人教版教學教案《生物膜的流動鑲嵌模型》教學設計

第第1010頁《生物膜的流淌鑲嵌模型》教學設計寧夏銀川六盤山高級中學王曉榮1、內(nèi)容和地位“生物膜的流淌鑲嵌模型”一節(jié)是人教版《必修1分子與細胞》第四章《細胞的物質(zhì)輸入和輸出》之其次節(jié)，與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗彼从车纳锬ξ镔|(zhì)的進出掌握具有選擇性等學問有肯定的聯(lián)系，并對第三節(jié)學習“物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健弊髁藢W問預備。所以，這節(jié)的內(nèi)容安排很奇異，對整個章節(jié)的學問起到了承上啟下的作用。本節(jié)主要包括了兩大局部內(nèi)容：①.科學家對細胞膜構造的探究歷程。這是一個很好的科學史教育素材，通過引導學生一步一步地分析科學家的試驗和結論，如同親歷科學家探究的歷程，使學生切身感受科學的魅力，自然而然地承受流淌鑲嵌模型的理論，更重要的是讓學生加深對科學過程和方法的理解，明白科學覺察的過程是一個長期的過程，涉及到很多科學家的辛勤工作；科學家的觀點并不全是真理，還必需通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷修正、進展和完善；科學進展與技術有很大的關系，技術的進步可以更好地促進科學的進展。②.細胞膜的流淌鑲嵌模型的根本內(nèi)容。在眾多對細胞膜構造的假說中，細胞膜的流淌鑲嵌模型是目前人們普遍承受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的生疏，學生必需開放想象力，在頭腦中構建細胞膜的空間構造，理解和把握流淌鑲嵌模型的根本要點，這對于更好的理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系。2、學情分析學生已經(jīng)了解了細胞、知道了組成細胞的分子、把握了細胞的根本構造，尤其是細胞膜作為最根本生命系統(tǒng)的邊界等相關學問，為本節(jié)學問的學習奠定了根底。高中學生具備了肯定的觀看和認知力量，分析思維的目的性、連續(xù)性和規(guī)律性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探究古怪，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探究科學的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考。3、設計思路調(diào)動學生已有的學問和閱歷，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構造模型，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，讓學生從構造與功能相適應的角度分析，用什么材料做細胞膜，能更好地表達細胞膜的功能。關于這個問題，學生已有的學問是：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界；細胞膜能夠掌握物質(zhì)的進出，讓一局部物質(zhì)通過，其他物質(zhì)不能通過；植物細胞質(zhì)壁分別和復原的試驗告知學生，細胞能夠在肯定范圍內(nèi)漲大和縮小，說明細胞膜具有肯定的彈性。教材中“問題探討”欄目列出了三種材料：塑料袋、一般布和彈力布，其中塑料袋只能滿足作為系統(tǒng)邊界的要求，一般布能夠滿足系統(tǒng)的邊界和讓一局部物質(zhì)透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足上述三項功能的要求。通過這個問題的爭論，學生就會生疏到建立細胞膜的構造模型，必需從構造與功能相適應的觀點動身來思考。固然，細胞膜不行能是由彈力布構成的。細胞膜到底具有怎樣的構造，才能使它具有上述功能呢？本節(jié)課在教學設計上主要突出科學史的教育，科學史的教學是在教材中特別強調(diào)和突出的，在舊教材中涉及不多，要教好不簡潔。教師備課過程要細致籌劃如何有效地引導學生分析不同時期不同科學家的試驗及假說，評價他們的奉獻；要能通過一連串的環(huán)環(huán)相扣的問題來引導學生思維，要讓學生感到身臨其境，仿佛自己就是那個科學家在思考爭論；最終讓學生從中總結出科學覺察的一般規(guī)律。生物膜構造模型的構建是本節(jié)要突破的一個難點問題。本節(jié)課中，教師自制了磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的模型，讓學生依據(jù)科學家的試驗現(xiàn)象自己來構建磷脂分子的排列方式、蛋白質(zhì)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、探究微妙并體驗了成功的喜悅。細胞膜的流淌鑲嵌模型這個難點的講解可通過多媒體課件來突破，有挨次和層次地介紹。通過幻燈片放映各個科學家爭論的圖片、動畫，增加了這些內(nèi)容的立體感、豐富了教學內(nèi)容、使學生在樂趣中學、在輕松中學。[教學目標1、學問與技能①簡述生物膜的流淌鑲嵌模型的根本內(nèi)容；②舉例說明生物膜具有的流淌性的特點；③通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學進展的一般規(guī)律。2、過程與方法①分析科學家建立生物膜構造模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設；②發(fā)揮空間想象力量，構建細胞膜的空間立體構造。3、情感、態(tài)度和價值觀①使學生樹立生物構造與功能相適應的生物學辨證觀點；②培育學生嚴謹?shù)耐评砗痛竽懴胂罅α?；③生疏到技術的進展在科學爭論中的作用，敬重科學且用進展的觀點對待科學、樹立辨證的科學觀。教學重點1、科學家對生物膜構造的探究歷程。2、生物膜的流淌鑲嵌模型學說的根本內(nèi)容。教學難點1、對科學探究過程的分析，如何表達生物膜的構造與功能相統(tǒng)一；2、生物膜的空間立體構造；3、生物膜的流淌性特點。教具預備1、生物膜流淌鑲嵌模型的多媒體演示課件2、自制磷脂分子、蛋白質(zhì)分子模型教學流程設問引入→“問題探討”→體驗“生物膜構造的探究歷程”→闡述“流淌鑲嵌模型的根本內(nèi)容”教學過程〔一〕情景創(chuàng)設教師：同學們，在前面我們制作真核細胞的三維構造模型中，遇到過用什么材料做細胞膜的問題，現(xiàn)在有三種材料：塑料袋、一般布和彈力布，你選用哪種材料呢？為什么？學生：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界。學生：植物細胞質(zhì)壁分別和復原的試驗告知我們，細胞能夠在肯定范圍內(nèi)脹大和縮小，說明細胞膜具有肯定的彈性。學生：塑料袋只能滿足作為系統(tǒng)邊界的要求，一般布能夠滿足系統(tǒng)的邊界和讓一局部物質(zhì)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：大家進展選擇的依據(jù)是利用了細胞膜的功能，這表達了什么樣的生物學思想呢？學生：生物體構造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構造有更深的生疏。〔二〕師生互動1、對生物膜構造的探究歷程教師：人們對事物的生疏是有一個過程的，科學家產(chǎn)年正是懷著對物質(zhì)跨膜運輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問，開頭了對生物膜構造的孜孜以求地探究，歷經(jīng)了一百多年時間，走過了一條曲折的道路，直到現(xiàn)在仍有很多科學家在連續(xù)深入爭論。讓我們一起重溫一下這段歷史，會讓大家對科學過程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過時空隧道，回到一百多年前，假想一下：假設你是當時的一位科學家，你會怎樣去爭論細胞膜的構造？〔提示學生，引導他們明白限于當時的技術條件，還不能親眼看到生物膜，無法想像它的構造是什么樣的，通過什么方法進展第一步的探究呢？引導學生看教材后明白當時科學家是從生理功能入手來探究的，通過試驗觀看，科學家才有嚴謹?shù)耐评?，提出膜是由脂質(zhì)組成這一假說，提示學生作出科學探究過程中作出假設后的步驟是什么〔通過試驗來驗證假設〕，從而進入下面的學習。學生：可以從現(xiàn)象入手，去進展推想。教師：這就是生物學爭論上常用的一種科學方法——假說法。這也是我們今日探究生物膜的構造的一個重要的方法，下面，就讓我們沿著科學家的腳印，和科學家一起來爭論這個問題。問題〔1〕：探究細胞膜的組成成分是什么？展現(xiàn)材料①：歐文頓的試驗及其相關的圖片時間：19世紀末1895年人物：歐文頓〔E.Overton〕試驗：用500多種化學物質(zhì)對植物細胞的通透性進展過上萬次的試驗，覺察細胞膜對不同物質(zhì)教師：依據(jù)試驗，你能提出什么假說？學生：提出假說：膜是由脂質(zhì)構成的。教師：在得出結論之后，還有沒有必要對膜的成分進展提取、分別和鑒定呢？學生：有必要，通過鑒定能更準確地說明問題。教師：那為什么一開頭不直接對膜的成分進展提取、分別和鑒定呢？學生：當時的技術不能實現(xiàn)。教師：這說明什么問題呢？學生：這說明技術對科學爭論的重要作用。教師：直至20，膜的主要成分確實是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以試驗說明白歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在試驗與觀看的根底上提出來的，同時又需要更進一步的試驗來證明。問題〔2〕：探究這些物質(zhì)是如何組成膜的？出示資料②：1917年歐文·朗繆爾將提取的膜質(zhì)鋪展在水盤的水面上，覺察脂在水面上形成一薄層，單脂層親水的頭朝向水面，疏水的尾背離水面。于是他提出：磷脂分子是一種由甘油、脂肪〔尾部〕〔頭部〕。由于磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上開放為一層。-水界面上②完全浸沒在水中學生：小組代表上黑板演示展現(xiàn)材料③：戈特和格倫德對血影的爭論時間：1925年人物：荷蘭科學家GorterGrendelLangmuir的方法進展展層，并比較展層后的脂單層的面積和依據(jù)體積所推算的總面積，覺察提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細胞的外表積之比為〔1.8～2.2〕∶1，約為兩倍。教師：假設你是當時的科學家，當你做試驗時覺察單分子的磷脂分子正好是紅細胞的兩倍時，大膽地開放你的想象力，你能做出什么假說？學生：細胞膜中的磷脂是兩層的。教師：那這兩層磷脂分子在細胞中又是怎樣排布的呢？再分小組爭論、利用你手中的模型擺出來吧。學生：分組爭論，共可有六種排布方式，并提出細胞膜應兩面都處于水環(huán)境中，所以爭論得到正確的排布方式。問題〔3〕：那蛋白質(zhì)和磷脂的位置關系又是如何的呢？展現(xiàn)材料④：羅伯特森的單位膜模型時間：1959年人物：J.D.Robertson羅伯特森試驗：用超薄切片技術獲得了清楚的細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層構造，厚約7.5nm，它3.5nm的雙層脂質(zhì)分子和內(nèi)外外表各為厚約2nm的蛋白質(zhì)構成。提出假說：連續(xù)的脂質(zhì)雙分子層組成膜的主體，磷脂的非極性端朝向膜內(nèi)側，極性端朝向膜外兩側，蛋白質(zhì)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(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)的三層構造，稱之為單位膜。他提出真核細胞與原核細胞具有一樣的膜構造。單位膜模型的主要缺乏在于：把生物膜的構造描述成靜止的、不變的，這明顯與膜功能的多樣性相沖突。單位膜構造模型繼承了前人的有關結論，又成功地利用了先進的電子顯微鏡的觀看結果作為證據(jù)。但是他將生物膜描述為靜態(tài)的剛性的構造，這一點很快又被的技術手段下的試驗所否認。問題〔4〕：有什么證據(jù)證明細胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的呢？教師放映變形蟲的變形運動、白細胞吞噬病原體、細胞分裂的動畫，讓學生從感性上生疏膜不是剛性構造。展現(xiàn)材料⑤：熒光標記小鼠細胞和人細胞融合試驗時間：1970年人物：LarryFrye等另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后覺察兩種熒光抗體均勻分布。提出假說：細胞膜具有流淌性。教師：很好，在繼承前人的結論根底上，結合的觀看和試驗證據(jù)，又有科學家提出一些關1972年桑格〔S.J.Singer〕和尼克森〔G.Nicolson〕提出的流淌鑲嵌模型為大多數(shù)人所承受。以爭論小組的形式開展課堂爭論溝通。生物膜的流淌鑲嵌模型是不是就完善無缺了呢？請說說你的看法。學生：生物膜的流淌鑲嵌模型不行能完善無缺。人類對自然界的生疏永無止境，隨著試驗技術的不斷創(chuàng)和改進，對膜的爭論將更加細致入微，對膜構造的進一步生疏將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和進展流淌鑲嵌模型。確實，流淌鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完善地答復生物膜的全部功能。所以后來不斷提出一些的模型，如Wallach1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White1977年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止，已提出的生物膜構造模型達幾十種之多，生物膜的構造模型雖然有很多種，但被廣泛承受的構造模型根本內(nèi)容是趨向全都的。其要點和特點根本一樣，主要包括膜的分子組成和構造特征。？學生：在建立生物膜模型的過程中，試驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如血影的制取和化學成分的鑒定技術使人們生疏膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們最終看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們生疏到膜的內(nèi)外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合試驗又證明白膜的流淌性等。沒有這些技術的支持，人類的生疏便不能進展。分析生物膜模型的建立過程中，構造與功能相適應是如何得到表達的？學生：在建立生物膜模型的過程中，構造與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、生疏，再實踐、再生疏；使人類一步步接近生物膜構造的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統(tǒng)中，一般來說，功能的不同常伴隨著構造的差異，而早期的生物膜模型假定全部的生物膜都是一樣的，這明顯與不同部位的生物膜功能不完全一樣是沖突的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重爭論脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問題。一些學者使用了更加先進的技術，運用紅外光譜等技術證明，膜蛋白主要為球形構造。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質(zhì)顆粒，這樣又進展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質(zhì)，以及蛋白質(zhì)在生物膜中的不同分布狀況，恰能較好地解釋不同構造的生物膜具有不同的生理功能。分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟發(fā)？學生：科學爭論是要在試驗和觀看的根底上，通過嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出假說，再通過試驗進一步地驗證假說。學生：科學爭論依靠于技術的進步，技術進步了，可以得到更多的試驗數(shù)據(jù)。學生：科學覺察的過程是一個長期的過程，涉及到很多科學家的辛勤工作。學生：科學家的觀點并不全是真理，還必需通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。教師：那流淌鑲嵌模型的具體內(nèi)容是如何的呢？部相對朝向內(nèi)側。蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層外表，有的局部或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。這里表達了膜構造內(nèi)外的不對稱性。在細胞膜的外側，有一層由細胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類構造合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細胞識別、細胞間的信息溝通有親熱聯(lián)系。磷脂分子是可以運動的，具有流淌性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運動的，也表達了膜的流淌性。［評價反響］1、精選練習〔1〕細胞膜具有以下哪一特點A.選擇透過性 B.肯定的流淌性C.保護作用 D.細胞識別〔2〕1985年Overton在爭論各種未受精卵細胞的透性時，覺察脂溶性物質(zhì)簡潔透過細胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細胞膜格外困難。這說明組成細胞膜的主要成分中?！?〕1925年