第2节生物膜的流动镶嵌模型教学设计实例

第2节　生物膜的流动镶嵌… 高中生物       人教2003课标版

生物膜的流动镶嵌模型　教学设计

【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。

【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。

【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。

【教学方法】谈话法、探究法

【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）

【课时安排】1课时

【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。

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。

生物膜的结构决定生物膜的功能，学生已经学习过本章第一节物质跨膜运输的实例，知道了生物膜的的功能特点，知道了不同的物质跨膜运输的方式不同，接下来要了解为什么？这与生物膜的结构有密切的关系，生物膜的结构如何，就是本节课要探讨的问题。

2.1 教学重点

① 对生物膜结构的探索历程

② 生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容

2.2 教学难点

①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

②生物膜的流动性特点；

教学过程

教师组织与引导

学生活动

目标达成

标题

引入

写出本节课的重点，难点及教学，德育目标

①提供以下材料：塑料袋、报纸、普通布和弹力布，选一种在制做真核细胞三维结构模型中做为细胞膜，根据结构与功能相适应的观点分析那一种更能体现细胞膜的功能。②能否模仿弹力布结构来构建细胞膜等生物膜结构？③组织学生回忆细胞膜的功能，强调指出细胞膜的功能特点：选择透过性。

有意识记本节课的内容

选弹力布的原因：①能将细胞与外界分隔开②能在一定程度上控制物质的进出③有一定弹性

不能。弹力布只能根据孔径大小控制物质进出，而细胞膜对物质进出是有选择性的，两者存在差距

叙述细胞膜三大功能。

调动学生的已有的知识经验，引发学生探究细胞膜结构的好奇心。

对学生的思维进行“热身”作用。

教师与学生一起来体验科学家探索生物膜结构的历程.

1、欧文顿实验,脂溶性物质易通过，得出膜由脂质组成。

2、膜化学分析，得出膜的主要成分是脂质和蛋白质。

3、提起脂质，做铺展实验，得出膜必然为脂双层排列。

4、电镜下观察，提出三层静态统一结构模型

5、人鼠细胞融合实验，得出细胞膜具有流动性

膜结构到底是怎样的呢？

科幻之旅

    如果有“时光机器”，将此刻的你送回19世纪，你会从哪几个方面去研究细胞膜的结构?

教师课件展示动画

早期对生物膜结构的探究是谁？做了什么实验？发现什么现象？得出什么结论？

幻灯片投影小结

像欧文顿用的这种根据实验现象及相关化学知识“相似相溶”原理，得出结论的方法就是科学家在探究时常用的方法之一称为“什么方法？”

接下来科学家又做了什么探索？

幻灯片投影

知道细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，科学家接下来会如何探究？

1925年荷兰两位科学家做了什么实验？观察到什么现象？得出什么结论？

引导总结脂质以“磷脂双分子层”排列。

蛋白质是怎样与之相结合的呢？

1959年，罗伯特森在电镜下观察细胞膜，他看到了什么？

然后大胆地提出磷脂双分子层与蛋白质是怎样结合的？

1970年，科学家应用什么技术做了人细胞和小鼠细胞的融合实验？观察到什么现象？得出什么结论？

在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于生物膜的分子结构模型，其中1972年谁提出的流动镶嵌模型为大家所接受？

 (1)早期对生物膜结构模的探究是

从生理功能入手还是用显微镜观察生物膜，去想像它的结构入手？为什么？

（2）最初认识到细胞膜是由脂质组成

的，是通过对现象的推理分析，还是通

过对膜成分的提取和鉴定？

（3）在推理分析得出结论后，还有必

要对膜的成分进行提取、分离和鉴吗？

归纳小结欧文顿的实验 ，从欧文顿的

实验所得到的信息回答思考与讨论

（1）、（2）题

学生回答

提出假说

学生归纳小结

回忆为什么从哺乳动物的红细胞提取细胞膜，而不从其它细胞中提取？

根据这个实验回答思考与与讨论（3）

学生活动：以小组为单位讨论磷脂分子在下列情况中的排列方式（从磷脂结构分析）

1.平铺于水面上（空气—水界面）

2.磷脂分子置于水中

3.两个水槽玻璃隔板的孔隙

讨论后分别说出答案

学生思考与讨论

画出磷脂分子排列成连续的两排：磷脂

双分子层

阅读66、67页，思考与讨论以下问题：

（1）在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？

（2）在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？

暗—亮—暗三层结构

蛋白质—脂质—蛋白质

特点：静态的

并描述为“三层静态统一结构”

学生看课本，回答问题

归纳小结

桑格和尼克森

提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。

培养学生主动获取知识的能力、归纳能力及与人交流信息的能力。

对科学过程和方法的理解

学生表达能力得到进一步提高

领悟科学研究的方法“假说”是怎样提出来的。

对科学过程和方法的理解

培养学生问题意识，给予巩固知识，学生发散性思维启动已有知识的空间

对科学过程和方法的理解

掌握知识要点

提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。

培养学生主动获取知识的能力、归纳能力及与人交流信息的能力

对科学过程和方法的理解

利用多媒体增加教学的直观性，促进学生对知识的理解。

让学生尝试提出问题

对科学过程和方法的理解

了解技术手段的进步对科学研究发展的推动作用；探究过程中体现结构与功能相适应等观点

归纳和描述流动镶嵌模型的基本内容

幻灯投影生物膜的流动镶嵌模型动态的部分示意图。

看，阅读68页，归纳出其基本内容，然后看图描述出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

学生通过归纳、总结，主动获得结构模型的基本内容。

教师与学生一起简述另一少量成分糖类与两主要成分怎样结合构成生物膜结构模型

组织学生归纳总结模型建构的基本方法。

引导

总结

领悟模型建构的方法

反馈练习

思考回答

巩固提高

第2节　生物膜的流动镶嵌模型　

第2节　生物膜的流动镶嵌模型　

教学过程

教师组织与引导

学生活动

目标达成

标题

引入

写出本节课的重点，难点及教学，德育目标

①提供以下材料：塑料袋、报纸、普通布和弹力布，选一种在制做真核细胞三维结构模型中做为细胞膜，根据结构与功能相适应的观点分析那一种更能体现细胞膜的功能。②能否模仿弹力布结构来构建细胞膜等生物膜结构？③组织学生回忆细胞膜的功能，强调指出细胞膜的功能特点：选择透过性。

有意识记本节课的内容

选弹力布的原因：①能将细胞与外界分隔开②能在一定程度上控制物质的进出③有一定弹性

不能。弹力布只能根据孔径大小控制物质进出，而细胞膜对物质进出是有选择性的，两者存在差距

叙述细胞膜三大功能。

调动学生的已有的知识经验，引发学生探究细胞膜结构的好奇心。

对学生的思维进行“热身”作用。

教师与学生一起来体验科学家探索生物膜结构的历程.

1、欧文顿实验,脂溶性物质易通过，得出膜由脂质组成。

2、膜化学分析，得出膜的主要成分是脂质和蛋白质。

3、提起脂质，做铺展实验，得出膜必然为脂双层排列。

4、电镜下观察，提出三层静态统一结构模型

5、人鼠细胞融合实验，得出细胞膜具有流动性

膜结构到底是怎样的呢？

科幻之旅

    如果有“时光机器”，将此刻的你送回19世纪，你会从哪几个方面去研究细胞膜的结构?

教师课件展示动画

早期对生物膜结构的探究是谁？做了什么实验？发现什么现象？得出什么结论？

幻灯片投影小结

像欧文顿用的这种根据实验现象及相关化学知识“相似相溶”原理，得出结论的方法就是科学家在探究时常用的方法之一称为“什么方法？”

接下来科学家又做了什么探索？

幻灯片投影

知道细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，科学家接下来会如何探究？

1925年荷兰两位科学家做了什么实验？观察到什么现象？得出什么结论？

引导总结脂质以“磷脂双分子层”排列。

蛋白质是怎样与之相结合的呢？

1959年，罗伯特森在电镜下观察细胞膜，他看到了什么？

然后大胆地提出磷脂双分子层与蛋白质是怎样结合的？

1970年，科学家应用什么技术做了人细胞和小鼠细胞的融合实验？观察到什么现象？得出什么结论？

在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出了一些关于生物膜的分子结构模型，其中1972年谁提出的流动镶嵌模型为大家所接受？

 (1)早期对生物膜结构模的探究是

从生理功能入手还是用显微镜观察生物膜，去想像它的结构入手？为什么？

（2）最初认识到细胞膜是由脂质组成

的，是通过对现象的推理分析，还是通

过对膜成分的提取和鉴定？

（3）在推理分析得出结论后，还有必

要对膜的成分进行提取、分离和鉴吗？

归纳小结欧文顿的实验 ，从欧文顿的

实验所得到的信息回答思考与讨论

（1）、（2）题

学生回答

提出假说

学生归纳小结

回忆为什么从哺乳动物的红细胞提取细胞膜，而不从其它细胞中提取？

根据这个实验回答思考与与讨论（3）

学生活动：以小组为单位讨论磷脂分子在下列情况中的排列方式（从磷脂结构分析）

1.平铺于水面上（空气—水界面）

2.磷脂分子置于水中

3.两个水槽玻璃隔板的孔隙

讨论后分别说出答案

学生思考与讨论

画出磷脂分子排列成连续的两排：磷脂

双分子层

阅读66、67页，思考与讨论以下问题：

（1）在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？

（2）在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？

暗—亮—暗三层结构

蛋白质—脂质—蛋白质

特点：静态的

并描述为“三层静态统一结构”

学生看课本，回答问题

归纳小结

桑格和尼克森

提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。

培养学生主动获取知识的能力、归纳能力及与人交流信息的能力。

对科学过程和方法的理解

学生表达能力得到进一步提高

领悟科学研究的方法“假说”是怎样提出来的。

对科学过程和方法的理解

培养学生问题意识，给予巩固知识，学生发散性思维启动已有知识的空间

对科学过程和方法的理解

掌握知识要点

提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。

培养学生主动获取知识的能力、归纳能力及与人交流信息的能力

对科学过程和方法的理解

利用多媒体增加教学的直观性，促进学生对知识的理解。

让学生尝试提出问题

对科学过程和方法的理解

了解技术手段的进步对科学研究发展的推动作用；探究过程中体现结构与功能相适应等观点

归纳和描述流动镶嵌模型的基本内容

幻灯投影生物膜的流动镶嵌模型动态的部分示意图。

看，阅读68页，归纳出其基本内容，然后看图描述出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

学生通过归纳、总结，主动获得结构模型的基本内容。

教师与学生一起简述另一少量成分糖类与两主要成分怎样结合构成生物膜结构模型

组织学生归纳总结模型建构的基本方法。

引导

总结

领悟模型建构的方法

反馈练习

思考回答

巩固提高