生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的教學(xué)設(shè)計(jì)一教學(xué)設(shè)計(jì)思路生物新課程理念強(qiáng)調(diào)“改變課程實(shí)施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)，死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀， 倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、 樂于探究、 勤于動(dòng)手。培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力，獲取新知識(shí)的 能力，分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。 生物膜結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)歷程比擬長(zhǎng)， 這方面的資料也比擬多。 教材僅選取了局部主要內(nèi)容， 根本按照時(shí)間進(jìn)程排列， 未加小標(biāo)題。 要想讓學(xué)生自己理清脈絡(luò)并體驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法還是有一定難度的。 本案例以新課程理 念為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)問題串，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，探究生物膜結(jié)構(gòu)模型。問題串的設(shè)計(jì)思路：要弄清細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，首先要弄清其組成成分。那么細(xì)胞膜的組

2、成成分是什么呢T引導(dǎo)學(xué)生探究膜的組成成分T膜的主要組成成分是磷脂和蛋白質(zhì)分子，磷脂和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的T引導(dǎo)學(xué)生探究磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合方式T建構(gòu)出生物膜 的結(jié)構(gòu)模型 二教材分析1內(nèi)容和地位“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是人教版 ?分子與細(xì)胞? 模塊第四章第二節(jié)內(nèi)容。 本章共三 節(jié)，第一節(jié)主要說明細(xì)胞膜是選擇透過性膜，為什么具有選擇透過性，這與膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)， 于是進(jìn)入第二節(jié)內(nèi)容。而第二節(jié)內(nèi)容又是解釋第三節(jié) “物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞降母?。這 三節(jié)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系是： 功能結(jié)構(gòu)功能。 由此可見， 本節(jié)“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型 在第四章中起著承上啟下的作用， 它是架起第一節(jié)和第三節(jié)的一座橋梁， 并表達(dá)了結(jié)構(gòu)

3、決定 功能的生物學(xué)觀點(diǎn)。 “生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型主要介紹了對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，目的是讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)生物膜結(jié)構(gòu)的同時(shí)， 了解人類探究生物膜結(jié)構(gòu)的過程和方法， 認(rèn)識(shí)到可以通 過對(duì)現(xiàn)象的推理分析提出假說， 假說仍然需要觀察和實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。 隨著技術(shù)手段的改良不斷 發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)， 原有的觀點(diǎn)或理論還會(huì)不斷得到修正和完善， 并歸納總結(jié)出生物膜模型建構(gòu) 的根本方法。2教學(xué)重點(diǎn) 對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說的根本內(nèi)容3教學(xué)難點(diǎn)探討建立生物膜模型的過程如何表達(dá)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)三教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)： 課程標(biāo)準(zhǔn)中與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是 “簡(jiǎn)述細(xì)胞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功 能。這項(xiàng)要求包括三

4、層含義： 一是簡(jiǎn)述生物膜研究的歷程； 二是理解實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步在建 立生物膜模型過程中的作用； 三是描述生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 因此本節(jié)在知識(shí)方 面的教學(xué)目標(biāo)可定為“簡(jiǎn)述生物膜的結(jié)構(gòu)。能力目標(biāo)： 本節(jié)內(nèi)容以生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程為主線， 教師提供科學(xué)背景， 學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí) 驗(yàn)，從中體驗(yàn)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法。 因此本節(jié)在能力方面的教學(xué)目標(biāo)可定為 “嘗試設(shè) 計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案。情感態(tài)度與價(jià)值觀： 本節(jié)教材介紹了人類探究生物膜結(jié)構(gòu)的過程和方法， 可以加深學(xué)生 對(duì)科學(xué)的歷史和本質(zhì)的認(rèn)識(shí)， 特別是這些內(nèi)容中所表達(dá)的結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一， 技術(shù)手段的進(jìn)步，促進(jìn)科學(xué)的開展等觀點(diǎn)對(duì)于學(xué)生的情感態(tài)度與價(jià)值觀領(lǐng)域的

5、開展有重要價(jià)值。因此本節(jié)在情感態(tài)度與價(jià)值觀方面的教學(xué)目標(biāo)可定為“探討在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用；體驗(yàn)生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的建立是一個(gè)在科學(xué)探究中不斷開拓、繼承、修正和開展的過程；探討建立生物膜模型的過程如何表達(dá)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)四. 學(xué)情分析從知識(shí)儲(chǔ)藏看，學(xué)生對(duì)細(xì)胞及組成分子、 細(xì)胞根本結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜是生命系統(tǒng)的邊界等知識(shí) 已有一定了解。高二學(xué)生具備一定分析問題能力， 思維活潑，能積極參與討論并發(fā)表自己的 觀點(diǎn)。但想讓學(xué)生自己理清脈絡(luò)并體驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法還是有一定難度的五. 教學(xué)策略的選擇1聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的探究欲望2 設(shè)計(jì)問題串，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)問題

6、串，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地探究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，使學(xué)生切身感受到科學(xué)的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動(dòng)鑲嵌模型的理論， 并且加深對(duì)科學(xué)過程和方法的理解其操作流程可概括如下：六. 教學(xué)過程1創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，導(dǎo)入主題師問肉眼見過細(xì)胞？展示雞蛋說明蛋黃局部為一個(gè)細(xì)胞教師請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的方法判斷細(xì)胞膜是否存在？討論結(jié)果方法有多種多樣。其一是：用筷子拔弄蛋黃，體驗(yàn)蛋黃與蛋清的界線， 最后用針挑破蛋黃外表，觀察是否有內(nèi)容物流出； 或用小塑料管插入蛋黃， 觀察蛋黃內(nèi)容物是否會(huì)從 塑料管中流出。如果蛋黃內(nèi)容物有流出，說明細(xì)胞膜是存在的。如果蛋黃內(nèi)容物不會(huì)流出， 說明細(xì)胞膜不存在。并

7、讓學(xué)生回憶細(xì)胞膜的功能：保護(hù)、控制、信息交流教師細(xì)胞膜具有的功能與其結(jié)構(gòu)密切有關(guān)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？我們首先應(yīng)該從哪個(gè)角度分析這個(gè)問題討論結(jié)果要研究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，必需首先研究細(xì)胞膜的組成成分設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)栴}“肉眼見過細(xì)胞嗎能激發(fā)學(xué)生積極的思考，再向他們出示雞蛋并說明 其中有一細(xì)胞進(jìn)一步激發(fā)他們的探究的欲望。2利用科學(xué)史料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)1探究細(xì)胞膜的成分一一磷脂分子和蛋白質(zhì)分子教師讓我們一起穿越時(shí)空的遂道，來到100多年前的19世紀(jì)的世界里。請(qǐng)大家在討論問 題和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要充分注意當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)條件，老師會(huì)在課件中以 “背景的形式向大 家呈現(xiàn)當(dāng)時(shí)相關(guān)科學(xué)技術(shù)條件的信息?！颈尘?1】

8、19 世紀(jì)化學(xué)上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“相似者相溶的原理。閱讀科學(xué)史料：1895年，E.Overton選用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞膜的通透性進(jìn)行上萬 次的研究 。發(fā)現(xiàn) ： 但凡可溶于脂質(zhì)的物質(zhì) ， 比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易穿過細(xì)胞膜。教師 請(qǐng)大家在討論時(shí)務(wù)必要注意，歐文頓的這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)際上不止一層含意。討論結(jié)果 細(xì)胞膜可能含有脂質(zhì)成分和非脂質(zhì)成分，并且脂質(zhì)成分排列在膜上的面積比非脂質(zhì)成分還要多?！颈尘?】20世紀(jì)初，人們已經(jīng)掌握了提取、別離和鑒定相關(guān)分子的技術(shù)，如從人的消化 液中提取出、別離并鑒定各種消化酶 如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶、肽酶、二糖酶 等。教師細(xì)胞膜上的脂質(zhì)成分、非脂質(zhì)成分又能是

9、什么呢？請(qǐng)大家設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來加以 探討。討論結(jié)果 將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中別離出來，分別投入只含有一種消化酶的各種溶 液中，觀察細(xì)胞膜會(huì)否被破壞甚至溶解。再根據(jù)酶的專一性來加以推導(dǎo)。教師 設(shè)計(jì)非常合理。當(dāng)時(shí)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷脂酶能讓細(xì)胞膜溶解，蛋白酶能讓細(xì)胞膜破 裂?？梢灶A(yù)見，細(xì)胞膜主要是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)構(gòu)成的。師問 下一步我們應(yīng)該做些什么工作？討論結(jié)果 對(duì)細(xì)胞膜的成分進(jìn)行提取、別離和鑒定。教師當(dāng)時(shí)科學(xué)家確實(shí)對(duì)細(xì)胞膜的成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)分子。設(shè)計(jì)意圖：閱讀史料 ， 分析現(xiàn)象，推測(cè)結(jié)論。根據(jù)提供的科學(xué)背景設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，感受了探 究的樂趣。2探究生物膜的分子結(jié)構(gòu)模

10、型建立過程磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合方式師問 知道了細(xì)胞膜的成分，接下去要研究什么內(nèi)容？ 學(xué)生磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合方式【背景 3】人們研究發(fā)現(xiàn)，磷脂分子具有親水的頭部和疏水的尾部示圖 。根據(jù)磷脂分子模式圖及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 要求學(xué)生嘗試畫出水空氣界面、 水中二種情景的磷脂分 子的排布方式學(xué)生畫圖。教師據(jù)圖分析教師 假設(shè)磷脂球狀的中央有水，那么磷脂分子又該怎樣排布？ 學(xué)生磷脂雙分子層。教師試想，磷脂分子是應(yīng)該怎樣構(gòu)成細(xì)胞膜的？討論結(jié)果 可能是排成雙層的磷脂分子層。 要求學(xué)生畫圖展示。教師 請(qǐng)大家設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明細(xì)胞膜中磷脂雙分子層的存在。討論結(jié)果 將一個(gè)紅細(xì)胞膜上提取出的脂質(zhì)，放在空氣 水界面上鋪

11、展成單分子層，測(cè)得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞外表積的2倍。教師同學(xué)們的設(shè)計(jì)思路，與荷蘭科學(xué)家 E.Gorter和F.Grendel的想法不謀而合。1925年這 兩位科學(xué)家用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)， 在空氣 水界面上鋪展成單分子層， 測(cè)得單分 子層的面積恰為紅細(xì)胞外表積的 2倍?！颈尘?】20世紀(jì)30年代電子顯微鏡誕生。羅伯特森,于1959年在電鏡下的細(xì)胞膜照片上看到了清晰的 “暗亮暗“的三層結(jié)構(gòu)。 由于電子束照射大分子物質(zhì)時(shí) 散射度高，呈黑暗；照射小分子物質(zhì)時(shí)，散射度低，呈光亮。請(qǐng)大家?guī)椭治觯鞍踪|(zhì)與磷脂分子的空間關(guān)系？學(xué)生畫圖教師羅伯特森提出了細(xì)胞膜的 “單位膜 模型，認(rèn)為細(xì)胞膜是由 “

12、蛋白質(zhì) 脂質(zhì)蛋白質(zhì) 構(gòu)成的三層靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)這一模型是否能解釋細(xì)胞膜的實(shí)際情況？ 學(xué)生列舉實(shí)例否認(rèn)膜的靜態(tài)。如變形蟲變形運(yùn)動(dòng)，質(zhì)壁別離，紅細(xì)胞吸水膨脹等。【背景 5】 20 世紀(jì)六十年代以前，熒光染料標(biāo)記技術(shù) 標(biāo)記大分子，并能檢測(cè)到被標(biāo)記的大 分子的具體分布 已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。老師同學(xué)們?cè)傧胂耄銈冊(cè)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，能更有力地說明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)不是靜態(tài)，而是動(dòng) 態(tài)的嗎？ 討論結(jié)果 將一個(gè)蛋黃細(xì)胞小塊面積用綠色染料標(biāo)記，另一小塊面積用藍(lán)色染料標(biāo)記，一段 時(shí)間后觀察兩種染料的分布。如果兩種染料的分布均勻，說明蛋白質(zhì)分子或磷脂分子 是動(dòng)態(tài)的而不是靜態(tài)的。教師 1970 年，科學(xué)家按照同學(xué)們的設(shè)計(jì)，

13、 用熒光染料標(biāo)記細(xì)胞外表的蛋白質(zhì)分子證實(shí)了同 學(xué)們的推理?！颈尘?6】冰凍蝕刻電子顯微技術(shù)的應(yīng)用，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)圖 學(xué)生修正細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)圖教師根據(jù)上述的分析、推理和證實(shí)，請(qǐng)同學(xué)們歸納總結(jié)生物膜結(jié)構(gòu)的根本內(nèi)容應(yīng)該是怎樣 的？討論結(jié)果磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的根本支架，蛋白質(zhì)分子以鑲、嵌、貫穿等三種不同 的方式結(jié)合在磷脂雙分子層中， 磷脂分子和蛋白質(zhì)分子都不是靜止不動(dòng)的， 而是具有一定 的流動(dòng)性。教師同學(xué)們總結(jié)出的上述三點(diǎn)內(nèi)容，就是1972年桑格S.J.S in ger和尼克森G.Nicols on 在前人研究和自己觀察、 實(shí)驗(yàn)證據(jù)的根底上， 建立起來的生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的根本要點(diǎn)。 可見，我們的同學(xué)

14、非常棒，已具備了科學(xué)家的素質(zhì)。討論 1 舉例說明在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的推動(dòng)作用？你受何啟示？2 在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)是如何得到表達(dá)的？ 師總1 在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的作用，沒有這些技術(shù) 的支持，人類的認(rèn)識(shí)便不能開展。2 在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐，認(rèn) 識(shí)，再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相?？茖W(xué)探索是一個(gè)長(zhǎng)期的歷程， 需要不斷驗(yàn)證、 修正和開展，關(guān)于細(xì)胞膜的研究還在不斷探索過程中，并未停止。 希望大家不斷探索，將來或許你們能提出更完善的生物膜結(jié)構(gòu)模型。設(shè)計(jì)

15、意圖：一系列的問題串，有助于學(xué)生理清思路體驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，又能培養(yǎng)學(xué)生 分析問題的能力，領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究的根本方法七板書設(shè)計(jì)第二節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型一生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程1生物膜組分的探索2生物膜結(jié)構(gòu)的探索 二生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型八教學(xué)反思 ：1利用科學(xué)史料， 復(fù)原科學(xué)探究過程， 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)是進(jìn)行科學(xué)史教學(xué)的常用 方法， 學(xué)生的科學(xué)探究過程好比是科學(xué)家的科研工程研究。我曾采用另一種教學(xué)設(shè)計(jì)， 先呈現(xiàn)科學(xué)史料， 讓學(xué)生分析得出結(jié)論， 最后歸納得出流動(dòng)鑲嵌模型的根本內(nèi)容。 而現(xiàn)在采用的 教學(xué)設(shè)計(jì)，是讓學(xué)生在一定的科學(xué)背景下，假設(shè)自己是一為研究者，要研究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)， 應(yīng)該如何層層深入， 而把科學(xué)史料做為證據(jù)驗(yàn)證學(xué)生的設(shè)計(jì)， 這樣的課堂， 不僅