第一篇：“生物膜的流動鑲嵌模型”一節教學設計

“生物膜的流動鑲嵌模型”一節教學設計

摘 要 從激發興趣、閱讀分析、小組合作、動手模擬、體驗技術、歸納創新這幾個方面完成“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學過程，通過探究讓學生凝聚到學習活動中來，實現學生在知識、能力和情感領域的自主發展。

關鍵詞 結構成分 結構特點 流動鑲嵌模型 小組合作

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

教材分析

“生物膜的流動鑲嵌模型”一課是人教版《分子與細胞》第四章第二節的內容，與第一節“物質跨膜運輸的實例”所反映的生物膜對物質的進出控制具有選擇性等知識點有一定的聯系，并作為第三節“物質跨膜運輸的方式”的基礎。整章內容表現為“實例――結構――功能”的結構體系，本節內容起承上啟下的作用。高中學生已具備了一定的觀察、認知和思維能力，對事物的本質具有探索的欲望，但往往缺乏思考的連續性和邏輯性。本節內容的教學設計旨在教師的引導下，激發學生的探究欲望，培養學生的探究能力，在實現學生知識領域發展的同時，使學生的能力和情感也得到提升。教學目標

2.1 知識目標

① 簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容；

② 舉例說明生物膜具有的流動性特點。

2.2 能力目標

① 分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽做出假設；

② 發揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構。

2.3 情感、態度與價值觀目標

① 形成生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點；

② 認同技術的發展在科學研究中的作用，形成用發展的觀點看待科學的觀念。教學重難點

3.1 教學重點

① 對生物膜結構的探索歷程；

② 生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容。

3.2 教學難點

① 探討建立生物膜模型的過程，如何體現結構與功能相適應的觀點；

② 生物膜的流動性特點。教學過程

4.1 播放動畫，導入新課

教師播放變形蟲攝食視頻，展示教材中“問題探討”欄目列出的三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，引導學生從結構與功能相適應的角度分析哪種材料更加類似于變形蟲的細胞膜。學生很快回答：彈力布。教師追問原因，引導學生分析出因為彈力布具有動態的特點。繼續追問包括細胞膜在內的生物膜的結構到底是怎樣，引出課題。

設計意圖：通過動畫使學生的注意力迅速聚焦到課堂，在幾種材料的取舍中，學生確立了生物膜動態特點，為課堂教學的順利開展做好基礎準備。

4.2 閱讀資料，分析結構成分

教師展示資料一：

19世紀末，歐文頓選用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行上萬次的研究，發現脂溶性分子易透過細胞膜；而非脂溶性分子則難以通過。20世紀初，科學家第一次將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發現細胞膜不但會被能溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶分解。

教師提出問題：閱讀資料，你認為生物膜的成分是什么？為什么這么認為？閱讀后對于科學研究的過程有何體會？

設計意圖：資料及問題比較簡單，學生閱讀分析可自主解答前兩個問題，有利于培養高中生自主學習、獲取信息的能力。同時學生感受到科學研究的反復性和艱苦性，體會到崇高的科研精神，對其情感、態度與價值觀的發展具有引導作用。

4.3 利用教具，建立結構模型

教師展示資料二：

1925年，荷蘭科學家E.Gorter和F.Grendel用丙酮分離出哺乳動物的紅細胞膜中的脂質，在空氣―水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。

教師提出問題：“膜內的磷脂分子鋪成單層后，面積就會擴大兩遍，對此現象如何解釋”？

學生在討論后得出膜內有兩層磷脂分子的結論。

教師講解磷脂分子具有親水性頭部和疏水性尾部知識，要求學生繪制磷脂分子在“空氣―水”界面分布的模擬簡圖（圖1）。

小組合作一：動手設計膜中磷脂分子的排布方式。

在學生對于磷脂分子性質掌握的基礎之上，分小組討論并利用道具模擬設計膜內磷脂分子的排布方式。

設計意圖：磷脂分子的排布是微觀的，學生缺乏形象認識。教師若直接展示結構模型，必然失去探究性學習的過程，不能獲得較好的教學效果。通過教師引導學生逐步進入探究的殿堂，學生小組合作探究到兩層磷脂分子的排布方式，既使學生感受學習的樂趣，又增強小組分工合作的能力。學生對本部分內容的學習可能會遇到瓶頸。首先學生不一定能準確的得出“雙層磷脂分子”的結論，后續過程將很 難開展，筆者在這種情況下利用學案的對折和展開的對比分析進行突破。第二個瓶頸是學生可能會對磷脂分子的性質掌握不透徹或者即使在掌握了磷脂分子親疏水性，在設計膜中磷脂分子的排布方式的環節中也會粘貼出“頭部相靠，尾部朝向兩側”的錯誤模型，所以在小組動手操作之前教師可以以人紅細胞為例介紹膜外和膜內的液體環境。

教師引導：我們共同設計出細胞膜中磷脂分子的排布模式圖（圖2）。細胞膜的結構完成了嗎？還缺什么？蛋白質又是以什么方式排布在膜中的呢？

教師展示資料三：

1959年羅伯特森在電子顯微鏡下看到了細胞膜清晰的暗-亮-暗三層結構。通過課件中語音介紹電子顯微鏡技術：“電子顯微鏡是用電子束照射被檢樣品，與不同物質發生碰撞而產生不同散射度。因蛋白質電子密度高，故顯暗帶，磷脂分子電子密度低則呈亮帶。”

教師提出問題：羅伯特森提出生物膜是“蛋白質―脂質―蛋白質”構成的三層結構模型，并且描述為靜態的統一結構。對此你認同嗎？

第二篇：“生物膜的流動鑲嵌模型”一節整合科學史的教學設計

“生物膜的流動鑲嵌模型”一節整合科學史的教學設計

李高梅

（廣東省佛山市順德區華僑中學

528333）教材分析

本節內容選自人教版高中生物必修1《分子與細胞》第4章第2節。

該節內容在編排上按時間順序介紹了科學家對生物膜結構探索歷程的一些重要實驗和推論，旨在讓學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，使學生宛如親歷科學家探索的歷程，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，同時加深對科學過程與方法的理解。教學目標

1）通過對科學史材料的分析與討論，使學生了解生物膜結構的探索歷程，知道生物膜流動鑲嵌模型的基本內容，加深對生物膜組成成分和結構特點的理解。

2）了解科學探究的一般方法，樹立結構與功能相適應的辨證思想，感受科學研究的艱辛歷程。教學重點和難點

1）重點：生物膜的結構特點、科學家探索生物膜結構歷程的經典實驗。

2）難點：流動鑲嵌模型的基本內容、結構與功能相適應的辨證思想。教學過程

4．1 以史實背景設疑，導入新課，讓學生感受、學習科學家的創新精神

首先讓學生完成填空：細胞膜主要由____和______組成。此外，還有少量的____。

接著提出問題：19世紀末，科學家已經推知細胞膜的主要成分。但細胞膜很薄，光學顯微鏡觀察不到它細微的結構，電子顯微鏡又還沒誕生；且受當時物質分離提純技術的制約，也無法采用分離提純的方法來測定它的組成。在這樣的情況下，你知道科學家當初是怎樣得知細胞膜是由這些成分組成的嗎？由此引出科學家另劈新徑，從生理功能——膜的通透性入手，自然導入新課，同時讓學生感受、學習科學家的創新精神。

4．2以史料分析為主線，再現生物膜結構探索歷程，讓學生自主建構知識

生物膜的流動鑲嵌模型是本節課的重點和難點，學生若不理解，就會陷入死記硬背的泥潭。若從科學史入手，循序漸進，讓學生了解知識的產生與發展過程，學生就能心領神會，自主完成知識的建構。在教學中我是這樣做的，首先出示

資料1：19世紀末歐文頓（E.Overton）用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗，發現凡是溶于脂質的物質比不溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。

提出問題1：根據物質相似相溶原理，分析上述材料，你能得出什么推論？科學家得出什么結論？你的結論與科學家一樣嗎？改變教材直接呈現科學家結論的做法，讓學生體驗科學家的思維過程，提升思維能力，自主建構知識。當學生得知自己的想法與科學家一致時，成功的喜悅溢于言表，學習的自信心和內驅力得到加強。

解決問題1后，提出問題2：歐文頓的推論是否正確？最初認識到細胞膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析得出的。有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？使學生在思考與討論中初步了解模型建構的一般方法。

提出問題3：歐文頓用500多種物質，通過上萬次實驗，這些數據又說明了什么？從而讓學生感知科學實驗的重復性、嚴謹性、艱巨性，得出的結論應該具有普遍性的道理，從中受到科學精神的熏陶。

提出問題4：細胞膜中除含有脂質外，還有沒有其他成分呢？

分析資料2：20世紀初，科學家第一次將膜從哺乳動物的紅細胞分離出來，通過化學 1 分析表明，膜的主要成分是脂質和蛋白質。

提出問題5：脂質和蛋白質分子是如何組成細胞膜的呢？激發學生進一步的探究欲望，過渡到資料3的學習。

分析資料3：1925年荷蘭科學家Gorter和Grendel用丙酮從人的紅細胞膜中提取脂質，在空氣－水界面上鋪成單層分子，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。

依然采取改變教材直接呈現科學家結論的做法，給學生提出以下問題：由此，你得出什么結論？科學家得出什么結論？讓學生繼續體會科學家的思維過程。但這一次沒有資料1順暢，盡管我抓住“磷脂單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍”啟發學生思考，但仍有相當部分學生不理解推論，情急之中，我將一張練習紙對折，問學生：“對折前你們看到的紙的面積是對折后的幾倍？”——“2倍！”“原來這張紙是單層的，對折后變成幾層？”——“2層！”“那么根據材料3推測，脂質分子構成細胞膜應該排列成幾層？”——學生豁然開朗答：“2層！”。這樣學生順利從形象思維過度到抽象思維，自然而然得出推論。課后反思時，我把這一靈感記錄下來，作為對自己的褒獎。

為了改變學生淺嘗輒止的學習習慣，學會將前后知識融會貫通，提升學生思維能力，我以史料3為引子進行變式訓練，問學生：

1、若將資料3中的“紅細胞”改為“口腔上皮細胞”進行實驗，測得單分子層的面積仍然恰為口腔上皮細胞表面積的2倍嗎？或是大于、小于？為什么？

2、若將資料3中的“人”改為“雞或去壁的原核細胞”進行實驗，結果又將怎樣呢？為什么？巧借科學史，實現知識的遷移運用，培養學生思維的靈活性、深刻性。

接著提出問題2：兩層脂質分子又是如何排列的呢？并請學生在草稿紙上試著畫一畫。在學生畫圖的過程中，我提示學生：已知磷脂分子頭部是親水的，尾部是疏水的，而細胞內外都有水，想想該怎樣畫？當學生畫好后，我選取幾張有代表性的畫法展示出來進行講評，讓學生知道應該怎樣畫，為什么這樣畫。

問題3：蛋白質位于脂雙層的什么位置呢？

材料4：1959年羅伯特森（J.D.Robertsen）在電鏡下看到細胞膜由“暗—亮—暗”的三層結構構成。他大膽提出：生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”的三層結構構成的靜態統一結構。

羅伯特森的“三明治”靜態結構模型解決了什么問題？有什么不足之處呢？我又以問題的形式啟發學生思考，培養學生的批判性思維能力。為了便于學生找出它的不足，我播放質壁分離與質壁分離復原，變形蟲吞噬纖毛蟲、酵母菌出芽生殖、精卵結合的視頻動畫，讓學生直觀地感知細胞膜不是靜態的剛性結構，而是一個動態的彈性結構，同時也讓學生樹立結構要與功能想適應的觀點。

有什么證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢？

資料5：圖文結合介紹熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗。

問學生：看到了什么現象？這種現象說明了什么？再一次讓學生體會科學家的思維過程，讓學生自己得出結論。接著我讓學生在原來畫的脂雙層中添加蛋白質，畫出自己認為的細胞膜結構模型圖。當學生畫好后，我讓學生把自己畫的圖與桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型進行對照，明確脂雙層的排列方式和蛋白質的三種分布情況。請畫得比較好、與流動鑲嵌模型接近的學生舉手，給予充分的肯定，幽默地稱他們是當代的桑格、尼克森，并選出代表描述流動鑲嵌模型的基本內容。學生的成就感油然而生，課堂氣氛輕松活躍。4．3利用科學史素材，創設糖蛋白學習情景，指導學習方法

教科書的特點是圖文并茂、互為補充，文字簡練，材料精選。但學生往往不善于圖文結合去閱讀理解知識。為了養成學生良好的學習習慣，當學生基本理解、接受了“生物膜的流動鑲嵌模型”學說后，我提醒學生看黑板，喚起他們的有意注意，接著在“生物膜的流動鑲嵌模型”示意圖中寫上水的分子式并加上一個箭頭（如圖1所示），問學生：你能告訴我 2 這樣表示細胞吸水還是失水嗎？大部分學生表現出一臉茫然！只有個別學生怯生生的小聲回答：吸水。我及時抓住學生困惑之時機，再設一個問題作鋪墊：要判斷細胞吸水還是失水，我們必須先判斷哪一側是外側，哪一側是內側，那么根據什么來判斷膜的外側與內側呢？這樣利用科學史素材，創設新的問題情景，將學生的探究欲望再一次激發起來，為糖蛋白的學習創設了有利情景，對培養學生圖文結合深刻理解知識的習慣與能力也大有裨益。

圖1 4．4課堂小結

為了加深學生對科學過程與方法的理解，在新課結束時，我再次以問題的形式啟發學生思考：

1、縱觀生物膜結構的探索歷程，請大家想想科學家建構模型的一般方法是什么？

2、在探索生物膜結構的過程中，科學家應用了哪些實驗技術？

3、實驗技術的進步在科學探索中起到了怎樣的作用？使學生進一步理解建立模型的一般方法，明確實驗技術的進步在科學探索中所起的推動作用。教后反思

該設計是高一年級的新課教學，是我們研究課題——“人教版高中生物，必修模塊里生物科學史在教學中的應用研究”和“信息技術環境下，生物科學史教學策略研究”中的一個課例。自我評價有五處亮點：

1）以問題為引導，讓學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，體驗科學家的思維過程，實現了“在過程中學習，在過程中生成知識”的教學思想。

2）以史料3為引子設計變式訓練，將科學史與思維訓練有機地結合在一起。3）將紙對折幫助學生理解荷蘭科學家的推論，簡單有效。

4）創設問題情境，讓學生得出與科學家一致的結論，體驗成功的喜悅，激起學習的熱情。5）創造性地利用流動鑲嵌模型示意圖，加注水的分子式與箭頭，問學生：表示細胞吸水還是失水？為糖蛋白的學習創設情景，效果很好，細中見巧。

有人說：課堂教學是一門遺憾的藝術。本節課的教學也不例外，有學生提出：羅伯特森在電鏡下看到細胞膜由“暗—亮—暗”的三層結構組成，為什么是蛋白質—脂質—蛋白質？而不是脂質—蛋白質—脂質，磷脂分子不是雙層的嗎？由于課前預設不足，當時沒作詳細解釋。

第三篇：生物膜的流動鑲嵌模型教學設計

第二節 生物膜的流動鑲嵌模型教學設計

李思虎

【教材分析】

人教版必修1第4章共3節內容，第1節《物質跨膜運輸的實例》，第2節《生物膜的流動鑲嵌模型》，第3節《物質跨膜運輸的方式》。第1節主要說明細胞膜是選擇透過性膜，膜為什么具有選擇透過性？這與膜結構有關，膜結構又是解釋物質跨膜運輸的方式的基礎。這3節內容的內在聯系是：功能—結構—功能。由此可見，本節內容在第4章中起著承上啟下的作用，有助于幫助學生建立結構與功能相適應的觀點。

本節主要包括兩大部分內容：

1、科學家對細胞膜結構的探索歷程。利用科學史教育素材，通過引導學生分析科學家們的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力，加深對科學過程和方法的理解，明白科學發現是長期的過程；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說并非一成不變，需要不斷修正、發展和完善；科學發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發展。

2、生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，學生必須展開想象力，通過制作模型等，構建細胞膜的空間立體結構，理解和掌握生物膜的流動鑲嵌模型的基本要點?！窘虒W目標】

1．知識與技能

①通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發現的一般規律。

②舉例說明生物膜具有流動性特點。

③簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。

2．過程與方法

①通過分析科學家建立生物膜模型的過程，學習做出假設。

②發揮空間想象力，通過制作模型，構建細胞膜的空間立體結構。

3．情感態度與價值觀

①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，樹立生物結構與功能相適應的辯證唯物主義自然觀。

②正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據，需要有嚴謹的推理和大膽的想象，并通過實驗進一步驗證。

③正確認識實驗技術手段的進步在促進科學的發展中的作用。

【教學重點】流動鑲嵌模型的基本內容。

【教學難點】探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點。

【教學方法】談話法、探究法 【教具準備】多媒體課件 【課時安排】1課時 【教學過程】

一、創設情境，興趣導入

PPT展示細胞膜詩一首，引入細胞膜的功能。是誰

隔開了原始海洋的動蕩 是誰，奏鳴了生命的交響。是誰，為我日夜守邊防 是誰，為我傳信報安康。沒有你，我會是何等模樣！

教師：鳥兒會飛是因為有翅膀，魚兒會游是因為有流線型的身體和鰭，是因為結構決定功能，要知道細胞膜為什么有這些功能就需要了解它的結構。

二、探究細胞膜的組成成分

呈現科學史料：1895年，E.Overton選用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行上萬次的研究。發現：凡是可溶于脂質的物質，比不溶于脂質的物質更容易穿過細胞膜。

探究：依據E.Overton所觀察到的實驗現象，你們能得出什么結論？

學生分析得出結論，體驗推理過程。（細胞膜主要由脂質和蛋白質組成）

引導學生提出新問題：細胞膜中的磷脂分子如何排列的呢？

呈現科學史料：1925年，兩位荷蘭科學家對血影的研究，他們用丙酮抽提細胞膜中的脂類物質在水面鋪成單分子層，聚攏后測得的總面積是紅細胞表面積的2倍。

設問1：依據所觀察到的實驗現象，你們能得出什么結論？

認真思考得出結論：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層。

設問2：磷脂分子如果鋪在水面上應該是什么樣的？

探究脂質分子的排列方式，討論，板書。

設問3：磷脂分子是否排列成兩層？如何排布？

探究脂質分子排列成兩層的方式，板書。

引導學生提出新問題。

呈現科學史料：電鏡下的細胞膜呈現了暗亮暗三層結構。

設問1：的代表什么物質呢？亮的代表什么物質呢？

設問2：蛋白質分子位于磷脂雙分子層的什么位置？

蛋白質是怎樣排布在磷脂雙分子層上的呢？（蛋白質覆蓋在磷脂分子的兩側）

講述羅伯特森的“蛋白質－脂質－蛋白質”靜態模型的特點。

設問：該結構模型是否與細胞膜的相關生理相適應？

從現實生活中尋找證據，觀看錄像：變形蟲的變形運動。

分析相關實驗，設問：“蛋白質－脂質－蛋白質”的靜態模型是否有缺陷，應如何修正？

科學史料中尋找支持實驗：①1970年，Frye和Edidin的人――鼠細胞融合實驗，整合后的細胞一半發紅色熒光，另一半發綠色熒光。將細胞放在37度培養40分鐘后，兩種顏色均勻分布在融合后的細胞膜表面。

引導學生通過小組合作構建細胞膜的結構模型。

三、總結歸納 教師：那流動鑲嵌模型的具體內容是如何的呢？

（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，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。這里體現了膜結構內外的不對稱性。

（3）在細胞膜的外側，有一層由細胞膜上的蛋白質與糖類結構合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細胞識別、細胞間的信息交流有密切聯系。

（4）磷脂分子是可以運動的，具有流動性。大多數的蛋白質也是可以運動的，也體現了膜的流動性。【課堂小結】

我們這節課就到這里，一方面我們重溫了科學家探索細胞膜結構的歷程，這是一個在繼承中不斷驗證、修正和完善發展的過程，這段科學史給予我們很多有用的啟示，使我們加深了對科學過程和方法的理解。另一方面我們也重點學習了生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節物質跨膜運輸的方式有很重要的聯系 【回顧反思】

“對生物膜結構的探索歷程”這部分內容可以聯系第一章之第二節，關于“細胞學說的建立過程”，不僅要讓學生知道生物學的基本理論知識，還要讓學生明白科學探索是一個在繼承中不斷驗證、修正和完善發展的過程，其道路是曲折的，更要讓學生尊重科學，用發展的觀點看待科學，樹立辨證的科學觀。這樣通過科學探索史的學習，讓學生自我啟示，加深對科學過程和方法的理解。

“流動鑲嵌模型的基本內容”的闡述一定要清晰，有條理，便于對這部分知識的理解掌握，同時也為更好的理解下一節“物質跨膜運輸的方式”提供了知識基礎。

第四篇：《生物膜的流動鑲嵌模型》教學設計

《生物膜的流動鑲嵌模型》教學設計

1、內容和地位

1.1 “生物膜的流動鑲嵌模型”一節是人教版《必修1分子與細胞》第四章《細胞的物質輸入和輸出》之第二節，與第一節“物質跨膜運輸的實例”所反映的生物膜對物質的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯系，并對第三節學習“物質跨膜運輸的方式”作了知識準備。所以，這節的內容安排很巧妙，對整個章節的知識起到了承上啟下的作用。

1.2 本節主要包括了兩大部分內容：①.科學家對細胞膜結構的探索歷程。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實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，更重要的是讓學生加深對科學過程和方法的理解，明白科學發現的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷修正、發展和完善；科學發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發展。②.細胞膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，學生必須展開想象力，在頭腦中構建細胞膜的空間結構，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節物質跨膜運輸的方式有很重要的聯系。

2、學情分析

2.1 學生已經了解了細胞、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的邊界等相關知識，為本節知識的學習奠定了基礎。

2.2 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、連續性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索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

3.1 調動學生已有的知識和經驗，激發學生的探究欲望。

學生在第2章的學習中曾經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小，說明細胞膜具有一定的彈性。教材中“問題探討”欄目列出了三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，其中塑料袋只能滿足作為系統邊界的要求，普通布能夠滿足系統的邊界和讓一部分物質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。通過這個問題的討論，學生就會認識到建立細胞膜的結構模型，必須從結構與功能相適應的觀點出發來思考。當然，細胞膜不可能是由彈力布構成的。細胞膜到底具有怎樣的結構，才能使它具有上述功能呢？

3.2 本節課在教學設計上主要突出科學史的教育，科學史的教學是在新教材中特別強調和突出的，在舊教材中涉及不多，要教好不容易。老師備課過程要細致策劃如何有效地引導學生分析不同時期不同科學家的實驗及假說，評價他們的貢獻；要能通過一連串的環環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研究；最后讓學生從中總結出科學發現的一般規律。

3.3 生物膜結構模型的構建是本節要突破的一個難點問題。本節課中，教師自制了磷脂分子和蛋白質分子的模型，讓學生根據科學家的實驗現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。

3.4 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，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。[教學目標

1、知識與技能

①簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容 ；

②舉例說明生物膜具有的流動性的特點 ；

③通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學發展的一般規律。

2、過程與方法

①分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設 ；

②發揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構。

3、情感、態度和價值觀

①使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點 ；

②培養學生嚴謹的推理和大膽想象能力 ；

③認識到技術的發展在科學研究中的作用，尊重科學且用發展的觀點看待科學、樹立辨證的科學觀。教學重點

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學說的基本內容。

教學難點

1、對科學探究過程的分析，如何體現生物膜的結構與功能相統一；

2、生物膜的空間立體結構；

3、生物膜的流動性特點。

教具準備

1、生物膜流動鑲嵌模型的多媒體演示課件

2、自制磷脂分子、蛋白質分子模型

教學流程

設問引入→“問題探討”→體驗“生物膜結構的探索歷程”→闡述“流動鑲嵌模型的基本內容”

教學過程

（一）情景創設

教師：同學們，在前面我們制作真核細胞的三維結構模型中，遇到過用什么材料做細胞膜的問題，現在有三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，你選用哪種材料呢？為什么？

學生：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統的邊界。

學生：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。

學生：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。

學生：塑料袋只能滿足作為系統邊界的要求，普通布能夠滿足系統的邊界和讓一部分物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是利用了細胞膜的功能，這體現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。

（二）師生互動

1、對生物膜結構的探索歷程

教師：人們對事物的認識是有一個過程的，科學家當年正是懷著對物質跨膜運輸現象產生的疑問，開始了對生物膜結構的孜孜以求地探索，歷經了一百多年時間，走過了一條曲折的道路，直到現在仍有許多科學家在繼續深入研究。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的理解有所啟發。我想讓大家穿過時空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是當時的一位科學家，你會怎樣去研究細胞膜的結構？（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，無法想像它的結構是什么樣的，通過什么辦法進行第一步的探究呢？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，通過實驗觀察，科學家才有嚴謹的推理，提出膜是由脂質組成這一假說，提示學生作出科學探究過程中作出假設后的步驟是什么（通過實驗來驗證假設），從而進入下面的學習。

學生：可以從現象入手，去進行推測。

教師：這就是生物學研究上常用的一種科學方法——假說法。這也是我們今天探究生物膜的結構的一個重要的方法，下面，就讓我們沿著科學家的足跡，和科學家一起來研究這個問題。

問題（1）：探究細胞膜的組成成分是什么？

展示材料①：歐文頓的實驗及其相關的圖片

時間：19世紀末 1895年

人物：歐文頓（E.Overton）實驗：用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行過上萬次的實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。

教師：根據實驗，你能提出什么假說？

學生：提出假說：膜是由脂質構成的。

教師：在得出結論之后，還有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？

學生：有必要，通過鑒定能更準確地說明問題。

教師：那為什么一開始不直接對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？

學生：當時的技術不能實現。

教師：這說明什么問題呢？

學生：這說明技術對科學研究的重要作用。

教師：直至20世紀初，科學家才能第一次將細胞膜從哺乳動物紅細胞中分離出來，化學分析表明，膜的主要成分的確是磷脂和蛋白質。從而以實驗說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實驗與觀察的基礎上提出來的，同時又需要更進一步的實驗來證明。

問題（2）：探究這些物質是如何組成膜的？

出示資料②：1917年歐文·朗繆爾將提取的膜質鋪展在水盤的水面上，發現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，結構既有疏水基團（尾部），又有親水基團（頭部）。因為磷脂分子的“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展開為一層。

教師：大家分組討論，利用手中的磷脂分子模型擺出下面兩種情況下磷脂的分布情況①在空氣-水界面上②完全浸沒在水中

學生：小組代表上黑板演示

展示材料③：戈特 和格倫德對血影的研究

時間：1925年

人物：荷蘭科學家Gorter和Grendel

實驗：兩位科學分離純化了紅細胞，從一定數量的紅細胞中抽提脂類，按Langmuir的方法進行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據體積所推算的總面積，發現提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細胞的表面積之比為（1.8～2.2）∶1，約為兩倍。

教師：假如你是當時的科學家，當你做實驗時發現單分子的磷脂分子正好是紅細胞的兩倍時，大膽地展開你的想象力，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？再分小組討論、利用你手中的模型擺出來吧。

學生：分組討論，共可有六種排布方式，并提出細胞膜應兩面都處于水環境中，所以討論得到正確的排布方式。

問題（3）：那蛋白質和磷脂的位置關系又是如何的呢？

展示材料④：羅伯特森的單位膜模型

時間：1959年

人物：J.D.Robertson羅伯特森

實驗：用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結構，厚約7.5 nm，它由厚約3.5 nm的雙層脂質分子和內外表面各為厚約2 nm的蛋白質構成。

提出假說：連續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。單位膜模型的主要不足在于：把生物膜的結構描述成靜止的、不變的，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。

單位膜結構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察結果作為證據。但是他將生物膜描述為靜態的剛性的結構，這一點很快又被新的技術手段下的實驗所否定。

問題（4）：有什么證據證明細胞膜中的物質不是靜態的呢？

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，讓學生從感性上認識膜不是剛性結構。展示材料⑤：熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗

時間：1970年

人物：Larry Frye等

實驗：將人和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發紅色熒光、另一半發綠色熒光，放置一段時間后發現兩種熒光抗體均勻分布。提出假說：細胞膜具有流動性。

教師：很好，在繼承前人的結論基礎上，結合新的觀察和實驗證據，又有科學家提出一些關于生物膜的分子結構模型。其中1972年桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。

好，學到這里，縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，我們有些話題想讓大家思考討論。

以討論小組的形式開展課堂討論交流。

（1）生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。

學生：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發展流動鑲嵌模型。的確，流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止，已提出的生物膜結構模型達幾十種之多，生物膜的結構模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結構模型基本內容是趨向一致的。其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結構特征。

（2）縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談談實驗技術的進步起到怎樣的作用？

學生：在建立生物膜模型的過程中，實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認識膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發展。（3）分析生物膜模型的建立過程中，結構與功能相適應是如何得到體現的？

學生：在建立生物膜模型的過程中，結構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜結構的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統中，一般來說，功能的不同常伴隨著結構的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質和蛋白質相互作用的問題。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，膜蛋白主要為球形結構。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質顆粒，這樣又發展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質，以及蛋白質在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結構的生物膜具有不同的生理功能。

（4）分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？

學生：科學研究是要在實驗和觀察的基礎上，通過嚴謹的推理和大膽的想象，提出假說，再通過實驗進一步地驗證假說。

學生：科學研究依賴于技術的進步，技術進步了，可以得到更多新的實驗數據。

學生：科學發現的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作。

學生：科學發現的過程不是一帆風順的，往往是在繼承的基礎上不斷驗證、修正和完善發展的。

學生：科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。

教師：那流動鑲嵌模型的具體內容是如何的呢？

（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，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。這里體現了膜結構內外的不對稱性。

（3）在細胞膜的外側，有一層由細胞膜上的蛋白質與糖類結構合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細胞識別、細胞間的信息交流有密切聯系。

（4）磷脂分子是可以運動的，具有流動性。大多數的蛋白質也是可以運動的，也體現了膜的流動性。

［評價反饋］

1、精選練習

（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，發現脂溶性物質容易透過細胞膜，不溶于脂質的物質透過細胞膜十分困難。這表明組成細胞膜的主要成分中有___________。

（3）1925年 Corter Grendel用丙酮提取細胞膜的脂，并將它在空氣—水界面上展開時，發現這個單層分子的面積相當于原來細胞表面積的兩倍。由此可以認為細胞膜由___________組成。

（4）1970年，科學家用不同熒光染料標記的抗體，分別與鼠和人細胞膜上的一種抗原相結合，使它們分別產生綠色和紅色熒光。將兩種細胞融合成一個細胞時，開始時一半呈綠色，另一半呈紅色，但在 37 ℃水浴中保溫40 min后，融合細胞上的兩種顏色的熒光呈現均勻分布。這個實驗說明___________，其原因是___________。

參考答案：

（1）B（2）脂質（3）磷脂雙分子層（4）細胞膜具有一定的流動性 構成細胞膜的蛋白質分子（抗原）是可以運動的課堂小結

我們這節課就到這里，一方面我們重溫了科學家探索細胞膜結構的歷程，這是一個在繼承中不斷驗證、修正和完善發展的過程，這段科學史給予我們很多有用的啟示，使我們加深了對科學過程和方法的理解。另一方面我們也重點學習了生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節物質跨膜運輸的方式有很重要的聯系。

布置作業

在引入時，我們問到大家還能想出什么更好的制作細胞膜的材料，你們可以調動已有的生活經驗，再結合今天所講的生物膜的流動鑲嵌模型，利用生活上找得到的廢棄物做一個細胞膜的流動鑲嵌模型。

第五篇：“生物膜的流動鑲嵌模型”基于科學史的教學設計

“生物膜的流動鑲嵌模型”基于科學史的教學設計 劉本舉（濮陽市第一高級中學河南濮陽 457000）

摘要：利用生物膜研究的科學史資料，引導學生進行基于資料的課堂 探究性學習，注重學生自主、合作、探究的學習方式，達成知識、能力、情感態度與價值觀的三維目標。關鍵詞：流動鑲嵌模型科學史教學

中圖分類號：G633.91

文獻標識碼：C 1.教材與學情分析

1.1 教材分析“生物膜的流動鑲嵌模型”一節是人教版《必修1—分子與細胞》第四章“細胞的物質輸入和輸出”的第二節，是前面第3章“細胞的基本結構”第1節“細胞膜—系統的邊界”的一個延伸與拓展，并且和本章第1節“物質跨膜運輸的實例”有密切聯系，為第三節“物質跨膜運輸的方式”的學習做了知識準備，這三節內容的聯系主線是：功能（實例）——結構——功能（原理）。所以，本節在第四章中起著承上啟下的作用。本節課的主要內容有：①科學家探索細胞膜化學成分與結構的科學史；②生物膜的流動鑲嵌模型。前者是適合學生探究性學習的較好素材。把科學家探索細胞膜的有關實驗整理并轉化為適合學生課堂探究的小課題，讓學生親歷探究過程，體驗科學探究的魅力，同時加強了科學方法教育，并且初步學習科學實驗的設計。在評價模型時培養了學生的批判性思維能力，并體驗了科學結論的可修正性與發展性。經歷了主體性探究活動后，對流動鑲嵌模型的接受是水到渠成的，這樣既避免了傳統教學方法導致的死記硬背現象，又能使學生在思維與推理能力上得到發展。并且學生能夠在大量的感知、表象、與再造想象的基礎上借助自己的分析與探究實現對流動鑲嵌模型的間接理解。

1.2 學情分析高中學生具備了一定的觀察和認知能力，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度。2．設計思路與探究性學習的程序

本節課蘊含有豐富的科學史教育素材。《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，所以，本教學設計充分利用科學家的實驗以及所提出的假說，有效引導學生對其進行分析與評價，在這個過程中轉變學生的接受學習方式，讓他們充分進行自主、合作、探究性學習，在問題引導下積極思維，在合作討論中有效學習，在評價中感受探索的樂趣，在整個探究性學習中升華知識。制作多媒體課件，以便于展示相關資料和圖片，提高課堂教學效率，使直觀性增強，學生更易于接受。探究學習流程如下： 3.教學過程 3.1 引出課題

我們已經學習了生命系統的有關知識，同學們想一想：①最小的生命系統是什么？②最小生命系統的邊界是什么？③細胞膜有哪些功能？④如果讓你制作一個真核細胞模型，制作細胞膜的材料有：塑料袋、普通布和彈力布，根據結構與功能相適應的觀點分析，用哪種材料做細胞膜，更適于體現細胞膜的特點？為什么？以上問題依次提出，把學生的思維引向思考細胞膜的結構特點如何。在學生回答的基礎上繼續提問：彈力布有彈性，那它能完全具備生物膜的特點嗎？ 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。

此時給學生明確學習目標：①學會如何分析實驗，體驗科學分析與推理；②初步學習實驗設計；③學習如何客觀評價科學學說，體驗科學研究與發現的特征。3.2 基于科學史資料的學生課堂探究活動 下述資料全部用多媒體課件呈現。

資料一：歐文頓（E.Overton）的物質通透性實驗（1895年）

用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗，發現脂質更容易通過細胞膜。

提出問題：①根據你所學習的有關知識，你能得出什么結論？②生物膜是由脂質組成的，這個結論的依據是對現象的推理分析還是對膜成分的提取和鑒定？③在推理分析得到結論之后還有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定嗎？④為什么一開始不對生物膜直接進行提取、分離和鑒定呢？

學生按照學習小組進行交流、討論，小組代表回答，其他小組進行補充、評價與修正，教師總結。在這個過程中，學生根據實驗結果進行科學推理，得出結論。不僅如此，從科學方法入手，還使學生學習了科學假設的提出，并認同假設必須有實驗支持，假設經過實驗的進一步驗證才能成為科學理論。最后告訴學生，后來的科學研究表明，細胞膜的確含有大量脂質，其中主要是磷脂分子。

資料二：荷蘭科學家Gorter和Grendel的紅細胞膜實驗（1925年）

兩位科學分離純化了紅細胞膜，從一定數量的紅細胞膜中抽提脂類，在水面上進行展層，并比較展層后的脂單層面積和根據體積所推算紅細胞的總面積，發現提取的脂分子鋪展后所測面積同實際測量的紅細胞的總表面積之比為（1.8～2.2）∶1，約為兩倍。提出問題：假如讓你幫助當時的科學家分析，大膽地展開你的想象力，你能提出什么假說？ 這個問題能有效訓練科學推理能力和創新思維能力?？梢宰寣W生討論2分鐘，通過討論與交流，可以想到細胞膜中可能是雙層脂質分子，順利提出假說。

資料三：朗姆瓦（Langmuir）的磷脂分子實驗（1917年，在Gorter和Grendel之前）

將磷脂溶于苯和水中，當苯揮發完以后，磷脂分子分布散亂，經過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且磷脂分子的一端都浸入水中，另一端浮于水面。為什么會出現這種實驗現象呢？ 由于學生對磷脂分子一無所知，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。所以磷脂分子在水的表面排布時，親水端浸入水中，疏水端浮于水面（學生對分子的極性及相似相容原理不理解，教師可以舉例略作解釋）。該問題的解決主要是為學生探究細胞膜內磷脂分子的排布方式做好準備。

學生了解磷脂分子的結構與特性后，教師可以提出新問題，引導學生繼續探究。我們已經知道了細胞中有2層磷脂分子，也知道了磷脂分子的結構與特性，這兩層磷脂分子在細胞膜中是怎樣排布的呢？有多少種可能的排布方式？請在紙上畫出你認為所有可能的排布方式。建議教師讓三位學生到黑板上去畫，其余學生在紙上畫，以便于檢查和評價學生的結果。一般情況下，學生可以畫出下列四種可能的排布方式：

提出問題：同學們，根據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。（根據學生的討論或回答情況，可以適當提示：細胞膜的內、外兩側是怎樣的環境？磷脂分子在兩側都是水溶液的環境中應該以怎樣的狀態存在呢？）在這個探究活動中，學生利用已有的知識進行科學推理與分析，細胞內外都是水溶液，磷脂分子頭部親水而尾部疏水，所以雙層磷脂分子的頭部朝向細胞膜的兩側，尾部均朝向膜中間，即尾對尾。這種理解屬于深層次理解，達到了知其然更知其所以然。

資料四：2O世紀初，科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發現細胞膜不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶分解。提出問題：從該實驗你能得出什么結論? 學生對蛋白酶的專一性還不是很了解，可以通過下列問題提示：①初中生物課上我們學習了食物的消化，食物中的蛋白質是在哪里開始化學性消化的？為什么？②胃蛋白酶可以消化淀粉和脂肪嗎？為什么？

通過上述問題，學生會很順利地推理出“細胞膜中含有蛋白質”這一結論。此時新問題順勢而出：我們已經知道了細胞膜中的磷脂雙分子層的排布方式，蛋白質在細胞膜中是如何分布的？和磷脂雙分子層位置關系如何？

資料五：羅伯特森（J.D.Robertsen）的電鏡實驗（1959年）

用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結構。厚約7.5 nm，由厚約3.5 nm的較亮層，以及內外表面各為厚約2 nm的較暗層構成。

提出問題：你認為該實驗結果說明了什么問題？（可以提示學生，當時羅伯特森用鋨酸處理了實驗材料，蛋白質經鋨酸作用后形成高電子密度的鋨黑，在電鏡下可見。）

這個問題學生很容易能回答出來。然后告訴學生，羅伯特森于1959年提出了單位膜模型：連續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。

介紹單位膜模型后，告訴學生單位膜模型有其不足之處。1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）利用免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果證明，膜蛋白主要為球形結構。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，蛋白質分子不僅在膜的兩側，中間也有。這就推翻了羅伯特森認為的蛋白質只在膜的兩側的觀點。提出問題：根據以前所學知識，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。讓學生利用已有的知識評價單位膜模型，有利于學生批判性思維能力的提高，并且能很好地讓學生認同科學理論的可修正性，對于情感態度與價值觀目標的達成起到很好的作用。但是這個問題有一定難度，教師可以提示學生：關于第二點不足，我們再看一看單位膜模型的基本內容，其中提到“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”，這樣羅伯特森就把蛋白質和磷脂看作了靜止的結構，同學們想一想，你們認為這個觀點正確嗎？能不能根據我們所學的知識找到反駁的證據？

學生可以找到有關證據，如變形蟲的運動，白細胞的吞噬作用等，此時，教師可以通過多媒體展示變形蟲的運動和細胞融合實驗，告訴學生兩個物種的細胞可以在促融劑的作用下融合為一個，這就充分說明了細胞膜不是靜止的。關于細胞融合實驗，既讓學生對細胞膜的流動性有了感性認識，又為后面引導學生進行實驗設計埋下了伏筆。

提出問題：20世紀60年代，就有人對單位膜的靜態觀點提出異議。后來，科學家的繼續研究發現，細胞膜不是靜止的，而是具有一定的流動性，如果讓你們設計一種實驗方法，去研究這個問題，你認為實驗該如何進行？

由于學生對實驗設計比較陌生，所以采用問題引導式進行教學，讓學生一步步走向成功，體驗成功的樂趣。①膜的流動性，從微觀上是如何體現的？②觀察到什么現象才能說明細胞膜上的蛋白質分子是運動的？③不做任何處理的細胞，其膜蛋白分子的運動直接在顯微鏡下觀察可以嗎？④染色時要注意什么問題？染料應該有什么特點？⑤應該怎樣對細胞進行染色？⑥細胞那么??？可能一半染一種顏色，另一半染其他顏色嗎？怎樣能得到兩個半球不一樣顏色的細胞？ 以上問題，采用臺階遞進式提出，引導學生步步深入，在這個過程中學生思維能力和實驗探究能力的提高是必然的。然后出示資料六，告訴學生，科學家和我們想的是一樣的。讓學生體驗成功的快樂。

資料六：Larry Frye等的人、鼠細胞融合實驗（1970年）利用免疫熒光染色技術，將人和鼠的細胞膜用不同的熒光抗體染料標記后，讓兩種細胞融合，雜交細胞的一半發紅色熒光、另一半發綠色熒光，37℃條件下培養40分鐘，發現兩種熒光抗體均勻分布。1℃條件下培養40分鐘，發現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。

此時，很自然地告訴學生，1972年，桑格和尼克森通過觀察和實驗，并在繼承前人研究成果的基礎上，提出了生物膜分子模型，即流動鑲嵌模型，并被人們所接受。經歷了前面的探究過程，學生接受流動鑲嵌模型是水到渠成的。流動鑲嵌模型的具體內容：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蛋白質分子鑲嵌、貫穿或覆蓋在磷脂雙分子層上； ③在細胞膜的外側，有糖蛋白構成的糖被；④磷脂分子和大多數的蛋白質是可以運動的，體現了膜的流動性。

提出問題：生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。以小組討論的形式進行課堂活動，讓學生對流動鑲嵌模型進行客觀地評價。有利于學生批判性思維能力的發展，并且促進學生認同科學結論的可修正性與發展性，順利達成情感態度與價值觀目標。通過這個過程，學生普遍認識到生物膜的流動鑲嵌模型不是完美無缺的，隨著實驗技術的不斷創新和發展，對膜的研究將更加細致入微，流動鑲嵌模型將會得到進一步的完善。

根據學生的情況，教師還可以介紹Wallach于1975年提出的晶格鑲嵌模型以及Jain和White于1977年提出的板塊鑲嵌模型，其目的是讓學生充分認識到科學理論的發展性，從情感態度與價值觀方面更好地達成教學目標。再提出問題：縱觀整個生物膜模型的研究過程，從科學研究的角度看，你受到了哪些啟示？ 這個問題仍采取小組討論—代表回答—教師評價與總結的方式，問題的探討有助于學生感悟科學研究的過程與特點，對于科學研究的繼承性、合作性、修正性與發展性有更深刻的認識。3.3 布置作業

利用生活廢棄物制作一個細胞膜的流動鑲嵌模型。

該作業的完成有助于學生進一步認識細胞膜的流動鑲嵌模型，并且有助于學生的興趣發展。主要參考文獻：

1.劉本舉．例析科學史的教育功能與教學實踐．生物學教學，2006，2

2.劉本舉．資料型探究活動在課堂教學中的應用和體會．生物學教學，2004，11 英文題目：Teaching designing according to science history about “fluid mosaic model” Key word: fluid mosaic model

science history

Teaching designing 作者： Liu benju 歡迎閱讀本文檔！