第一篇：“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”基于科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)

“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”基于科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì) 劉本舉（濮陽市第一高級(jí)中學(xué)河南濮陽 457000）

摘要：利用生物膜研究的科學(xué)史資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行基于資料的課堂 探究性學(xué)習(xí)，注重學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，達(dá)成知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的三維目標(biāo)。關(guān)鍵詞：流動(dòng)鑲嵌模型科學(xué)史教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 1.教材與學(xué)情分析

1.1 教材分析“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)是人教版《必修1—分子與細(xì)胞》第四章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”的第二節(jié)，是前面第3章“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”第1節(jié)“細(xì)胞膜—系統(tǒng)的邊界”的一個(gè)延伸與拓展，并且和本章第1節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”有密切聯(lián)系，為第三節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡膶W(xué)習(xí)做了知識(shí)準(zhǔn)備，這三節(jié)內(nèi)容的聯(lián)系主線是：功能（實(shí)例）——結(jié)構(gòu)——功能（原理）。所以，本節(jié)在第四章中起著承上啟下的作用。本節(jié)課的主要內(nèi)容有：①科學(xué)家探索細(xì)胞膜化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)的科學(xué)史；②生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型。前者是適合學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的較好素材。把科學(xué)家探索細(xì)胞膜的有關(guān)實(shí)驗(yàn)整理并轉(zhuǎn)化為適合學(xué)生課堂探究的小課題，讓學(xué)生親歷探究過程，體驗(yàn)科學(xué)探究的魅力，同時(shí)加強(qiáng)了科學(xué)方法教育，并且初步學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。在評(píng)價(jià)模型時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維能力，并體驗(yàn)了科學(xué)結(jié)論的可修正性與發(fā)展性。經(jīng)歷了主體性探究活動(dòng)后，對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的接受是水到渠成的，這樣既避免了傳統(tǒng)教學(xué)方法導(dǎo)致的死記硬背現(xiàn)象，又能使學(xué)生在思維與推理能力上得到發(fā)展。并且學(xué)生能夠在大量的感知、表象、與再造想象的基礎(chǔ)上借助自己的分析與探究實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型的間接理解。

1.2 學(xué)情分析高中學(xué)生具備了一定的觀察和認(rèn)知能力，但是對(duì)問題探索的動(dòng)力主要來自對(duì)相關(guān)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(dǎo)向就顯得十分重要。本節(jié)課利用科學(xué)史實(shí)驗(yàn)資料，設(shè)計(jì)學(xué)生要探究的問題，讓學(xué)生在問題引導(dǎo)下進(jìn)行基于資料和問題的課堂探究活動(dòng)，問題的設(shè)計(jì)層層深入，按照學(xué)生的思維水平和能力達(dá)到一定深度，使學(xué)生順利由感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)過度。2．設(shè)計(jì)思路與探究性學(xué)習(xí)的程序

本節(jié)課蘊(yùn)含有豐富的科學(xué)史教育素材。《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出

要注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)，所以，本教學(xué)設(shè)計(jì)充分利用科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)以及所提出的假說，有效引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，在這個(gè)過程中轉(zhuǎn)變學(xué)生的接受學(xué)習(xí)方式，讓他們充分進(jìn)行自主、合作、探究性學(xué)習(xí)，在問題引導(dǎo)下積極思維，在合作討論中有效學(xué)習(xí)，在評(píng)價(jià)中感受探索的樂趣，在整個(gè)探究性學(xué)習(xí)中升華知識(shí)。制作多媒體課件，以便于展示相關(guān)資料和圖片，提高課堂教學(xué)效率，使直觀性增強(qiáng)，學(xué)生更易于接受。探究學(xué)習(xí)流程如下： 3.教學(xué)過程 3.1 引出課題

我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了生命系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，同學(xué)們想一想：①最小的生命系統(tǒng)是什么？②最小生命系統(tǒng)的邊界是什么？③細(xì)胞膜有哪些功能？④如果讓你制作一個(gè)真核細(xì)胞模型，制作細(xì)胞膜的材料有：塑料袋、普通布和彈力布，根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)分析，用哪種材料做細(xì)胞膜，更適于體現(xiàn)細(xì)胞膜的特點(diǎn)？為什么？以上問題依次提出，把學(xué)生的思維引向思考細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如何。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上繼續(xù)提問：彈力布有彈性，那它能完全具備生物膜的特點(diǎn)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(zhì)？究竟具有怎樣的結(jié)構(gòu)？科學(xué)家也是帶著這些問題，對(duì)生物膜進(jìn)行了100多年的探索。今天就讓我們沿著科學(xué)家的足跡，體驗(yàn)整個(gè)探索歷程。

此時(shí)給學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)：①學(xué)會(huì)如何分析實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)分析與推理；②初步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；③學(xué)習(xí)如何客觀評(píng)價(jià)科學(xué)學(xué)說，體驗(yàn)科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)的特征。3.2 基于科學(xué)史資料的學(xué)生課堂探究活動(dòng) 下述資料全部用多媒體課件呈現(xiàn)。

資料一：歐文頓（E.Overton）的物質(zhì)通透性實(shí)驗(yàn)（1895年）

用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜。

提出問題：①根據(jù)你所學(xué)習(xí)的有關(guān)知識(shí)，你能得出什么結(jié)論？②生物膜是由脂質(zhì)組成的，這個(gè)結(jié)論的依據(jù)是對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是對(duì)膜成分的提取和鑒定？③在推理分析得到結(jié)論之后還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？④為什么一開始不對(duì)生物膜直接進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？

學(xué)生按照學(xué)習(xí)小組進(jìn)行交流、討論，小組代表回答，其他小組進(jìn)行補(bǔ)充、評(píng)價(jià)與修正，教師總結(jié)。在這個(gè)過程中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)推理，得出結(jié)論。不僅如此，從科學(xué)方法入手，還使學(xué)生學(xué)習(xí)了科學(xué)假設(shè)的提出，并認(rèn)同假設(shè)必須有實(shí)驗(yàn)支持，假設(shè)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證才能成為科學(xué)理論。最后告訴學(xué)生，后來的科學(xué)研究表明，細(xì)胞膜的確含有大量脂質(zhì)，其中主要是磷脂分子。

資料二：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel的紅細(xì)胞膜實(shí)驗(yàn)（1925年）

兩位科學(xué)分離純化了紅細(xì)胞膜，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞膜中抽提脂類，在水面上進(jìn)行展層，并比較展層后的脂單層面積和根據(jù)體積所推算紅細(xì)胞的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂分子鋪展后所測(cè)面積同實(shí)際測(cè)量的紅細(xì)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(dāng)時(shí)的科學(xué)家分析，大膽地展開你的想象力，你能提出什么假說？ 這個(gè)問題能有效訓(xùn)練科學(xué)推理能力和創(chuàng)新思維能力。可以讓學(xué)生討論2分鐘，通過討論與交流，可以想到細(xì)胞膜中可能是雙層脂質(zhì)分子，順利提出假說。

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

將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后，磷脂分子分布散亂，經(jīng)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(huì)出現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？ 由于學(xué)生對(duì)磷脂分子一無所知，這個(gè)問題應(yīng)該用講授法進(jìn)行教學(xué)。通過多媒體課件展示磷脂分子的結(jié)構(gòu)圖，講解磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性：一個(gè)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(gè)脂肪酸分子構(gòu)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(shí)，親水端浸入水中，疏水端浮于水面（學(xué)生對(duì)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(xué)生探究細(xì)胞膜內(nèi)磷脂分子的排布方式做好準(zhǔn)備。

學(xué)生了解磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性后，教師可以提出新問題，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探究。我們已經(jīng)知道了細(xì)胞中有2層磷脂分子，也知道了磷脂分子的結(jié)構(gòu)與特性，這兩層磷脂分子在細(xì)胞膜中是怎樣排布的呢？有多少種可能的排布方式？請(qǐng)?jiān)诩埳袭嫵瞿阏J(rèn)為所有可能的排布方式。建議教師讓三位學(xué)生到黑板上去畫，其余學(xué)生在紙上畫，以便于檢查和評(píng)價(jià)學(xué)生的結(jié)果。一般情況下，學(xué)生可以畫出下列四種可能的排布方式：

提出問題：同學(xué)們，根據(jù)你們已有的知識(shí)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(xué)生留出充分的討論探究的時(shí)間，然后小組代表回答，其余小組補(bǔ)充、評(píng)價(jià)、修正，最后教師總結(jié)并對(duì)學(xué)生的探究結(jié)果給予肯定。（根據(jù)學(xué)生的討論或回答情況，可以適當(dāng)提示：細(xì)胞膜的內(nèi)、外兩側(cè)是怎樣的環(huán)境？磷脂分子在兩側(cè)都是水溶液的環(huán)境中應(yīng)該以怎樣的狀態(tài)存在呢？）在這個(gè)探究活動(dòng)中，學(xué)生利用已有的知識(shí)進(jìn)行科學(xué)推理與分析，細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞膜的兩側(cè)，尾部均朝向膜中間，即尾對(duì)尾。這種理解屬于深層次理解，達(dá)到了知其然更知其所以然。

資料四：2O世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會(huì)被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。提出問題：從該實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論? 學(xué)生對(duì)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(xué)習(xí)了食物的消化，食物中的蛋白質(zhì)是在哪里開始化學(xué)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(xué)生會(huì)很順利地推理出“細(xì)胞膜中含有蛋白質(zhì)”這一結(jié)論。此時(shí)新問題順勢(shì)而出：我們已經(jīng)知道了細(xì)胞膜中的磷脂雙分子層的排布方式，蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中是如何分布的？和磷脂雙分子層位置關(guān)系如何？

資料五：羅伯特森（J.D.Robertsen）的電鏡實(shí)驗(yàn)（1959年）

用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)。厚約7.5 nm，由厚約3.5 nm的較亮層，以及內(nèi)外表面各為厚約2 nm的較暗層構(gòu)成。

提出問題：你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么問題？（可以提示學(xué)生，當(dāng)時(shí)羅伯特森用鋨酸處理了實(shí)驗(yàn)材料，蛋白質(zhì)經(jīng)鋨酸作用后形成高電子密度的鋨黑，在電鏡下可見。）

這個(gè)問題學(xué)生很容易能回答出來。然后告訴學(xué)生，羅伯特森于1959年提出了單位膜模型：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(cè)，極性端朝向膜外兩側(cè)，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(jié)合，從而形成蛋白質(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)的三層結(jié)構(gòu)，稱之為單位膜。

介紹單位膜模型后，告訴學(xué)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(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，蛋白質(zhì)分子不僅在膜的兩側(cè)，中間也有。這就推翻了羅伯特森認(rèn)為的蛋白質(zhì)只在膜的兩側(cè)的觀點(diǎn)。提出問題：根據(jù)以前所學(xué)知識(shí)，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(xué)生利用已有的知識(shí)評(píng)價(jià)單位膜模型，有利于學(xué)生批判性思維能力的提高，并且能很好地讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)理論的可修正性，對(duì)于情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)的達(dá)成起到很好的作用。但是這個(gè)問題有一定難度，教師可以提示學(xué)生：關(guān)于第二點(diǎn)不足，我們?cè)倏匆豢磫挝荒つＰ偷幕緝?nèi)容，其中提到“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(jié)合”，這樣羅伯特森就把蛋白質(zhì)和磷脂看作了靜止的結(jié)構(gòu)，同學(xué)們想一想，你們認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)正確嗎？能不能根據(jù)我們所學(xué)的知識(shí)找到反駁的證據(jù)？

學(xué)生可以找到有關(guān)證據(jù)，如變形蟲的運(yùn)動(dòng)，白細(xì)胞的吞噬作用等，此時(shí)，教師可以通過多媒體展示變形蟲的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，告訴學(xué)生兩個(gè)物種的細(xì)胞可以在促融劑的作用下融合為一個(gè)，這就充分說明了細(xì)胞膜不是靜止的。關(guān)于細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，既讓學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜的流動(dòng)性有了感性認(rèn)識(shí)，又為后面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)埋下了伏筆。

提出問題：20世紀(jì)60年代，就有人對(duì)單位膜的靜態(tài)觀點(diǎn)提出異議。后來，科學(xué)家的繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜不是靜止的，而是具有一定的流動(dòng)性，如果讓你們?cè)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，去研究這個(gè)問題，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)該如何進(jìn)行？

由于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較陌生，所以采用問題引導(dǎo)式進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生一步步走向成功，體驗(yàn)成功的樂趣。①膜的流動(dòng)性，從微觀上是如何體現(xiàn)的？②觀察到什么現(xiàn)象才能說明細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子是運(yùn)動(dòng)的？③不做任何處理的細(xì)胞，其膜蛋白分子的運(yùn)動(dòng)直接在顯微鏡下觀察可以嗎？④染色時(shí)要注意什么問題？染料應(yīng)該有什么特點(diǎn)？⑤應(yīng)該怎樣對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色？⑥細(xì)胞那么小？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(gè)半球不一樣顏色的細(xì)胞？ 以上問題，采用臺(tái)階遞進(jìn)式提出，引導(dǎo)學(xué)生步步深入，在這個(gè)過程中學(xué)生思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力的提高是必然的。然后出示資料六，告訴學(xué)生，科學(xué)家和我們想的是一樣的。讓學(xué)生體驗(yàn)成功的快樂。

資料六：Larry Frye等的人、鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（1970年）利用免疫熒光染色技術(shù)，將人和鼠的細(xì)胞膜用不同的熒光抗體染料標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，37℃條件下培養(yǎng)40分鐘，發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。1℃條件下培養(yǎng)40分鐘，發(fā)現(xiàn)細(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了什么問題？

學(xué)生通過思考很容易得出結(jié)論：細(xì)胞膜不是靜止的。而是具有一定的流動(dòng)性，并且流動(dòng)性的強(qiáng)弱和溫度有關(guān)。

此時(shí)，很自然地告訴學(xué)生，1972年，桑格和尼克森通過觀察和實(shí)驗(yàn)，并在繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了生物膜分子模型，即流動(dòng)鑲嵌模型，并被人們所接受。經(jīng)歷了前面的探究過程，學(xué)生接受流動(dòng)鑲嵌模型是水到渠成的。流動(dòng)鑲嵌模型的具體內(nèi)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(cè)，疏水性的尾部相對(duì)朝向內(nèi)側(cè)； ②蛋白質(zhì)分子鑲嵌、貫穿或覆蓋在磷脂雙分子層上； ③在細(xì)胞膜的外側(cè)，有糖蛋白構(gòu)成的糖被；④磷脂分子和大多數(shù)的蛋白質(zhì)是可以運(yùn)動(dòng)的，體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性。

提出問題：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請(qǐng)說說你的看法。以小組討論的形式進(jìn)行課堂活動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)流動(dòng)鑲嵌模型進(jìn)行客觀地評(píng)價(jià)。有利于學(xué)生批判性思維能力的發(fā)展，并且促進(jìn)學(xué)生認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的可修正性與發(fā)展性，順利達(dá)成情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)。通過這個(gè)過程，學(xué)生普遍認(rèn)識(shí)到生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不是完美無缺的，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)膜的研究將更加細(xì)致入微，流動(dòng)鑲嵌模型將會(huì)得到進(jìn)一步的完善。

根據(jù)學(xué)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(xué)生充分認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論的發(fā)展性，從情感態(tài)度與價(jià)值觀方面更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。再提出問題：縱觀整個(gè)生物膜模型的研究過程，從科學(xué)研究的角度看，你受到了哪些啟示？ 這個(gè)問題仍采取小組討論—代表回答—教師評(píng)價(jià)與總結(jié)的方式，問題的探討有助于學(xué)生感悟科學(xué)研究的過程與特點(diǎn)，對(duì)于科學(xué)研究的繼承性、合作性、修正性與發(fā)展性有更深刻的認(rèn)識(shí)。3.3 布置作業(yè)

利用生活廢棄物制作一個(gè)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。

該作業(yè)的完成有助于學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型，并且有助于學(xué)生的興趣發(fā)展。主要參考文獻(xiàn)：

1.劉本舉．例析科學(xué)史的教育功能與教學(xué)實(shí)踐．生物學(xué)教學(xué)，2006，2

2.劉本舉．資料型探究活動(dòng)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用和體會(huì)．生物學(xué)教學(xué)，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！

第二篇：“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)整合科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)

“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)整合科學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)

李高梅

（廣東省佛山市順德區(qū)華僑中學(xué)

528333）教材分析

本節(jié)內(nèi)容選自人教版高中生物必修1《分子與細(xì)胞》第4章第2節(jié)。

該節(jié)內(nèi)容在編排上按時(shí)間順序介紹了科學(xué)家對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的一些重要實(shí)驗(yàn)和推論，旨在讓學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，使學(xué)生宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，自然而然地接受流動(dòng)鑲嵌模型的理論，同時(shí)加深對(duì)科學(xué)過程與方法的理解。教學(xué)目標(biāo)

1）通過對(duì)科學(xué)史材料的分析與討論，使學(xué)生了解生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，知道生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容，加深對(duì)生物膜組成成分和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的理解。

2）了解科學(xué)探究的一般方法，樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辨證思想，感受科學(xué)研究的艱辛歷程。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、科學(xué)家探索生物膜結(jié)構(gòu)歷程的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。

2）難點(diǎn)：流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容、結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辨證思想。教學(xué)過程

4．1 以史實(shí)背景設(shè)疑，導(dǎo)入新課，讓學(xué)生感受、學(xué)習(xí)科學(xué)家的創(chuàng)新精神

首先讓學(xué)生完成填空：細(xì)胞膜主要由____和______組成。此外，還有少量的____。

接著提出問題：19世紀(jì)末，科學(xué)家已經(jīng)推知細(xì)胞膜的主要成分。但細(xì)胞膜很薄，光學(xué)顯微鏡觀察不到它細(xì)微的結(jié)構(gòu)，電子顯微鏡又還沒誕生；且受當(dāng)時(shí)物質(zhì)分離提純技術(shù)的制約，也無法采用分離提純的方法來測(cè)定它的組成。在這樣的情況下，你知道科學(xué)家當(dāng)初是怎樣得知細(xì)胞膜是由這些成分組成的嗎？由此引出科學(xué)家另劈新徑，從生理功能——膜的通透性入手，自然導(dǎo)入新課，同時(shí)讓學(xué)生感受、學(xué)習(xí)科學(xué)家的創(chuàng)新精神。

4．2以史料分析為主線，再現(xiàn)生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程，讓學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)

生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生若不理解，就會(huì)陷入死記硬背的泥潭。若從科學(xué)史入手，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生了解知識(shí)的產(chǎn)生與發(fā)展過程，學(xué)生就能心領(lǐng)神會(huì)，自主完成知識(shí)的建構(gòu)。在教學(xué)中我是這樣做的，首先出示

資料1：19世紀(jì)末歐文頓（E.Overton）用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。

提出問題1：根據(jù)物質(zhì)相似相溶原理，分析上述材料，你能得出什么推論？科學(xué)家得出什么結(jié)論？你的結(jié)論與科學(xué)家一樣嗎？改變教材直接呈現(xiàn)科學(xué)家結(jié)論的做法，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家的思維過程，提升思維能力，自主建構(gòu)知識(shí)。當(dāng)學(xué)生得知自己的想法與科學(xué)家一致時(shí)，成功的喜悅溢于言表，學(xué)習(xí)的自信心和內(nèi)驅(qū)力得到加強(qiáng)。

解決問題1后，提出問題2：歐文頓的推論是否正確？最初認(rèn)識(shí)到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析得出的。有沒有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？使學(xué)生在思考與討論中初步了解模型建構(gòu)的一般方法。

提出問題3：歐文頓用500多種物質(zhì)，通過上萬次實(shí)驗(yàn)，這些數(shù)據(jù)又說明了什么？從而讓學(xué)生感知科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、艱巨性，得出的結(jié)論應(yīng)該具有普遍性的道理，從中受到科學(xué)精神的熏陶。

提出問題4：細(xì)胞膜中除含有脂質(zhì)外，還有沒有其他成分呢？

分析資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞分離出來，通過化學(xué) 1 分析表明，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。

提出問題5：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子是如何組成細(xì)胞膜的呢？激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的探究欲望，過渡到資料3的學(xué)習(xí)。

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

依然采取改變教材直接呈現(xiàn)科學(xué)家結(jié)論的做法，給學(xué)生提出以下問題：由此，你得出什么結(jié)論？科學(xué)家得出什么結(jié)論？讓學(xué)生繼續(xù)體會(huì)科學(xué)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(xì)胞表面積的2倍”啟發(fā)學(xué)生思考，但仍有相當(dāng)部分學(xué)生不理解推論，情急之中，我將一張練習(xí)紙對(duì)折，問學(xué)生：“對(duì)折前你們看到的紙的面積是對(duì)折后的幾倍？”——“2倍！”“原來這張紙是單層的，對(duì)折后變成幾層？”——“2層！”“那么根據(jù)材料3推測(cè)，脂質(zhì)分子構(gòu)成細(xì)胞膜應(yīng)該排列成幾層？”——學(xué)生豁然開朗答：“2層！”。這樣學(xué)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(shí)，我把這一靈感記錄下來，作為對(duì)自己的褒獎(jiǎng)。

為了改變學(xué)生淺嘗輒止的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)會(huì)將前后知識(shí)融會(huì)貫通，提升學(xué)生思維能力，我以史料3為引子進(jìn)行變式訓(xùn)練，問學(xué)生：

1、若將資料3中的“紅細(xì)胞”改為“口腔上皮細(xì)胞”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得單分子層的面積仍然恰為口腔上皮細(xì)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(xì)胞”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果又將怎樣呢？為什么？巧借科學(xué)史，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性、深刻性。

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

問題3：蛋白質(zhì)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(xì)胞膜由“暗—亮—暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。他大膽提出：生物膜是由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。

羅伯特森的“三明治”靜態(tài)結(jié)構(gòu)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(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。為了便于學(xué)生找出它的不足，我播放質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原，變形蟲吞噬纖毛蟲、酵母菌出芽生殖、精卵結(jié)合的視頻動(dòng)畫，讓學(xué)生直觀地感知細(xì)胞膜不是靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的彈性結(jié)構(gòu)，同時(shí)也讓學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)要與功能想適應(yīng)的觀點(diǎn)。

有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)的呢？

資料5：圖文結(jié)合介紹熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。

問學(xué)生：看到了什么現(xiàn)象？這種現(xiàn)象說明了什么？再一次讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的思維過程，讓學(xué)生自己得出結(jié)論。接著我讓學(xué)生在原來畫的脂雙層中添加蛋白質(zhì)，畫出自己認(rèn)為的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型圖。當(dāng)學(xué)生畫好后，我讓學(xué)生把自己畫的圖與桑格和尼克森提出的流動(dòng)鑲嵌模型進(jìn)行對(duì)照，明確脂雙層的排列方式和蛋白質(zhì)的三種分布情況。請(qǐng)畫得比較好、與流動(dòng)鑲嵌模型接近的學(xué)生舉手，給予充分的肯定，幽默地稱他們是當(dāng)代的桑格、尼克森，并選出代表描述流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。學(xué)生的成就感油然而生，課堂氣氛輕松活躍。4．3利用科學(xué)史素材，創(chuàng)設(shè)糖蛋白學(xué)習(xí)情景，指導(dǎo)學(xué)習(xí)方法

教科書的特點(diǎn)是圖文并茂、互為補(bǔ)充，文字簡練，材料精選。但學(xué)生往往不善于圖文結(jié)合去閱讀理解知識(shí)。為了養(yǎng)成學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，當(dāng)學(xué)生基本理解、接受了“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”學(xué)說后，我提醒學(xué)生看黑板，喚起他們的有意注意，接著在“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”示意圖中寫上水的分子式并加上一個(gè)箭頭（如圖1所示），問學(xué)生：你能告訴我 2 這樣表示細(xì)胞吸水還是失水嗎？大部分學(xué)生表現(xiàn)出一臉茫然！只有個(gè)別學(xué)生怯生生的小聲回答：吸水。我及時(shí)抓住學(xué)生困惑之時(shí)機(jī)，再設(shè)一個(gè)問題作鋪墊：要判斷細(xì)胞吸水還是失水，我們必須先判斷哪一側(cè)是外側(cè)，哪一側(cè)是內(nèi)側(cè)，那么根據(jù)什么來判斷膜的外側(cè)與內(nèi)側(cè)呢？這樣利用科學(xué)史素材，創(chuàng)設(shè)新的問題情景，將學(xué)生的探究欲望再一次激發(fā)起來，為糖蛋白的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了有利情景，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生圖文結(jié)合深刻理解知識(shí)的習(xí)慣與能力也大有裨益。

圖1 4．4課堂小結(jié)

為了加深學(xué)生對(duì)科學(xué)過程與方法的理解，在新課結(jié)束時(shí)，我再次以問題的形式啟發(fā)學(xué)生思考：

1、縱觀生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，請(qǐng)大家想想科學(xué)家建構(gòu)模型的一般方法是什么？

2、在探索生物膜結(jié)構(gòu)的過程中，科學(xué)家應(yīng)用了哪些實(shí)驗(yàn)技術(shù)？

3、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步在科學(xué)探索中起到了怎樣的作用？使學(xué)生進(jìn)一步理解建立模型的一般方法，明確實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步在科學(xué)探索中所起的推動(dòng)作用。教后反思

該設(shè)計(jì)是高一年級(jí)的新課教學(xué)，是我們研究課題——“人教版高中生物，必修模塊里生物科學(xué)史在教學(xué)中的應(yīng)用研究”和“信息技術(shù)環(huán)境下，生物科學(xué)史教學(xué)策略研究”中的一個(gè)課例。自我評(píng)價(jià)有五處亮點(diǎn)：

1）以問題為引導(dǎo)，讓學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，體驗(yàn)科學(xué)家的思維過程，實(shí)現(xiàn)了“在過程中學(xué)習(xí)，在過程中生成知識(shí)”的教學(xué)思想。

2）以史料3為引子設(shè)計(jì)變式訓(xùn)練，將科學(xué)史與思維訓(xùn)練有機(jī)地結(jié)合在一起。3）將紙對(duì)折幫助學(xué)生理解荷蘭科學(xué)家的推論，簡單有效。

4）創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生得出與科學(xué)家一致的結(jié)論，體驗(yàn)成功的喜悅，激起學(xué)習(xí)的熱情。5）創(chuàng)造性地利用流動(dòng)鑲嵌模型示意圖，加注水的分子式與箭頭，問學(xué)生：表示細(xì)胞吸水還是失水？為糖蛋白的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情景，效果很好，細(xì)中見巧。

有人說：課堂教學(xué)是一門遺憾的藝術(shù)。本節(jié)課的教學(xué)也不例外，有學(xué)生提出：羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜由“暗—亮—暗”的三層結(jié)構(gòu)組成，為什么是蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)？而不是脂質(zhì)—蛋白質(zhì)—脂質(zhì)，磷脂分子不是雙層的嗎？由于課前預(yù)設(shè)不足，當(dāng)時(shí)沒作詳細(xì)解釋。

第三篇：“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)

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

摘 要 從激發(fā)興趣、閱讀分析、小組合作、動(dòng)手模擬、體驗(yàn)技術(shù)、歸納創(chuàng)新這幾個(gè)方面完成“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)的教學(xué)過程，通過探究讓學(xué)生凝聚到學(xué)習(xí)活動(dòng)中來，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在知識(shí)、能力和情感領(lǐng)域的自主發(fā)展。

關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)成分 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 流動(dòng)鑲嵌模型 小組合作

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

教材分析

“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一課是人教版《分子與細(xì)胞》第四章第二節(jié)的內(nèi)容，與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”所反映的生物膜對(duì)物質(zhì)的進(jìn)出控制具有選擇性等知識(shí)點(diǎn)有一定的聯(lián)系，并作為第三節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡幕A(chǔ)。整章內(nèi)容表現(xiàn)為“實(shí)例――結(jié)構(gòu)――功能”的結(jié)構(gòu)體系，本節(jié)內(nèi)容起承上啟下的作用。高中學(xué)生已具備了一定的觀察、認(rèn)知和思維能力，對(duì)事物的本質(zhì)具有探索的欲望，但往往缺乏思考的連續(xù)性和邏輯性。本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)旨在教師的引導(dǎo)下，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，在實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)領(lǐng)域發(fā)展的同時(shí)，使學(xué)生的能力和情感也得到提升。教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo)

① 簡述生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容；

② 舉例說明生物膜具有的流動(dòng)性特點(diǎn)。

2.2 能力目標(biāo)

① 分析科學(xué)家建立生物膜結(jié)構(gòu)模型過程，嘗試提出問題，大膽做出假設(shè)；

② 發(fā)揮空間想象能力，構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

① 形成生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)辨證觀點(diǎn)；

② 認(rèn)同技術(shù)的發(fā)展在科學(xué)研究中的作用，形成用發(fā)展的觀點(diǎn)看待科學(xué)的觀念。教學(xué)重難點(diǎn)

3.1 教學(xué)重點(diǎn)

① 對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程；

② 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說的基本內(nèi)容。

3.2 教學(xué)難點(diǎn)

① 探討建立生物膜模型的過程，如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)；

② 生物膜的流動(dòng)性特點(diǎn)。教學(xué)過程

4.1 播放動(dòng)畫，導(dǎo)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(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度分析哪種材料更加類似于變形蟲的細(xì)胞膜。學(xué)生很快回答：彈力布。教師追問原因，引導(dǎo)學(xué)生分析出因?yàn)閺椓Σ季哂袆?dòng)態(tài)的特點(diǎn)。繼續(xù)追問包括細(xì)胞膜在內(nèi)的生物膜的結(jié)構(gòu)到底是怎樣，引出課題。

設(shè)計(jì)意圖：通過動(dòng)畫使學(xué)生的注意力迅速聚焦到課堂，在幾種材料的取舍中，學(xué)生確立了生物膜動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，為課堂教學(xué)的順利開展做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

4.2 閱讀資料，分析結(jié)構(gòu)成分

教師展示資料一：

19世紀(jì)末，歐文頓選用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次的研究，發(fā)現(xiàn)脂溶性分子易透過細(xì)胞膜；而非脂溶性分子則難以通過。20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會(huì)被能溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。

教師提出問題：閱讀資料，你認(rèn)為生物膜的成分是什么？為什么這么認(rèn)為？閱讀后對(duì)于科學(xué)研究的過程有何體會(huì)？

設(shè)計(jì)意圖：資料及問題比較簡單，學(xué)生閱讀分析可自主解答前兩個(gè)問題，有利于培養(yǎng)高中生自主學(xué)習(xí)、獲取信息的能力。同時(shí)學(xué)生感受到科學(xué)研究的反復(fù)性和艱苦性，體會(huì)到崇高的科研精神，對(duì)其情感、態(tài)度與價(jià)值觀的發(fā)展具有引導(dǎo)作用。

4.3 利用教具，建立結(jié)構(gòu)模型

教師展示資料二：

1925年，荷蘭科學(xué)家E.Gorter和F.Grendel用丙酮分離出哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞膜中的脂質(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)胞表面積的2倍。

教師提出問題：“膜內(nèi)的磷脂分子鋪成單層后，面積就會(huì)擴(kuò)大兩遍，對(duì)此現(xiàn)象如何解釋”？

學(xué)生在討論后得出膜內(nèi)有兩層磷脂分子的結(jié)論。

教師講解磷脂分子具有親水性頭部和疏水性尾部知識(shí)，要求學(xué)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(dòng)手設(shè)計(jì)膜中磷脂分子的排布方式。

在學(xué)生對(duì)于磷脂分子性質(zhì)掌握的基礎(chǔ)之上，分小組討論并利用道具模擬設(shè)計(jì)膜內(nèi)磷脂分子的排布方式。

設(shè)計(jì)意圖：磷脂分子的排布是微觀的，學(xué)生缺乏形象認(rèn)識(shí)。教師若直接展示結(jié)構(gòu)模型，必然失去探究性學(xué)習(xí)的過程，不能獲得較好的教學(xué)效果。通過教師引導(dǎo)學(xué)生逐步進(jìn)入探究的殿堂，學(xué)生小組合作探究到兩層磷脂分子的排布方式，既使學(xué)生感受學(xué)習(xí)的樂趣，又增強(qiáng)小組分工合作的能力。學(xué)生對(duì)本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)可能會(huì)遇到瓶頸。首先學(xué)生不一定能準(zhǔn)確的得出“雙層磷脂分子”的結(jié)論，后續(xù)過程將很 難開展，筆者在這種情況下利用學(xué)案的對(duì)折和展開的對(duì)比分析進(jìn)行突破。第二個(gè)瓶頸是學(xué)生可能會(huì)對(duì)磷脂分子的性質(zhì)掌握不透徹或者即使在掌握了磷脂分子親疏水性，在設(shè)計(jì)膜中磷脂分子的排布方式的環(huán)節(jié)中也會(huì)粘貼出“頭部相靠，尾部朝向兩側(cè)”的錯(cuò)誤模型，所以在小組動(dòng)手操作之前教師可以以人紅細(xì)胞為例介紹膜外和膜內(nèi)的液體環(huán)境。

教師引導(dǎo)：我們共同設(shè)計(jì)出細(xì)胞膜中磷脂分子的排布模式圖（圖2）。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)完成了嗎？還缺什么？蛋白質(zhì)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(xì)胞膜清晰的暗-亮-暗三層結(jié)構(gòu)。通過課件中語音介紹電子顯微鏡技術(shù)：“電子顯微鏡是用電子束照射被檢樣品，與不同物質(zhì)發(fā)生碰撞而產(chǎn)生不同散射度。因蛋白質(zhì)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(zhì)―脂質(zhì)―蛋白質(zhì)”構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)模型，并且描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。對(duì)此你認(rèn)同嗎？

第四篇：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型教學(xué)設(shè)計(jì)

第二節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型教學(xué)設(shè)計(jì)

李思虎

【教材分析】

人教版必修1第4章共3節(jié)內(nèi)容，第1節(jié)《物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例》，第2節(jié)《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》，第3節(jié)《物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健贰５?節(jié)主要說明細(xì)胞膜是選擇透過性膜，膜為什么具有選擇透過性？這與膜結(jié)構(gòu)有關(guān)，膜結(jié)構(gòu)又是解釋物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞降幕A(chǔ)。這3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)內(nèi)容在第4章中起著承上啟下的作用，有助于幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

本節(jié)主要包括兩大部分內(nèi)容：

1、科學(xué)家對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。利用科學(xué)史教育素材，通過引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，使學(xué)生切身感受科學(xué)的魅力，加深對(duì)科學(xué)過程和方法的理解，明白科學(xué)發(fā)現(xiàn)是長期的過程；科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說并非一成不變，需要不斷修正、發(fā)展和完善；科學(xué)發(fā)展與技術(shù)有很大的關(guān)系，技術(shù)的進(jìn)步可以更好地促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。

2、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在眾多對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的假說中，細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型是目前人們普遍認(rèn)同的，能較好地解釋人們對(duì)細(xì)胞膜功能的認(rèn)識(shí)，學(xué)生必須展開想象力，通過制作模型等，構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)，理解和掌握生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本要點(diǎn)。【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)與技能

①通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，闡述科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。

②舉例說明生物膜具有流動(dòng)性特點(diǎn)。

③簡述生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。

2．過程與方法

①通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，學(xué)習(xí)做出假設(shè)。

②發(fā)揮空間想象力，通過制作模型，構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。

3．情感態(tài)度與價(jià)值觀

①生物膜結(jié)構(gòu)的研究是立足于生物膜所具有的功能特點(diǎn)上開展的，樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辯證唯物主義自然觀。

②正確認(rèn)識(shí)科學(xué)價(jià)值觀，理解假說的提出要有實(shí)驗(yàn)和觀察的依據(jù)，需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂螅⑼ㄟ^實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

③正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的進(jìn)步在促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展中的作用。

【教學(xué)重點(diǎn)】流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。

【教學(xué)難點(diǎn)】探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

【教學(xué)方法】談話法、探究法 【教具準(zhǔn)備】多媒體課件 【課時(shí)安排】1課時(shí) 【教學(xué)過程】

一、創(chuàng)設(shè)情境，興趣導(dǎo)入

PPT展示細(xì)胞膜詩一首，引入細(xì)胞膜的功能。是誰

隔開了原始海洋的動(dòng)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(bào)安康。沒有你，我會(huì)是何等模樣！

教師：鳥兒會(huì)飛是因?yàn)橛谐岚颍~兒會(huì)游是因?yàn)橛辛骶€型的身體和鰭，是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)決定功能，要知道細(xì)胞膜為什么有這些功能就需要了解它的結(jié)構(gòu)。

二、探究細(xì)胞膜的組成成分

呈現(xiàn)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)：凡是可溶于脂質(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。

探究：依據(jù)E.Overton所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你們能得出什么結(jié)論？

學(xué)生分析得出結(jié)論，體驗(yàn)推理過程。（細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成）

引導(dǎo)學(xué)生提出新問題：細(xì)胞膜中的磷脂分子如何排列的呢？

呈現(xiàn)科學(xué)史料：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家對(duì)血影的研究，他們用丙酮抽提細(xì)胞膜中的脂類物質(zhì)在水面鋪成單分子層，聚攏后測(cè)得的總面積是紅細(xì)胞表面積的2倍。

設(shè)問1：依據(jù)所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你們能得出什么結(jié)論？

認(rèn)真思考得出結(jié)論：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層。

設(shè)問2：磷脂分子如果鋪在水面上應(yīng)該是什么樣的？

探究脂質(zhì)分子的排列方式，討論，板書。

設(shè)問3：磷脂分子是否排列成兩層？如何排布？

探究脂質(zhì)分子排列成兩層的方式，板書。

引導(dǎo)學(xué)生提出新問題。

呈現(xiàn)科學(xué)史料：電鏡下的細(xì)胞膜呈現(xiàn)了暗亮暗三層結(jié)構(gòu)。

設(shè)問1：的代表什么物質(zhì)呢？亮的代表什么物質(zhì)呢？

設(shè)問2：蛋白質(zhì)分子位于磷脂雙分子層的什么位置？

蛋白質(zhì)是怎樣排布在磷脂雙分子層上的呢？（蛋白質(zhì)覆蓋在磷脂分子的兩側(cè)）

講述羅伯特森的“蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)”靜態(tài)模型的特點(diǎn)。

設(shè)問：該結(jié)構(gòu)模型是否與細(xì)胞膜的相關(guān)生理相適應(yīng)？

從現(xiàn)實(shí)生活中尋找證據(jù)，觀看錄像：變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)。

分析相關(guān)實(shí)驗(yàn)，設(shè)問：“蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)”的靜態(tài)模型是否有缺陷，應(yīng)如何修正？

科學(xué)史料中尋找支持實(shí)驗(yàn)：①1970年，F(xiàn)rye和Edidin的人――鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，整合后的細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光，另一半發(fā)綠色熒光。將細(xì)胞放在37度培養(yǎng)40分鐘后，兩種顏色均勻分布在融合后的細(xì)胞膜表面。

引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作構(gòu)建細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。

三、總結(jié)歸納 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)胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構(gòu)合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞間的信息交流有密切聯(lián)系。

（4）磷脂分子是可以運(yùn)動(dòng)的，具有流動(dòng)性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運(yùn)動(dòng)的，也體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性。【課堂小結(jié)】

我們這節(jié)課就到這里，一方面我們重溫了科學(xué)家探索細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的歷程，這是一個(gè)在繼承中不斷驗(yàn)證、修正和完善發(fā)展的過程，這段科學(xué)史給予我們很多有用的啟示，使我們加深了對(duì)科學(xué)過程和方法的理解。另一方面我們也重點(diǎn)學(xué)習(xí)了生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在眾多對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的假說中，細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型是目前人們普遍接受認(rèn)同的，能較好地解釋人們對(duì)細(xì)胞膜功能的認(rèn)識(shí)，理解和掌握流動(dòng)鑲嵌模型的基本要點(diǎn)，這對(duì)于更好的理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系 【回顧反思】

“對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”這部分內(nèi)容可以聯(lián)系第一章之第二節(jié)，關(guān)于“細(xì)胞學(xué)說的建立過程”，不僅要讓學(xué)生知道生物學(xué)的基本理論知識(shí)，還要讓學(xué)生明白科學(xué)探索是一個(gè)在繼承中不斷驗(yàn)證、修正和完善發(fā)展的過程，其道路是曲折的，更要讓學(xué)生尊重科學(xué)，用發(fā)展的觀點(diǎn)看待科學(xué)，樹立辨證的科學(xué)觀。這樣通過科學(xué)探索史的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自我啟示，加深對(duì)科學(xué)過程和方法的理解。

“流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容”的闡述一定要清晰，有條理，便于對(duì)這部分知識(shí)的理解掌握，同時(shí)也為更好的理解下一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健碧峁┝酥R(shí)基礎(chǔ)。

第五篇：《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》教學(xué)設(shè)計(jì)

《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、內(nèi)容和地位

1.1 “生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”一節(jié)是人教版《必修1分子與細(xì)胞》第四章《細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出》之第二節(jié)，與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”所反映的生物膜對(duì)物質(zhì)的進(jìn)出控制具有選擇性等知識(shí)有一定的聯(lián)系，并對(duì)第三節(jié)學(xué)習(xí)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健弊髁酥R(shí)準(zhǔn)備。所以，這節(jié)的內(nèi)容安排很巧妙，對(duì)整個(gè)章節(jié)的知識(shí)起到了承上啟下的作用。

1.2 本節(jié)主要包括了兩大部分內(nèi)容：①.科學(xué)家對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。這是一個(gè)很好的科學(xué)史教育素材，通過引導(dǎo)學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，使學(xué)生切身感受科學(xué)的魅力，自然而然地接受流動(dòng)鑲嵌模型的理論，更重要的是讓學(xué)生加深對(duì)科學(xué)過程和方法的理解，明白科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是一個(gè)長期的過程，涉及到許多科學(xué)家的辛勤工作；科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說不是一成不變的，需要不斷修正、發(fā)展和完善；科學(xué)發(fā)展與技術(shù)有很大的關(guān)系，技術(shù)的進(jìn)步可以更好地促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。②.細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在眾多對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的假說中，細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型是目前人們普遍接受認(rèn)同的，能較好地解釋人們對(duì)細(xì)胞膜功能的認(rèn)識(shí)，學(xué)生必須展開想象力，在頭腦中構(gòu)建細(xì)胞膜的空間結(jié)構(gòu)，理解和掌握流動(dòng)鑲嵌模型的基本要點(diǎn)，這對(duì)于更好的理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系。

2、學(xué)情分析

2.1 學(xué)生已經(jīng)了解了細(xì)胞、知道了組成細(xì)胞的分子、掌握了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，尤其是細(xì)胞膜作為最基本生命系統(tǒng)的邊界等相關(guān)知識(shí)，為本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 高中學(xué)生具備了一定的觀察和認(rèn)知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對(duì)事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對(duì)探索科學(xué)的過程與方法及結(jié)論的形成缺乏理性的思考。

3、設(shè)計(jì)思路

3.1 調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

學(xué)生在第2章的學(xué)習(xí)中曾經(jīng)制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，當(dāng)時(shí)就遇到過用什么材料做細(xì)胞膜的問題。本節(jié)課可以從這個(gè)問題入手，讓學(xué)生從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度分析，用什么材料做細(xì)胞膜，能更好地體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能。關(guān)于這個(gè)問題，學(xué)生已有的知識(shí)是：細(xì)胞膜很薄，是細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的邊界；細(xì)胞膜能夠控制物質(zhì)的進(jìn)出，讓一部分物質(zhì)通過，其他物質(zhì)不能通過；植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)告訴學(xué)生，細(xì)胞能夠在一定范圍內(nèi)漲大和縮小，說明細(xì)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(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)透過這兩項(xiàng)功能的要求，只有彈力布能夠滿足上述三項(xiàng)功能的要求。通過這個(gè)問題的討論，學(xué)生就會(huì)認(rèn)識(shí)到建立細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型，必須從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)出發(fā)來思考。當(dāng)然，細(xì)胞膜不可能是由彈力布構(gòu)成的。細(xì)胞膜到底具有怎樣的結(jié)構(gòu)，才能使它具有上述功能呢？

3.2 本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計(jì)上主要突出科學(xué)史的教育，科學(xué)史的教學(xué)是在新教材中特別強(qiáng)調(diào)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(xì)致策劃如何有效地引導(dǎo)學(xué)生分析不同時(shí)期不同科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)及假說，評(píng)價(jià)他們的貢獻(xiàn)；要能通過一連串的環(huán)環(huán)相扣的問題來引導(dǎo)學(xué)生思維，要讓學(xué)生感到身臨其境，仿佛自己就是那個(gè)科學(xué)家在思考研究；最后讓學(xué)生從中總結(jié)出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。

3.3 生物膜結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建是本節(jié)要突破的一個(gè)難點(diǎn)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(xué)生根據(jù)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自己來構(gòu)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(xué)生不但形象、直觀的了解了模型構(gòu)建的過程、也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗(yàn)了成功的喜悅。

3.4 細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型這個(gè)難點(diǎn)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(gè)科學(xué)家研究的圖片、動(dòng)畫，增強(qiáng)了這些內(nèi)容的立體感、豐富了教學(xué)內(nèi)容、使學(xué)生在樂趣中學(xué)、在輕松中學(xué)。[教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

①簡述生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容 ；

②舉例說明生物膜具有的流動(dòng)性的特點(diǎn) ；

③通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程闡述科學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律。

2、過程與方法

①分析科學(xué)家建立生物膜結(jié)構(gòu)模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設(shè) ；

②發(fā)揮空間想象能力，構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。

3、情感、態(tài)度和價(jià)值觀

①使學(xué)生樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)辨證觀點(diǎn) ；

②培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰?；

③認(rèn)識(shí)到技術(shù)的發(fā)展在科學(xué)研究中的作用，尊重科學(xué)且用發(fā)展的觀點(diǎn)看待科學(xué)、樹立辨證的科學(xué)觀。教學(xué)重點(diǎn)

1、科學(xué)家對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。

2、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說的基本內(nèi)容。

教學(xué)難點(diǎn)

1、對(duì)科學(xué)探究過程的分析，如何體現(xiàn)生物膜的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一；

2、生物膜的空間立體結(jié)構(gòu)；

3、生物膜的流動(dòng)性特點(diǎn)。

教具準(zhǔn)備

1、生物膜流動(dòng)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(xué)流程

設(shè)問引入→“問題探討”→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”

教學(xué)過程

（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，遇到過用什么材料做細(xì)胞膜的問題，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)胞膜是選擇透過性膜，能夠控制物質(zhì)的進(jìn)出，讓一部分物質(zhì)通過，其他物質(zhì)不能通過。

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，開始了對(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)過程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過時(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，無法想像它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，通過什么辦法進(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探究的，通過實(shí)驗(yàn)觀察，科學(xué)家才有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评恚岢瞿な怯芍|(zhì)組成這一假說，提示學(xué)生作出科學(xué)探究過程中作出假設(shè)后的步驟是什么（通過實(shí)驗(yàn)來驗(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)家一起來研究這個(gè)問題。

問題（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)行過上萬次的實(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？

學(xué)生：提出假說：膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。

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

學(xué)生：有必要，通過鑒定能更準(zhǔn)確地說明問題。

教師：那為什么一開始不直接對(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：這說明什么問題呢？

學(xué)生：這說明技術(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，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)說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實(shí)驗(yàn)與觀察的基礎(chǔ)上提出來的，同時(shí)又需要更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)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，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(xué)生：小組代表上黑板演示

展示材料③：戈特 和格倫德對(duì)血影的研究

時(shí)間：1925年

人物：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel

實(shí)驗(yàn)：兩位科學(xué)分離純化了紅細(xì)胞，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞中抽提脂類，按Langmuir的方法進(jìn)行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測(cè)的面積同實(shí)際測(cè)量的紅細(xì)胞的表面積之比為（1.8～2.2）∶1，約為兩倍。

教師：假如你是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家，當(dāng)你做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)單分子的磷脂分子正好是紅細(xì)胞的兩倍時(shí)，大膽地展開你的想象力，你能做出什么假說？

學(xué)生：細(xì)胞膜中的磷脂是兩層的。

教師：那這兩層磷脂分子在細(xì)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(xué)生：分組討論，共可有六種排布方式，并提出細(xì)胞膜應(yīng)兩面都處于水環(huán)境中，所以討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(guān)系又是如何的呢？

展示材料④：羅伯特森的單位膜模型

時(shí)間：1959年

人物：J.D.Robertson羅伯特森

實(shí)驗(yàn)：用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5 nm，它由厚約3.5 nm的雙層脂質(zhì)分子和內(nèi)外表面各為厚約2 nm的蛋白質(zhì)構(gòu)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(cè)，極性端朝向膜外兩側(cè)，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(jié)合，從而形成蛋白質(zhì)—磷脂—蛋白質(zhì)的三層結(jié)構(gòu)，稱之為單位膜。他提出真核細(xì)胞與原核細(xì)胞具有相同的膜結(jié)構(gòu)。單位膜模型的主要不足在于：把生物膜的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型繼承了前人的有關(guān)結(jié)論，又成功地利用了先進(jìn)的電子顯微鏡的觀察結(jié)果作為證據(jù)。但是他將生物膜描述為靜態(tài)的剛性的結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)很快又被新的技術(shù)手段下的實(shí)驗(yàn)所否定。

問題（4）：有什么證據(jù)證明細(xì)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(yùn)動(dòng)、白細(xì)胞吞噬病原體、細(xì)胞分裂的動(dòng)畫，讓學(xué)生從感性上認(rèn)識(shí)膜不是剛性結(jié)構(gòu)。展示材料⑤：熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)

時(shí)間：1970年

人物：Larry Frye等

實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜用不同熒光抗體標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜種細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。提出假說：細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。

教師：很好，在繼承前人的結(jié)論基礎(chǔ)上，結(jié)合新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)，又有科學(xué)家提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中1972年桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。

好，學(xué)到這里，縱觀整個(gè)人們對(duì)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(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請(qǐng)說說你的看法。

學(xué)生：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)永無止境，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，對(duì)膜的研究將更加細(xì)致入微，對(duì)膜結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)將能更完善地解釋細(xì)胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動(dòng)鑲嵌模型。的確，流動(dòng)鑲嵌模型是目前人們普遍認(rèn)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(jié)構(gòu)模型達(dá)幾十種之多，生物膜的結(jié)構(gòu)模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致的。其要點(diǎn)和特點(diǎn)基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。

（2）縱觀整個(gè)人們對(duì)建立生物膜模型的探索過程，你能談?wù)剬?shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到怎樣的作用？

學(xué)生：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)鍵性的推動(dòng)作用。如血影的制取和化學(xué)成分的鑒定技術(shù)使人們認(rèn)識(shí)膜的化學(xué)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(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)使人們認(rèn)識(shí)到膜的內(nèi)外兩側(cè)并不對(duì)稱；熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)又證明了膜的流動(dòng)性等。沒有這些技術(shù)的支持，人類的認(rèn)識(shí)便不能發(fā)展。（3）分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)是如何得到體現(xiàn)的？

學(xué)生：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。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結(jié)構(gòu)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(jìn)學(xué)者們重新研究脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問題。一些學(xué)者使用了更加先進(jìn)的技術(shù)，運(yùn)用紅外光譜等技術(shù)證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，脂雙層中分布有蛋白質(zhì)顆粒，這樣又發(fā)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情況，恰能較好地解釋不同結(jié)構(gòu)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(xué)生：科學(xué)研究是要在實(shí)驗(yàn)和觀察的基礎(chǔ)上，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂螅岢黾僬f，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步地驗(yàn)證假說。

學(xué)生：科學(xué)研究依賴于技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)進(jìn)步了，可以得到更多新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

學(xué)生：科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是一個(gè)長期的過程，涉及到許多科學(xué)家的辛勤工作。

學(xué)生：科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程不是一帆風(fēng)順的，往往是在繼承的基礎(chǔ)上不斷驗(yàn)證、修正和完善發(fā)展的。

學(xué)生：科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說不是一成不變的，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)胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構(gòu)合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞間的信息交流有密切聯(lián)系。

（4）磷脂分子是可以運(yùn)動(dòng)的，具有流動(dòng)性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運(yùn)動(dòng)的，也體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性。

［評(píng)價(jià)反饋］

1、精選練習(xí)

（1）變形蟲的任何部位能伸出偽足，人體的某些白細(xì)胞能吞噬病菌，這些生理活動(dòng)的完成說明細(xì)胞膜具有下列哪一特點(diǎn)

A.選擇透過性 B.一定的流動(dòng)性 C.保護(hù)作用 D.細(xì)胞識(shí)別

（2）1985年 Overton在研究各種未受精卵細(xì)胞的透性時(shí)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細(xì)胞膜十分困難。這表明組成細(xì)胞膜的主要成分中有___________。

（3）1925年 Corter Grendel用丙酮提取細(xì)胞膜的脂，并將它在空氣—水界面上展開時(shí)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)單層分子的面積相當(dāng)于原來細(xì)胞表面積的兩倍。由此可以認(rèn)為細(xì)胞膜由___________組成。

（4）1970年，科學(xué)家用不同熒光染料標(biāo)記的抗體，分別與鼠和人細(xì)胞膜上的一種抗原相結(jié)合，使它們分別產(chǎn)生綠色和紅色熒光。將兩種細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞時(shí)，開始時(shí)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(xì)胞上的兩種顏色的熒光呈現(xiàn)均勻分布。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明___________，其原因是___________。

參考答案：

（1）B（2）脂質(zhì)（3）磷脂雙分子層（4）細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性 構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子（抗原）是可以運(yùn)動(dòng)的課堂小結(jié)

我們這節(jié)課就到這里，一方面我們重溫了科學(xué)家探索細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的歷程，這是一個(gè)在繼承中不斷驗(yàn)證、修正和完善發(fā)展的過程，這段科學(xué)史給予我們很多有用的啟示，使我們加深了對(duì)科學(xué)過程和方法的理解。另一方面我們也重點(diǎn)學(xué)習(xí)了生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。在眾多對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的假說中，細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型是目前人們普遍接受認(rèn)同的，能較好地解釋人們對(duì)細(xì)胞膜功能的認(rèn)識(shí)，理解和掌握流動(dòng)鑲嵌模型的基本要點(diǎn)，這對(duì)于更好的理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系。

布置作業(yè)

在引入時(shí)，我們問到大家還能想出什么更好的制作細(xì)胞膜的材料，你們可以調(diào)動(dòng)已有的生活經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合今天所講的生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型，利用生活上找得到的廢棄物做一個(gè)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型。