第2节生物膜的流动镶嵌模型名师教学设计1

第2节　生物膜的流动镶嵌… 高中生物       人教2003课标版

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。

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。

四、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。

五：教学方法

谈话法、探究法

六、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）

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：

    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：科学家当年对生物膜结构的探索，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？今天，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。

小组活动一：

利用手中的磷脂分子模型摆出磷脂在空气-水界面上的分布情况。

学生小组代表上黑板演示，师生评价并修正。

出示资料③：1925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？

根据材料3推测，脂质分子构成细胞膜应该排列成几层？——“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，可以以史料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：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？

小组活动二：利用手中的磷脂分子模型摆出在生物膜中磷脂分子怎样两层排布。

学生展示活动结果，师生共同评价并完善生物膜中磷脂分子排布的情况。

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

资料④：1959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？

学生阅读教材68页，回答上述问题。

（3）新技术带来新模型

资料⑤：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？

学生回答：生物膜中磷脂分子是不断流动的。

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。

学生回答：变形虫的运动、吞噬细胞吞噬病菌的过程。

观看相关视频，体会生物膜不是静止的，而是不断运动的。

小组活动三：构建蛋白质分子和磷脂分子共同构成的生物膜结构。

学生到前面展示结果并评价。

资料⑥：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。

   生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？不是。科学永无止境，启发同学们不断努力，向着科学家的方向不断努力。

八、教后反思

 1．尽量为学生创造探究活动的机会，激发学习兴趣。本节教学设计上主要突出科学史教育，经过教师精心设计，将各位科学家实验的资料，再加工成一连串环环相扣的问题来引导学生探究，让学生身临其境，仿佛自己就是科学家在进行研究，从中学习模型建构方法：实验、推理想象—提出假说—进一步验证完善—不断发展；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；总结科学发现的一般规律。

2．保护学生的自尊心，培育学生创造的激情。教师必须设置好探究历程的梯度（如，补充磷脂分子结构与特性的知识），并且不能超出学生当前的认知结构和认知水平，并适时、恰当地给学生创新提供帮助，使其能享受成功喜悦，激发并能维持学生的创造热情。

 3．以活动促发展，促进学生知识建构。本节既有资料探究，小组讨论学习的活动，也有通过多媒体课件、学生画图、模型制作等手段，让学生动脑、动口、动眼、动手，学生学习方式多样，落实新课程标准倡导自主、探究、合作学习的要求，有效实现三维目标，学生学得既灵活又实在。

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　

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。

四、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。

五：教学方法

谈话法、探究法

六、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）

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：

    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：科学家当年对生物膜结构的探索，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？今天，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。

小组活动一：

利用手中的磷脂分子模型摆出磷脂在空气-水界面上的分布情况。

学生小组代表上黑板演示，师生评价并修正。

出示资料③：1925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？

根据材料3推测，脂质分子构成细胞膜应该排列成几层？——“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，可以以史料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：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？

小组活动二：利用手中的磷脂分子模型摆出在生物膜中磷脂分子怎样两层排布。

学生展示活动结果，师生共同评价并完善生物膜中磷脂分子排布的情况。

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

资料④：1959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？

学生阅读教材68页，回答上述问题。

（3）新技术带来新模型

资料⑤：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？

学生回答：生物膜中磷脂分子是不断流动的。

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。

学生回答：变形虫的运动、吞噬细胞吞噬病菌的过程。

观看相关视频，体会生物膜不是静止的，而是不断运动的。

小组活动三：构建蛋白质分子和磷脂分子共同构成的生物膜结构。

学生到前面展示结果并评价。

资料⑥：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。

   生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？不是。科学永无止境，启发同学们不断努力，向着科学家的方向不断努力。

八、教后反思

 1．尽量为学生创造探究活动的机会，激发学习兴趣。本节教学设计上主要突出科学史教育，经过教师精心设计，将各位科学家实验的资料，再加工成一连串环环相扣的问题来引导学生探究，让学生身临其境，仿佛自己就是科学家在进行研究，从中学习模型建构方法：实验、推理想象—提出假说—进一步验证完善—不断发展；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；总结科学发现的一般规律。

2．保护学生的自尊心，培育学生创造的激情。教师必须设置好探究历程的梯度（如，补充磷脂分子结构与特性的知识），并且不能超出学生当前的认知结构和认知水平，并适时、恰当地给学生创新提供帮助，使其能享受成功喜悦，激发并能维持学生的创造热情。

 3．以活动促发展，促进学生知识建构。本节既有资料探究，小组讨论学习的活动，也有通过多媒体课件、学生画图、模型制作等手段，让学生动脑、动口、动眼、动手，学生学习方式多样，落实新课程标准倡导自主、探究、合作学习的要求，有效实现三维目标，学生学得既灵活又实在。