初，科學家的化學分析結果，指出膜主要由磷脂和蛋白質組成。1925年，荷蘭科學家得出：脂質

6、分子是雙層分布的；1959年，羅伯特森提出的“三明治”結構模型：所有生物膜都由蛋白質-磷脂-蛋白質 三層結構組成；1970年，熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗，指出細胞膜具有流動性；1972年桑格和尼克森提出1972年，桑格和尼克森提出了生物膜的流動鑲嵌 模型。二、細胞膜的結構與特性 教學方法探究法 在高中生物課程標準中對教學師生過程提出了“組織好探究性學習”的建議。該建議指出，科學探究作為發(fā)現(xiàn)科學事實、揭示科學規(guī)律的過程和方法，在科學教育中有重要的意義。教學不僅要使學生獲取一定的知識，還要使學習習得獲取知識的方法，提高解決問題的能力。在教學中，教師應該讓學生親歷思考和探究的過程，領悟科學探究

7、的方法。教師在組織探究活動時應注意以下幾個方面：1、探究活動要有明確的教學目標。2、要有值得探究的問題或研究任務。3、除了教科書中的案例外，教師可以用多種方式創(chuàng)設問題情境，鼓勵學生提出自己感興趣的問題，并選擇其中最有探究價值的問題作為小組或全班共同討論和探究的課題。4、要有民主的師生關系和求真求實的氛圍。5、探究性學習是重要的學習方式，但不應成為唯一的方式，如演示、講授、小組討論、項目設計等。6、在探究的過程中，使用了各種教學手段，如多媒體展示科學家實驗材料。6.1 教學模式：提供資料提出問題（要求）做出假設（構建模型）提供實驗驗證得出結論6.2 教學流程：通過簡單的玉米胚染色實驗復習舊知識使

8、同學們了解細胞膜結構的重要性激發(fā)同學們對細胞膜結構的探索欲望 給出現(xiàn)象推理分析得出結論。歐文頓的細胞膜物質通透性實驗實驗結果想象與推理分析結論荷蘭科學家Gorter和Grendel的紅細胞膜實驗利用已有知識進行分析推理知識的升華。討論：細胞膜的雙層磷脂分子怎樣排列？“羅伯森電鏡實驗”、單位膜模型的提出，討論、推理與評價實驗的推理與模型的評價，彰顯批判性思維能力的培養(yǎng)。啟發(fā)大家思考單位膜模型的不足之處，并舉出例子證明觀點。有利于學生批判性思維能力的提高，介紹1970年Larry Frye等人的經(jīng)典實驗思考推理得出細胞膜的流動性。通過層層探索，自然而然的得出結果。介紹桑格和尼克森在1970年提出的

9、流動鑲嵌模型 使學生建構的知識整體化、系統(tǒng)化?？偨Y流動鑲嵌模型的基本內容通過回答問題對流動鑲嵌模型進行評價感悟科學結論的發(fā)展性、可修正性6.3設計思路： 1、調動學生已有的知識和經(jīng)驗，激發(fā)學生的探究欲望；學生在第2章的學習中曾經(jīng)制作真核細胞的三維結構模型，當時就遇到過用什么材料做細胞膜的問題。本節(jié)課可以從這個問題入手，讓學生從結構與功能相適應的角度分析，用什么材料做細胞膜，能更好地體現(xiàn)細胞膜的功能。關于這個問題，學生已有的知識是：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界；細胞膜能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過；植物細胞質壁分離和復原的實驗告訴學生，細胞能夠在一定范圍內漲大和縮

10、小，說明細胞膜具有一定的彈性。 2、普通高中生物課程標準明確指出要注重生物科學史的學習，本節(jié)課蘊含有豐富的科學史教育素材?？茖W是一個發(fā)展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神。這對提高學生的科學素養(yǎng)是很有意義的。 3、細胞膜的流動鑲嵌模型這個難點的講解可通過多媒體課件來突破，有順序和層次地介紹。通過幻燈片放映各個科學家研究的圖片、動畫，提高課堂教學效率，使直觀性增強，學生更易于接受。增強了這些內容的立體感、豐富了教學內容、使學生在樂趣中學、在輕松中學。 4 、生物膜結構模型的構建是本節(jié)要突破的一個難點問題。本節(jié)課中，

11、我會在課后讓學生根據(jù)科學家的實驗現(xiàn)象自己來構建磷脂分子的排列方式、蛋白質與磷脂的組合方式，這樣讓學生不但形象、直觀的了解了模型構建的過程、也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗了成功的喜悅。6.4 教具準備1、生物膜流動鑲嵌模型的多媒體演示課件、視頻； 2、制作生物膜模型的廢舊物品（包裹中藥丸的球形蠟殼、電線、解剖針、泡沫塑料等）； 3、煮熟的玉米和未煮過的生玉米、紅墨水、小刀。6.5 課時安排本節(jié)安排一個課時（45分鐘） 科學家對生物膜結構的探索歷程（20分鐘）生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容（10分鐘）對科學探究過程的分析，如何體現(xiàn)生物膜結構與功能相統(tǒng)一（10分鐘） 生物膜的流動性特點（5分鐘

12、）7 教學過程7.1教學結構流程設計 開始 做課前布置實驗交流討論老師的問題播放生物膜視頻 導入新課展示實驗過程提出問題學生思考并回答問題學生交流教師啟發(fā)學生觀看動畫教師總結練習檢測講評結束說明： 開始與結束 學生使用媒體的活動 教師的活動 學生的活動 7.2具體教學過程7.2.1創(chuàng)設情境，導入新課教師： 請同學們展示課前布置的實驗 學生： 課前將煮熟的玉米和未煮過的生玉米放入紅墨水中，將玉米粒切開，發(fā)現(xiàn)煮熟的玉米胚被染成紅色，而生玉米的胚未被染成紅色。教師： 提出問題：這是為什么？總結： 學生通過觀察、思考聯(lián)想得出細胞膜的結構被破壞了。教師： 從制作真核細胞三維結構模型的活動入手，提出問題：

13、根據(jù)結構與功能相適應的觀點分析，用哪種材料（塑料袋、氣球、普通布、彈力布）做細胞膜，更適于體現(xiàn)細胞膜的功能 ? 讓學生討論，引發(fā)學生探究細胞膜結構的好奇心，引出課題。 學生：回憶在第三章第一節(jié)系統(tǒng)的邊界細胞膜中學到的有關細胞膜功能的知識，思考得出：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界；細胞膜是選擇透過性膜，能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過；植物細胞質壁分離和復原的實驗告訴我們，細胞能夠在一定范圍內脹大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。教師：那么根據(jù)這些功能，上述哪種材料更適合用做細胞膜的材料呢？學生： 塑料袋只能滿足作為系統(tǒng)邊界的要求，普通布能夠滿足系統(tǒng)的邊界和讓一部分物

14、質透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足前面提到的三項功能的要求。教師： 大家進行選擇的依據(jù)是利用了細胞膜的功能，這體現(xiàn)了什么樣的生物學思想呢？學生： 生物體結構和功能相適應的思想。教師： 實際上，彈力布也并不能完全代替生物膜。要找到更好的材料，我們還需要對細胞膜的結構有更深的認識。7.2.2 探究式教學對生物膜結構的探索歷程教師：顯然彈力布不具有生物膜的選擇透過功能，那么生物膜含有哪些物質？究竟具有怎樣的結構？科學家也是帶著這些問題，對生物膜進行了100多年的探索。今天就讓我們沿著科學家的足跡，體驗整個探索歷程。教師：展示資料一：時間：1895年人物：歐文頓實驗：用500多種化學物質對植物

15、細胞膜的通透性進行了上萬次研究。結果：凡是易溶于脂質的物質也容易穿過膜，不溶于脂質的物質透過細胞膜十分困難。問題：細胞膜含有什么成分呢？非脂溶性物質脂溶性物質學生： 閱讀分析資料，討論細胞膜的組成成分，思考教師提出的問題。得出結論：根據(jù)化學上的相似相溶原理，得出細胞膜中含有脂質。教師總結：由于學生對磷脂分子并不十分清楚，這個問題應該用講授法進行教學。通過多媒體課件展示磷脂分子的結構圖，講解磷脂分子的結構與特性：一個磷脂分子由頭部和尾部組成，頭部由一分子膽堿、一分子磷酸和一分子甘油組成，尾部由兩個脂肪酸分子構成。頭部由極性分子組成，所以是親水的，尾部是非極性分子，所以是疏水的。 教師：展示資料二

16、：時間：20世紀初實驗：將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細胞不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶分解。問題：細胞膜還含有什么成分呢？學生： 結合之前學過的知識，能被蛋白酶分解的物質中一定含有蛋白質，思考得出生物膜中還含有蛋白質。教師： 過渡：細胞膜上的磷脂是如何排列的呢? 繼續(xù)探究 提供資料三： 時間：1925年 人物：兩位荷蘭科學家 實驗：用丙酮提取人紅細胞的細胞膜的脂質成分，在空氣水界面上鋪展成單分子層。 結果：測得單分子層的面積恰好為紅細胞表面積的兩倍。 教師： 進而提出問題：這說明細胞膜上的磷脂是如何排列的呢?請大家在自己的紙上畫一畫。并且請三位學生到黑板上去畫，以便于檢

17、查和評價學生的結果。 學生：閱讀、思考、討論、繪圖并展示，學生可能畫出以下幾種排列方式。教師：提出問題：根據(jù)你們已有的知識推理，磷脂雙分子層最可能是其中的哪種排布方式呢？說說你的理由。給學生留出充分的討論探究的時間，然后小組代表回答，其余小組補充、評價、修正，最后教師總結并對學生的探究結果給予肯定。繼續(xù)提問：磷脂分子在水體內，呈球狀，又是怎樣排布的呢？請學生說明繪圖的理由并公布正確結果。 學生： 小組討論、比較、選擇。連續(xù)兩層排列教師：過渡：那么膜上的蛋白質又是如何排列的呢？繼續(xù)探究展示材料四：時間：1959年人物：羅伯特森實驗：用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示出暗明暗三層結構。提出

18、假說：生物膜是由“蛋白質脂 質蛋白質”構成的“三明治”模型。連續(xù)的脂質雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜內側，極性端朝向膜外兩側，蛋白質以單層肽鏈的厚度，通過靜電作用與磷脂極性端相結合，從而形成蛋白質磷脂蛋白質的三層結構，稱之為單位膜。他提出真核細胞與原核細胞具有相同的膜結構。教師： 根據(jù)以前所學知識，你能找出單位膜模型還有什么不足之處嗎？說一說你的理由。學生： 變形蟲的變形運動、植物細胞的質壁分離、動物細胞吸水膨脹和失水皺縮、白細胞的吞噬作用等。教師： 通過多媒體展示變形蟲的運動和植物細胞的質壁分離，指出細胞膜是具有流動性的。教師： 如何用實驗證明生物膜不是靜態(tài)結構？展示資料五： 時

19、間：1970年 人物：費雷等 實驗：將人和鼠的細胞表面膜蛋白分別用不同的熒光標記后，讓兩種細胞融合，雜交細胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，37條件下培養(yǎng)40分鐘，發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。1條件下培養(yǎng)40分鐘，發(fā)現(xiàn)細胞的兩極顏色未改變，只是在融合的部位有部分顏色混合。 提出問題：該實驗結果說明了什么問題？學生：通過思考很容易得出結論：細胞膜不是靜止的。而是具有一定的流動性，并且流動性的強弱和溫度有關。教師： 展示資料六 時間：1972年 人物：桑格和尼克森 提出：流動鑲嵌模型 模型的要點：細胞膜的基本骨架是磷脂雙分子層，蛋白質鑲嵌排列于雙分子層上，膜具有一定的流動性。6.3總結生物膜流動

20、鑲嵌模型的基本內容教師： 和同學們一起總結流動鑲嵌模型的基本內容，展示“流動鑲嵌模型”的動畫，豐富學生的感性認識。1、磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側，疏水性的尾部相對朝向內側；2、 蛋白質分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。3、 在細胞膜的外側，有糖蛋白構成的糖被；4、磷脂分子和大多數(shù)的蛋白質是可以運動的，體現(xiàn)了膜的流動性。7.4 教學總結流動鑲嵌模型的基本內容組成成分：磷脂、蛋白質、糖類基本支架：磷脂雙分子層蛋白質分布：覆蓋、鑲嵌、貫穿結構特點：具有一定的流動性功能特點：選擇透過性 8 課后作業(yè)8.1評價反饋（1）變形蟲的任何部位能伸出偽足，人體的某些白細胞能吞噬病菌，這些生理活動的完成說明細胞膜具有下列哪一特點A.選擇透過性 B.一定的流動性 C.保護作用 D.細胞識別（2）1985年 Overton在研究各種未受精卵細胞的透性時，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質容易透過細胞膜，不溶