生物膜的流动镶嵌模型　教学设计

一、教材分析

    人教版必修1第4章共3节内容，第1节《物质跨膜运输的实例》，第2节《生物膜的流动镶嵌模型》，第3节《物质跨膜运输的方式》。第1节主要说明细胞膜是选择透过性膜，膜为什么具有选择透过性？这与膜结构有关，膜结构又是解释物质跨膜运输的方式的基础。这3节内容的内在联系是：功能—结构—功能。由此可见，本节内容在第4章中起着承上启下的作用，有助于帮助学生建立结构与功能相适应的观点。

本节主要包括两大部分内容：1、科学家对细胞膜结构的探索历程。利用科学史教育素材，通过引导学生分析科学家们的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现是长期的过程；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说并非一成不变，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。2、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。在众多对细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，学生必须展开想象力，通过制作模型等，构建细胞膜的空间立体结构，理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型的基本要点。

二、教学目标】

1．知识与技能

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。

②举例说明生物膜具有流动性特点。

③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

2．过程与方法

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。

②发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。

3．情感态度与价值观

①生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。

②正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。

③正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。

三、教学重点：流动镶嵌模型的基本内容。

教学难点：探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。

四、教学方法：谈话法、探究法

五、教具准备：多媒体课件、制作生物膜模型的废旧物品（包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等）

六、课时安排：1课时

七、教学设计思路

导入新课：复习导入。

在上节课中，通过对几种物质跨膜运输的实例，我们明白细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，现在请一个同学来回答：

①    细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜表现在哪里？

一水分子可以自由通过

二细胞要选择吸收的离子小分子可以通过。

三其他的离子、小分子、大分子不能通过。

细胞膜的功能之一是控制物质进出细胞，体现在细胞膜是选择透过性膜，细胞膜为什么会有选择性，生物膜是靠什么机制来对不同的物质进行选择的呢？我们知道生物的结构与功能是相适应的，细胞膜具有选择透过性的功能肯定跟他的结构有密切的关系，今天我们来学习细胞膜的结构特点。

教师：人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科学过程和本质的理解有所启发。我想让大家穿过时空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是当时的一位科学家，你会怎样去研究细胞膜的结构？（提示学生，引导他们明白限于当时的技术条件，还不能亲眼看到生物膜，无法想像它的结构是什么样的，通过什么办法进行第一步的探究呢？引导学生看教材后明白当时科学家是从生理功能入手来探究的，通过实验观察，科学家才有严谨的推理，提出膜是由脂质组成这一假说，提示学生作出科学探究过程中作出假设后的步骤是什么（通过实验来验证假设），从而进入下面的学习。

学生：可以从现象入手，去进行推测。

教师：这就是生物学研究上常用的一种科学方法——假说法。这也是我们今天探究生物膜的结构的一个重要的方法，下面，就让我们沿着科学家的足迹，和科学家一起来研究这个问题。

问题（1）：探究细胞膜的组成成分是什么？

展示材料①：欧文顿的实验及其相关的图片

时间：19世纪末  1895年

人物：欧文顿（E. Overton）

实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。

教师：根据实验，你能提出什么假说？

学生：提出假说：膜是由脂质构成的。

教师：在得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。

教师：那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：当时的技术不能实现。

教师：这说明什么问题呢？

学生：这说明技术对科学研究的重要作用。

教师：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。

 问题（2）：探究这些物质是如何组成膜的？

出示资料②：1917年欧文•朗缪尔将提取的膜质铺展在水盘的水面上，发现脂在水面上形成一薄层，单脂层亲水的头朝向水面，疏水的尾背离水面。于是他提出：磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有疏水基团（尾部），又有亲水基团（头部）。因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。这样磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层。

教师：大家分组讨论，利用手中的磷脂分子模型摆出下面两种情况下磷脂的分布情况①在空气-水界面上②完全浸没在水中

学生：小组代表上黑板演示

实验一：1895年E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究，发现：脂溶性分子易透过细胞膜；而非脂溶性分子则难以通过。

问题①：你能推测出什么结论？

问题②：最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？

问题③：在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？

实验二：20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。

问题①：你能推测出什么结论？

问题②：在此实验中为什么要选用红细胞膜来进行分析？

实验三：1925年，两位荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提红细胞膜脂质实验：将抽提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其分子所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。

问题①：你能推测出什么结论？

情急之中，我将一张练习纸对折，问学生：“对折前你们看到的纸的面积是对折后的几倍？”——“2倍！”“原来这张纸是单层的，对折后变成几层？”——“2层！”“那么根据材料3推测，脂质分子构成细胞膜应该排列成几层？”——学生豁然开朗答：“2层！”

为了改变学生浅尝辄止的学习习惯，学会将前后知识融会贯通，我以史料3为引子进行变式训练，问学生：1、若将资料3中的“红细胞”改为“口腔上皮细胞”进行实验，测得单分子层的面积仍然恰为口腔上皮细胞表面积的2倍吗？或是大于、小于？为什么？2、若将资料3中的“人”改为“鸡或去壁的原核细胞”进行实验，结果又将怎样呢？为什么？巧借科学史，实现知识的迁移运用，培养学生思维的灵活性、深刻性。

接着提出问题2：两层脂质分子又是如何排列的呢？并请学生在草稿纸上试着画一画。在学生画图的过程中，我提示学生：已知磷脂分子头部是亲水的，尾部是疏水的，而细胞内外都有水，想想该怎样画？当学生画好后，我选取几张有代表性的画法展示出来进行讲评，让学生知道应该怎样画，为什么这样画。

问题②：细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？细胞膜中的磷脂分子会排列成怎样两层呢？画出来进行比较哪种情况膜稳定性强？

假说很大胆，难道磷脂分子会像我们做间操时站队，男生一行女生一行？磷脂图片认识物理特性，动画展示引导学生理解，生活实例比喻课间操排队很少有人头朝下，即使有人头朝下也坚持不了很久，因为地心引力。怎样排列最稳定呢？

小结与思考

讨论对膜的研究为什么是从生理功能入手？

脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？蛋白质位于脂双层的什么位置？

2）单位膜模型的提出

实验四：1959年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构，提出单位膜结构模型。

问题①：单位膜结构的主要内容是什么？

    问题②：单位膜结构有什么缺陷？

问题③：有哪些证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？

（3）新技术带来新模型

实验五：展示1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠细胞融合实验。

问题：①该实验表明什么？

②根据已有的生物知识或生活经验，你能列举哪些证明细胞膜具有流动性的证据。

实验六：动物细胞吸水膨胀时，磷脂双分子层的厚度变小。

问题：说明什么？

实验七：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图

问题：①细胞膜的组成成分？

②细胞膜的基本支架？

③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？

④细胞膜的结构特点和功能特点

教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？

（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。

（2）蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。这里体现了膜结构内外的不对称性。

（3）在细胞膜的外侧，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。

（4）磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质也是可以运动的，也体现了膜的流动性。

小结

①19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由___________组成的。

 

②20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由___________和__________组成。

③1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是        层分布的；

④1959年，罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由           三层结构组成；

⑤1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有     性；

⑥1972年桑格和尼克森提出⑥1972年，桑格和尼克森提出了          模型。