高中生物必修一“分子與細(xì)胞”模塊“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)”教學(xué)研究作業(yè)

教學(xué)流程

設(shè)問(wèn)引入→“問(wèn)題探討”→體驗(yàn)“生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”→闡述“流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容”

（一）情景創(chuàng)設(shè)

教師：同學(xué)們，在前面我們制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型中，遇到過(guò)用什么材料做細(xì)胞膜的問(wèn)題，現(xiàn)在有三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，你選用哪種材料呢？為什么？

學(xué)生：細(xì)胞膜很薄，是細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的邊界。

學(xué)生：細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜，能夠控制物質(zhì)的進(jìn)出，讓一部分物質(zhì)通過(guò)，其他物質(zhì)不能通過(guò)。

學(xué)生：植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)告訴我們，細(xì)胞能夠在一定范圍內(nèi)脹大和縮小，說(shuō)明細(xì)胞膜具有一定的彈性。

學(xué)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質(zhì)透過(guò)這兩項(xiàng)功能的要求，只有彈力布能夠滿足前面提到的三項(xiàng)功能的要求。

教師：大家進(jìn)行選擇的依據(jù)是利用了細(xì)胞膜的功能，這體現(xiàn)了什么樣的生物學(xué)思想呢？

學(xué)生：生物體結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的思想。

教師：實(shí)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(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)有更深的認(rèn)識(shí)。

（二）師生互動(dòng)

1、對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

教師：人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是有一個(gè)過(guò)程的，科學(xué)家當(dāng)年正是懷著對(duì)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問(wèn)，開(kāi)始了對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的孜孜以求地探索，歷經(jīng)了一百多年時(shí)間，走過(guò)了一條曲折的道路，直到現(xiàn)在仍有許多科學(xué)家在繼續(xù)深入研究。讓我們一起重溫一下這段歷史，會(huì)讓大家對(duì)科學(xué)過(guò)程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過(guò)時(shí)空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是當(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家，你會(huì)怎樣去研究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)？（提示學(xué)生，引導(dǎo)他們明白限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，還不能親眼看到生物膜，無(wú)法想像它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，通過(guò)什么辦法進(jìn)行第一步的探究呢？引導(dǎo)學(xué)生看教材后明白當(dāng)時(shí)科學(xué)家是從生理功能入手來(lái)探究的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，科學(xué)家才有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?，提出膜是由脂質(zhì)組成這一假說(shuō)，提示學(xué)生作出科學(xué)探究過(guò)程中作出假設(shè)后的步驟是什么（通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)），從而進(jìn)入下面的學(xué)習(xí)。

學(xué)生：可以從現(xiàn)象入手，去進(jìn)行推測(cè)。

教師：這就是生物學(xué)研究上常用的一種科學(xué)方法——假說(shuō)法。這也是我們今天探究生物膜的結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要的方法，下面，就讓我們沿著科學(xué)家的足跡，和科學(xué)家一起來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。

問(wèn)題（1）：探究細(xì)胞膜的組成成分是什么？

展示材料①：歐文頓的實(shí)驗(yàn)及其相關(guān)的圖片

時(shí)間：19世紀(jì)末

1895年

人物：歐文頓（E.Overton）

實(shí)驗(yàn)：用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行過(guò)上萬(wàn)次的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。

教師：根據(jù)實(shí)驗(yàn)，你能提出什么假說(shuō)？

學(xué)生：提出假說(shuō)：膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。

教師：在得出結(jié)論之后，還有沒(méi)有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？

學(xué)生：有必要，通過(guò)鑒定能更準(zhǔn)確地說(shuō)明問(wèn)題。

教師：那為什么一開(kāi)始不直接對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？

學(xué)生：當(dāng)時(shí)的技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)。

教師：這說(shuō)明什么問(wèn)題呢？

學(xué)生：這說(shuō)明技術(shù)對(duì)科學(xué)研究的重要作用。

教師：直至20世紀(jì)初，科學(xué)家才能第一次將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞中分離出來(lái)，化學(xué)分析表明，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質(zhì)。從而以實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了歐文頓的假說(shuō)是成立的。也就是說(shuō)假說(shuō)是在實(shí)驗(yàn)與觀察的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，同時(shí)又需要更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。

問(wèn)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(pán)的水面上，發(fā)現(xiàn)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、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構(gòu)既有疏水基團(tuán)（尾部），又有親水基團(tuán)（頭部）。因?yàn)榱字肿拥摹邦^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展開(kāi)為一層。

學(xué)生：科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說(shuō)不是一成不變的，需要不斷完善。

教師：那流動(dòng)鑲嵌模型的具體內(nèi)容是如何的呢？

（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(cè)，疏水性的尾部相對(duì)朝向內(nèi)側(cè)。

（2）蛋白質(zhì)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(gè)磷脂雙分子層。這里體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對(duì)稱性。

（3）在細(xì)胞膜的外側(cè)，有一層由細(xì)