細胞的基本結構單元教學 第1課時

6/6第三章第1節(jié)細胞膜的結構和功能(第一課時)六安中學趙照1.教材分析本節(jié)課內容為人教版第三章第一節(jié)細胞膜的結構和功能，課程標準對本節(jié)課內容的要求是：概述細胞都是由質膜包裹，質膜將細胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質進出，并參與細胞間的信息交流。教學提示里的要求是：利用廢舊物品制作細胞膜模型。本節(jié)課是第三章的開篇，在本單元學習中需讓學生形成一定的結構功能觀、系統(tǒng)觀和科學論證的方法。因此，結合課標要求和單元學習主題，本節(jié)課的學習重點為探究細胞膜的組成結構，通過結構進一步理解細胞膜的功能。2.學情分析學生在初中已經初步了解了細胞的基本結構包括細胞膜、細胞質、細胞核，對細胞膜控制物質進出的功能也有所了解。在上一章已學習不同有機物的基本結構和功能，根據日常生活常識（如用有機溶劑去除油脂）能初步認識相似相溶現(xiàn)象。對結構功能觀也有初步的認知。學生在此階段已逐漸熟悉高中生物學的課程安排和能力要求，已初步養(yǎng)成獨立思考、小組合作的習慣。但對于科學發(fā)展、科學探究的認識仍然比較膚淺，也未能形成獨立探究的能力，辯證性思維有待進一步發(fā)展。因此，本節(jié)課的學習難點是，在探究細胞膜的結構過程中去培養(yǎng)學生的科學思維和科學論證能力。3.學習目標根據課程標準及單元教學安排，本課時學習目標為：（1）通過對胰島素分泌及傳遞信息過程的分析，概述細胞膜作為系統(tǒng)邊界的功能。（2）通過分析細胞膜組分及結構探究歷程中的科學史資料，建構細胞膜的結構模型，形成結構功能觀。（3）通過分析資料、提出假說、分析論據、不斷質疑、完善主張，形成科學論證思路，感悟科學在質疑和創(chuàng)新中不斷發(fā)展。4.開放性學習環(huán)境本節(jié)課需要學生小組合作，三人一組建構細胞膜的流動鑲嵌結構模型，需提前準備一些模具。本節(jié)課還需用到多媒體和投影設備。5.教學過程學習任務教師活動學生活動設計意圖引入播放視頻介紹我國在結晶牛胰島素人工合成方面的創(chuàng)舉。胰島素是調節(jié)血糖的一種重要激素，由胰島B細胞合成，然后分泌出去，作用于其他組織細胞，從而降低血糖。那么這一過程與細胞的哪些結構有關呢，細胞的各種結構又是怎樣協(xié)調配合，共同完成生命活動的呢？聽講、思考、感悟宣揚我國科學壯舉，激發(fā)學生愛國主義情懷，培養(yǎng)學生文化自信。探究細胞膜的功能胰島素從胰島細胞中釋放出來，必然要穿過細胞的最外層結構細胞膜，科學家在看不見摸不著的情況下就判定細胞存在這樣的結構，科學家作出這樣判斷的依據是什么呢？細胞膜又具有怎樣的功能呢？展示對細胞的臺盼藍染劑染色實驗。提問：1.為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？2.據此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應該具有什么功能？3.胰島素作用于其他細胞進行信息交流，與細胞膜有關嗎？閱讀教材，了解細胞膜的其他功能。追問：有一種糖尿病，注射胰島素并不起作用，研究發(fā)現(xiàn)，是因為靶細胞上的受體出現(xiàn)了問題，那么，細胞膜具有的信息交流功能有何意義呢？歸納總結細胞膜的三個功能。并通過打比喻的方式讓學生對細胞膜有著感性認識。設疑：細胞膜為何具有這樣的功能？與其結構成分有關嗎？思考、作答。從系統(tǒng)角度分析細胞膜的存在，及隔開環(huán)境的功能。根據實驗現(xiàn)象推導細胞膜具有控制物質進出的功能。自主學習，了解細胞膜進行細胞間信息交流的功能。培養(yǎng)學生的科學推理、自主學習能力。探究細胞膜的組成成分如何檢測細胞膜中的成分呢？如果你是科學家，你該如何選檢測呢？（提示：復習回顧前一章對物質的化學鑒定方法）但是，早期的科學家并沒有這樣的技術或條件來進行化學檢測，那又該如何探究細胞膜中的成分呢？提供資料：資料1.歐文頓實驗1895年,蘇黎世大學的歐文頓用500多種化學物質,以同樣的實驗方式對植物細胞的通透性進行了上萬次的實驗,結果如圖所示,發(fā)現(xiàn)除水以外的物質穿膜的擴散速度與脂溶性成正比，即溶于脂質的物質易于透過細胞膜。提問：根據歐文頓實驗結果，結合我們日常所見的相似相溶現(xiàn)象（如用有機溶劑去除衣服上的油漬），你有何主張？追問：大家對這一主張有質疑嗎？資料2.丹尼利和戴維森實驗1935年,英國學者丹尼利和戴維森研究了細胞膜的張力,他們發(fā)現(xiàn)細胞膜的表面張力明顯低于油-水界面的表面張力。補充資料：人們已經發(fā)現(xiàn)油脂滴表面如果吸附有蛋白質成分則表面張力會降低。提問：你又可以得出什么主張，為什么？追問：大家對這一主張有質疑嗎？（提示：下雨會導致地面潮濕，現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn)地面潮濕，則剛才一定下雨了。這一推斷對嗎？）資料3.20世紀初，科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細胞膜不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶（一種只能催化蛋白質水解的有機催化劑）分解。請完善你的主張。當無法通過技術手段直接觀測時，科學家是通過什么辦法得出細胞膜的成分的呢？回顧細胞膜成分的探究過程，展示科學論證一般思路的概念圖。當然，通過現(xiàn)代科學技術，我們利用哺乳動物的紅細胞，制備純凈細胞膜并進行化學分析，進一步證實細胞膜的成分主要為脂質和蛋白質，其中脂質有磷脂和膽固醇，磷脂含量最多。有些細胞膜還含有少量的糖類。細胞膜的成分如何構成細胞膜的結構的呢？下面，我們就繼續(xù)利用科學論證方法繼續(xù)探究細胞膜結構。提取后利用化學檢測的辦法。根據相似相溶想象提出：細胞膜是由脂質組成的。小組討論并提出質疑：水不屬于脂溶性物質，可以穿過細胞膜，細胞還可以吸收氨基酸、葡萄糖等非脂溶性物質。思考作答：細胞膜上可能還附有蛋白質。提出質疑：導致表面張力降低也不一定就是有蛋白質。細胞膜由脂質和蛋白質組成?；仡?，思考，感悟。歸納細胞膜的組成成分。復習回顧已有知識，引出新知。通過資料分析，培養(yǎng)學生提取信息，推理分析能力。通過質疑，樹立學生科學的懷疑精神，培養(yǎng)其質疑能力。培養(yǎng)學生的辯證性思維。通過對探究過程的分析，使學生認識到在科學探究過程中提出假說的重要性，假說還需要進一步證明才能被認可，從而培養(yǎng)學生的科學精神。發(fā)展學生科學論證的科學素養(yǎng)。探究細胞膜的結構問題1.組成細胞膜的磷脂分子如何排列？展示資料：資料4.磷脂的分子結構圖及特點。（一端為親水的頭，一端為兩個脂肪酸疏水的尾。）資料5.朗繆爾實驗：把磷脂分子放到空氣-水界面上，通過儀器檢測到它的排列形式。資料6.荷蘭科學家戈特和格倫德爾利用朗繆爾的技術,從哺乳動物的紅細胞中提取脂質,將在空氣-水界面上鋪展成單分子層的脂質所占的面積，約為紅細胞表面積的2倍。根據材料，你覺得細胞膜上的磷脂應如何排列？請各小組思考討論，用磷脂分子模具排一排，追問：對細胞膜上的排列方式有無質疑？問題2.蛋白質又是如何分布的呢？展示細胞膜的電鏡照片。補充電子顯微鏡的成像原理：已知暗帶是因為電子穿透的較少,明帶是因為電子穿透的較多。與脂質相比，蛋白質對電子的阻擋作用很大，透過樣品的電子較少，相對較暗；而脂雙層由于對電子阻擋作用很小，透過樣品的電子較多，相對較亮。請結合電鏡圖，提出你組假說，并利用模具排一排。蛋白質真的如此排列嗎？展示資料：資料7.沒有蛋白質的磷脂雙分子層（人工脂質體）在電鏡下也是呈暗-亮-暗帶。資料8.通過更先進的技術研究發(fā)現(xiàn)細胞膜中提取的脂質在空氣一水界面上鋪展成單分子層的面積，小于細胞表面積的2倍。資料9.冰凍蝕刻技術顯示內外磷脂分子層蝕刻面的形態(tài)結構不同。結合以上材料，你有質疑嗎？小組合作、討論，提出主張，并修正你組的結構模型。小組合作，動手排列，展示并說明理由。小組間提出質疑：為何不是4層磷脂分子層？為何頭部朝細胞內外兩側。小組合作，利用磷脂分子模型初步建構細胞膜的模型結構。初步形成蛋白質排列模型。分析資料，對原有模型進行質疑，提出新的主張，修正完善模型。通過模型建構，初步培養(yǎng)學生建模能力和建模思維。通過質疑，培養(yǎng)學生批判性思維。培養(yǎng)學生觀察分析并進行推理的能力。培養(yǎng)學生合作動手能力，形成辯駁、尋求證據論證的科學觀。感悟科學的發(fā)展通過本節(jié)課的學習，你對科學的發(fā)展有哪些感悟？（提示：細胞膜成分和結構的探究過程需要哪些條件，是一蹴而就的嗎？需要什么樣的方法？）回顧本節(jié)課內容，小組討論后得出：科學的發(fā)展離不開技術的進步和支持，科學的發(fā)展是曲折的，需要不斷質疑，大膽假設，小心論證。培養(yǎng)學生科學精神。形成科學論證的思路。6.板書設計7.作業(yè)評價1.利用廢舊物品制作細胞膜模型，制作后完成自評和他評。（評價：科學性、規(guī)范性、藝術性）項目科學性(70%)規(guī)范性（10%）藝術性（20%）總分各結構形態(tài)準確，種類齊全（30%）各結構大小比例合適（20%）各結構位置準確，能體現(xiàn)結構之間的關系（20%）操作規(guī)范作品精美自我評價他人評價查閱資料，了解科學家在探究細胞膜的結構與功能過程中運用的科學技術。8.教學反思課前教學設計時最大的困惑是教材內容與課標要求不一致，課標并未要求探究細