生物膜的流動鑲嵌模型一節(jié)的教學設(shè)計

1、生物膜的流動鑲嵌模型的教學設(shè)計一教學設(shè)計思路生物新課程理念強調(diào)“改變課程實施過于強調(diào)接受學習，死記硬背、機械訓練的現(xiàn)狀， 倡導學生主動參與、 樂于探究、 勤于動手。培養(yǎng)學生搜集和處理信息的能力，獲取新知識的 能力，分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。 生物膜結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)歷程比擬長， 這方面的資料也比擬多。 教材僅選取了局部主要內(nèi)容， 根本按照時間進程排列， 未加小標題。 要想讓學生自己理清脈絡(luò)并體驗結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法還是有一定難度的。 本案例以新課程理 念為基準，設(shè)計問題串，倡導學生主動參與，探究生物膜結(jié)構(gòu)模型。問題串的設(shè)計思路：要弄清細胞膜的結(jié)構(gòu)，首先要弄清其組成成分。那么細胞膜的組

2、成成分是什么呢T引導學生探究膜的組成成分T膜的主要組成成分是磷脂和蛋白質(zhì)分子，磷脂和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的T引導學生探究磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合方式T建構(gòu)出生物膜 的結(jié)構(gòu)模型 二教材分析1內(nèi)容和地位“生物膜的流動鑲嵌模型是人教版 ?分子與細胞? 模塊第四章第二節(jié)內(nèi)容。 本章共三 節(jié)，第一節(jié)主要說明細胞膜是選擇透過性膜，為什么具有選擇透過性，這與膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)， 于是進入第二節(jié)內(nèi)容。而第二節(jié)內(nèi)容又是解釋第三節(jié) “物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞降母?。這 三節(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)“生物膜的流動鑲嵌模型 在第四章中起著承上啟下的作用， 它是架起第一節(jié)和第三節(jié)的一座橋梁， 并表達了結(jié)構(gòu)

3、決定 功能的生物學觀點。 “生物膜的流動鑲嵌模型主要介紹了對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，目的是讓學生在認識生物膜結(jié)構(gòu)的同時， 了解人類探究生物膜結(jié)構(gòu)的過程和方法， 認識到可以通 過對現(xiàn)象的推理分析提出假說， 假說仍然需要觀察和實驗來驗證。 隨著技術(shù)手段的改良不斷 發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)， 原有的觀點或理論還會不斷得到修正和完善， 并歸納總結(jié)出生物膜模型建構(gòu) 的根本方法。2教學重點 對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 生物膜的流動鑲嵌模型學說的根本內(nèi)容3教學難點探討建立生物膜模型的過程如何表達結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點三教學目標知識目標： 課程標準中與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的具體內(nèi)容標準是 “簡述細胞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功 能。這項要求包括三

4、層含義： 一是簡述生物膜研究的歷程； 二是理解實驗技術(shù)的進步在建 立生物膜模型過程中的作用； 三是描述生物膜流動鑲嵌模型的結(jié)構(gòu)特點。 因此本節(jié)在知識方 面的教學目標可定為“簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。能力目標： 本節(jié)內(nèi)容以生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程為主線， 教師提供科學背景， 學生設(shè)計實 驗，從中體驗科學的實驗思想和實驗方法。 因此本節(jié)在能力方面的教學目標可定為 “嘗試設(shè) 計可行的實驗方案。情感態(tài)度與價值觀： 本節(jié)教材介紹了人類探究生物膜結(jié)構(gòu)的過程和方法， 可以加深學生 對科學的歷史和本質(zhì)的認識， 特別是這些內(nèi)容中所表達的結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一， 技術(shù)手段的進步，促進科學的開展等觀點對于學生的情感態(tài)度與價值觀領(lǐng)域的

5、開展有重要價值。因此本節(jié)在情感態(tài)度與價值觀方面的教學目標可定為“探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步所起的作用；體驗生物膜流動鑲嵌模型的建立是一個在科學探究中不斷開拓、繼承、修正和開展的過程；探討建立生物膜模型的過程如何表達結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點四. 學情分析從知識儲藏看，學生對細胞及組成分子、 細胞根本結(jié)構(gòu)，細胞膜是生命系統(tǒng)的邊界等知識 已有一定了解。高二學生具備一定分析問題能力， 思維活潑，能積極參與討論并發(fā)表自己的 觀點。但想讓學生自己理清脈絡(luò)并體驗結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法還是有一定難度的五. 教學策略的選擇1聯(lián)系生活經(jīng)驗，激發(fā)學生的探究欲望2 設(shè)計問題串，引導學生進行探究學習設(shè)計問題

6、串，引導學生一步一步地探究細胞膜的結(jié)構(gòu)，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受到科學的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論， 并且加深對科學過程和方法的理解其操作流程可概括如下：六. 教學過程1創(chuàng)設(shè)教學情境，導入主題師問肉眼見過細胞？展示雞蛋說明蛋黃局部為一個細胞教師請設(shè)計一個簡單的方法判斷細胞膜是否存在？討論結(jié)果方法有多種多樣。其一是：用筷子拔弄蛋黃，體驗蛋黃與蛋清的界線， 最后用針挑破蛋黃外表，觀察是否有內(nèi)容物流出； 或用小塑料管插入蛋黃， 觀察蛋黃內(nèi)容物是否會從 塑料管中流出。如果蛋黃內(nèi)容物有流出，說明細胞膜是存在的。如果蛋黃內(nèi)容物不會流出， 說明細胞膜不存在。并

7、讓學生回憶細胞膜的功能：保護、控制、信息交流教師細胞膜具有的功能與其結(jié)構(gòu)密切有關(guān)。細胞膜的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？我們首先應(yīng)該從哪個角度分析這個問題討論結(jié)果要研究細胞膜的結(jié)構(gòu)，必需首先研究細胞膜的組成成分設(shè)計意圖：問題“肉眼見過細胞嗎能激發(fā)學生積極的思考，再向他們出示雞蛋并說明 其中有一細胞進一步激發(fā)他們的探究的欲望。2利用科學史料，引導學生進行探究學習1探究細胞膜的成分一一磷脂分子和蛋白質(zhì)分子教師讓我們一起穿越時空的遂道，來到100多年前的19世紀的世界里。請大家在討論問 題和設(shè)計實驗時，要充分注意當時的科學技術(shù)條件，老師會在課件中以 “背景的形式向大 家呈現(xiàn)當時相關(guān)科學技術(shù)條件的信息?！颈尘?1】

8、19 世紀化學上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“相似者相溶的原理。閱讀科學史料：1895年，E.Overton選用500多種化學物質(zhì)對植物細胞膜的通透性進行上萬 次的研究 。發(fā)現(xiàn) ： 但凡可溶于脂質(zhì)的物質(zhì) ， 比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易穿過細胞膜。教師 請大家在討論時務(wù)必要注意，歐文頓的這個實驗現(xiàn)象實際上不止一層含意。討論結(jié)果 細胞膜可能含有脂質(zhì)成分和非脂質(zhì)成分，并且脂質(zhì)成分排列在膜上的面積比非脂質(zhì)成分還要多?！颈尘?】20世紀初，人們已經(jīng)掌握了提取、別離和鑒定相關(guān)分子的技術(shù)，如從人的消化 液中提取出、別離并鑒定各種消化酶 如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶、肽酶、二糖酶 等。教師細胞膜上的脂質(zhì)成分、非脂質(zhì)成分又能是

9、什么呢？請大家設(shè)計一個簡單的實驗來加以 探討。討論結(jié)果 將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中別離出來，分別投入只含有一種消化酶的各種溶 液中，觀察細胞膜會否被破壞甚至溶解。再根據(jù)酶的專一性來加以推導。教師 設(shè)計非常合理。當時科學家實驗發(fā)現(xiàn)，磷脂酶能讓細胞膜溶解，蛋白酶能讓細胞膜破 裂?？梢灶A見，細胞膜主要是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)構(gòu)成的。師問 下一步我們應(yīng)該做些什么工作？討論結(jié)果 對細胞膜的成分進行提取、別離和鑒定。教師當時科學家確實對細胞膜的成分進行了分析，發(fā)現(xiàn)細胞膜主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)分子。設(shè)計意圖：閱讀史料 ， 分析現(xiàn)象，推測結(jié)論。根據(jù)提供的科學背景設(shè)計實驗，感受了探 究的樂趣。2探究生物膜的分子結(jié)構(gòu)模

10、型建立過程磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合方式師問 知道了細胞膜的成分，接下去要研究什么內(nèi)容？ 學生磷脂分子和蛋白質(zhì)分子組合方式【背景 3】人們研究發(fā)現(xiàn)，磷脂分子具有親水的頭部和疏水的尾部示圖 。根據(jù)磷脂分子模式圖及結(jié)構(gòu)特點， 要求學生嘗試畫出水空氣界面、 水中二種情景的磷脂分 子的排布方式學生畫圖。教師據(jù)圖分析教師 假設(shè)磷脂球狀的中央有水，那么磷脂分子又該怎樣排布？ 學生磷脂雙分子層。教師試想，磷脂分子是應(yīng)該怎樣構(gòu)成細胞膜的？討論結(jié)果 可能是排成雙層的磷脂分子層。 要求學生畫圖展示。教師 請大家設(shè)計一個實驗，證明細胞膜中磷脂雙分子層的存在。討論結(jié)果 將一個紅細胞膜上提取出的脂質(zhì)，放在空氣 水界面上鋪

11、展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞外表積的2倍。教師同學們的設(shè)計思路，與荷蘭科學家 E.Gorter和F.Grendel的想法不謀而合。1925年這 兩位科學家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質(zhì)， 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外表積的 2倍?！颈尘?】20世紀30年代電子顯微鏡誕生。羅伯特森,于1959年在電鏡下的細胞膜照片上看到了清晰的 “暗亮暗“的三層結(jié)構(gòu)。 由于電子束照射大分子物質(zhì)時 散射度高，呈黑暗；照射小分子物質(zhì)時，散射度低，呈光亮。請大家?guī)椭治觯鞍踪|(zhì)與磷脂分子的空間關(guān)系？學生畫圖教師羅伯特森提出了細胞膜的 “單位膜 模型，認為細胞膜是由 “

12、蛋白質(zhì) 脂質(zhì)蛋白質(zhì) 構(gòu)成的三層靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。檢驗這一模型是否能解釋細胞膜的實際情況？ 學生列舉實例否認膜的靜態(tài)。如變形蟲變形運動，質(zhì)壁別離，紅細胞吸水膨脹等?！颈尘?5】 20 世紀六十年代以前，熒光染料標記技術(shù) 標記大分子，并能檢測到被標記的大 分子的具體分布 已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。老師同學們再想想，你們設(shè)計一個實驗，能更有力地說明細胞膜的結(jié)構(gòu)不是靜態(tài)，而是動 態(tài)的嗎？ 討論結(jié)果 將一個蛋黃細胞小塊面積用綠色染料標記，另一小塊面積用藍色染料標記，一段 時間后觀察兩種染料的分布。如果兩種染料的分布均勻，說明蛋白質(zhì)分子或磷脂分子 是動態(tài)的而不是靜態(tài)的。教師 1970 年，科學家按照同學們的設(shè)計，

13、 用熒光染料標記細胞外表的蛋白質(zhì)分子證實了同 學們的推理?！颈尘?6】冰凍蝕刻電子顯微技術(shù)的應(yīng)用，細胞膜的結(jié)構(gòu)圖 學生修正細胞膜的結(jié)構(gòu)圖教師根據(jù)上述的分析、推理和證實，請同學們歸納總結(jié)生物膜結(jié)構(gòu)的根本內(nèi)容應(yīng)該是怎樣 的？討論結(jié)果磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的根本支架，蛋白質(zhì)分子以鑲、嵌、貫穿等三種不同 的方式結(jié)合在磷脂雙分子層中， 磷脂分子和蛋白質(zhì)分子都不是靜止不動的， 而是具有一定 的流動性。教師同學們總結(jié)出的上述三點內(nèi)容，就是1972年桑格S.J.S in ger和尼克森G.Nicols on 在前人研究和自己觀察、 實驗證據(jù)的根底上， 建立起來的生物膜的流動鑲嵌模型的根本要點。 可見，我們的同學

14、非常棒，已具備了科學家的素質(zhì)。討論 1 舉例說明在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步所起的推動作用？你受何啟示？2 在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點是如何得到表達的？ 師總1 在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步起到了關(guān)鍵性的作用，沒有這些技術(shù) 的支持，人類的認識便不能開展。2 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(jié)構(gòu)的真相?？茖W探索是一個長期的歷程， 需要不斷驗證、 修正和開展，關(guān)于細胞膜的研究還在不斷探索過程中，并未停止。 希望大家不斷探索，將來或許你們能提出更完善的生物膜結(jié)構(gòu)模型。設(shè)計

15、意圖：一系列的問題串，有助于學生理清思路體驗結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，又能培養(yǎng)學生 分析問題的能力，領(lǐng)會科學探究的根本方法七板書設(shè)計第二節(jié) 生物膜的流動鑲嵌模型一生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程1生物膜組分的探索2生物膜結(jié)構(gòu)的探索 二生物膜的流動鑲嵌模型八教學反思 ：1利用科學史料， 復原科學探究過程， 引導學生進行探究學習是進行科學史教學的常用 方法， 學生的科學探究過程好比是科學家的科研工程研究。我曾采用另一種教學設(shè)計， 先呈現(xiàn)科學史料， 讓學生分析得出結(jié)論， 最后歸納得出流動鑲嵌模型的根本內(nèi)容。 而現(xiàn)在采用的 教學設(shè)計，是讓學生在一定的科學背景下，假設(shè)自己是一為研究者，要研究細胞膜的結(jié)構(gòu)， 應(yīng)該如何層層深入， 而把科學史料做為證據(jù)驗證學生的設(shè)計， 這樣的課堂， 不僅