生物膜的流动镶嵌模型信息化教案设计

生物膜的流动镶嵌模型信息化教案设计
Teaching designing about “biomembrane fluid mosaic model”
陕西师范大学生命科学学院2007级生物科学2班朱琳（40708101）
1、教材分析
1.1地位作用
本节内容是人教版必修1第4章《细胞的物质输入与输出》第2节的内容。

是第3章“细胞的基本结构”第1节“细胞膜—系统的边界”的一个延伸与拓展，同时与本章第一节“物质跨膜运输的实例”有密切联系，为第三节“物质跨膜运输的方式”的学习做了知识准备，这三节内容的内在联系是：功能（实例）——结构——功能（原理）。

因此，本节在第四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习惯的观点。

1.2 要紧内容
本节要紧包含两大部分内容：
1、科学家对生物膜结构的探索历程。

2、生物膜的流淌镶嵌模型的基本内容。

2 教学目标
高中《生物课程标准》对本节内容的要求是：简述细胞膜系统的结构。

属于熟悉水平，具体指能够再认或者回忆知识；识别、辨认事实或者证据；举出例子；描述对象的基本特征等。

根据课程标准，我制定了下列的教学目标：
2.1 知识与技能
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，描述科学发现的通常规律。

②举例说出生物膜具有流淌性特点。

③简述生物膜的流淌镶嵌模型的基本内容。

2.2过程与方法
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试做出假设。

②发挥空间想象力，通过制作生物膜的模型，构建细胞膜的空间立体结构。

2.3 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，形成生物结构与功能相习惯的辩证唯物主义自然观。

②确立科学的价值观，懂得假说的提出要有实验与观察的根据，需要有严谨的推理与大胆的想象，并通过实验进一步验证。

③认同实验技术手段的进步在促进科学的进展中的作用。

3 教学重点与难点
3.1 教学重点
对生物膜结构的探索历程
流淌镶嵌模型的基本内容。

3.2 教学难点
探讨建立生物膜模型的过程如何表达结构与功能相习惯的观点。

4 学习者特征分析
4.1 学生已经熟悉了细胞、明白了构成细胞的分子、掌握了细胞的基本结构，特别是细胞膜作为最基本生命系统的边界等有关知识，为本节知识的学习奠定了基础。

4.2 高中学生具备了一定的观察与认知能力，分析思维的目的性、连续性与逻辑性也已初步建立，但是对问题探索的动力要紧来自对有关问题的好奇与有趣水平，目的性不十分明确，因此教师的思维导向就显得十分重要。

本节课利用科学史实验资料，设计学生要探究的问题，让学生在问题引导下进行基于资料与问题的课堂探究活动，问题的设计层层深入，按照学生的思维水平与能力达到一定深度，使学生顺利由感性认识向理性认识过渡。

5 教学媒体的选择与运用
⑥1972年桑格与尼克森提出⑥1972年，桑格与尼克森提出了生物膜的流淌镶嵌模型。

二、细胞膜的结构与特性
６教学方法——探究法
在高中生物课程标准中对教学师生过程提出了“组织好探究性学习”的建议。

该建议指出，科学探究作为发现科学事实、揭示科学规律的过程与方法，在科学教育中有重要的意义。

教学不仅要使学生获取一定的知识，还要使学习习得获取知识的方法，提高解决问题的能力。

在教学中，教师应该让学生亲历思考与探究的过程，领会科学探究的方法。

教师在组织探究活动时应注意下列几个方面：
1、探究活动要有明确的教学目标。

2、要有值得探究的问题或者研究任务。

3、除了教科书中的案例外，教师能够用多种方式创设问题情境，鼓励学生提出自己感兴趣的问题，并选择其中最有探究价值的问题作为小组或者全班共同讨论与探究的课题。

4、要有民主的师生关系与求真求实的氛围。

5、探究性学习是重要的学习方式，但不应成为唯一的方式，如演示、讲授、小组讨论、项目设计等。

6、在探究的过程中，使用了各类教学手段，如多媒体展示科学家实验材料。

6.1 教学模式：
提供资料→提出问题（要求）→做出假设（构建模型）→提供实验验证→得出结论
6.2 教学流程：
6.3设计思路：
1、调动学生已有的知识与经验，激发学生的探究欲望；学生在第2章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型，当时就遇到过用什么材料做细胞膜的问题。

本节课能够从这个问题入手，让学生从结构与功能相习惯的角度分析，用什么材料做细胞膜，能更好地表达细胞膜的功能。

关于这个问题，学生已有的知识是：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界；细胞膜能够操纵物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过；植物细胞质壁分离与复原的实验告诉学生，细胞能够在一定范围内涨大与缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。

2、《普通高中生物课程标准》明确指出要注重生物科学史的学习，本节课蕴含有丰富的科学史教育素材。

科学是一个进展的过程。

学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，懂得科学的本质与科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。

这对提高学生的科学素养是很有意义的。

3、细胞膜的流淌镶嵌模型这个难点的讲解可通过多媒体课件来突破，有顺序与层次地介绍。

通过幻灯片放映各个科学家研究的图片、动画，提高课堂教学
效率，使直观性增强，学生更易于同意。

增强了这些内容的立体感、丰富了教学内容、使学生在乐趣中学、在轻松中学。

4 、生物膜结构模型的构建是本节要突破的一个难点问题。

本节课中，我会在课后让学生根据科学家的实验现象自己来构建磷脂分子的排列方式、蛋白质与磷脂的组合方式，这样让学生不但形象、直观的熟悉了模型构建的过程、也让他们置身其中、探索奥妙并体验了成功的喜悦。

6.4 教具准备
1、生物膜流淌镶嵌模型的多媒体演示课件、视频；
2、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）；
3、煮熟的玉米与未煮过的生玉米、红墨水、小刀。

6.5 课时安排
本节安排一个课时（45分钟）
科学家对生物膜结构的探索历程（20分钟）
生物膜的流淌镶嵌模型学说的基本内容（10分钟）
对科学探究过程的分析，如何表达生物膜结构与功能相统一（10分钟）生物膜的流淌性特点（5分钟）
7 教学过程
7.1教学结构流程设计
说明：
开始与结束 学生使用媒体的活动 教师的活动 学生的活动
7.2具体教学过程
7.2.1创设情境，导入新课 教师：
请同学们展示课前布置的实验 学生：
课前将煮熟的玉米与未煮过的生玉米放入红墨水中，将玉米粒切开，发现煮熟的玉米胚被染成红色，而生玉米的胚未被染成红色。

教师：
提出问题：这是为什么？ 总结：
学生通过观察、思考联想得出——细胞膜的结构被破坏了。

教师：
从制作真核细胞三维结构模型的活动入手，提出问题：根据结构与功能相习惯的观点分析，用哪种材料（塑料袋、气球、普通布、弹力布）做细胞膜，更适于表达细胞膜的功能 ? 让学生讨论，引发学生探究细胞膜结构的好奇心，引出课题。

学生：
回忆在第三章第一节《系统的边界——细胞膜》中学到的有关细胞膜功能的知识，思考得出：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界；细胞膜是选择透过性膜，能够操纵物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过；植物细胞质壁分离与复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大与缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。

教师：
那么根据这些功能，上述哪种材料更适合用做细胞膜的材料呢？
学生：
塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界与让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。

教师：
大家进行选择的根据是利用了细胞膜的功能，这表达了什么样的生物学思想呢？
学生：
生物体结构与功能相习惯的思想。

教师：
实际上，弹力布也并不能完全代替生物膜。

要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。

7.2.2 探究式教学——对生物膜结构的探索历程
教师：
显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，那么生物膜含有什么物质？毕竟具有如何的结构？科学家也是带着这些问题，对生物膜进行了100多年的探索。

今天就让我们沿着科学家的足迹，体验整个探索历程。

教师：
展示资料一：
时间：1895年
人物：欧文顿
实验：用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次研究。

结果：凡是易溶于脂质的物质也容易穿过膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。

问题：细胞膜含有什么成分呢？ 学生：
阅读分析资料，讨论细胞膜的构成成分，思考教师提出的问题。

得出结论：根据化学上的相似相溶原理，得出细胞膜中含有脂质。

教师总结：
由于学生对磷脂分子并不十分清晰，这个问题应该用讲授法进行教学。

通过多媒体课件展示磷脂分子的结构图，讲解磷脂分子的结构与特性：一个磷脂分子由头部与尾部构成，头部由一分子胆碱、一分子磷酸与一分子甘油构成，尾部由两个脂肪酸分子构成。

头部由极性分子构成，因此是亲水的，尾部是非极性分子，因此是疏水的。

教师：
展示资料二： 时间：20世纪初
实验：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，也会被蛋白酶分解。

问题：细胞膜还含有什么成分呢？
非脂溶性物质 脂溶性物质
吸水
涨破
结合之前学过的知识，能被蛋白酶分解的物质中一定含有蛋白质，思考得出——生物膜中还含有蛋白质。

教师：
过渡：细胞膜上的磷脂是如何排列的呢? 继续探究
提供资料三：
时间：1925年
人物：两位荷兰科学家
实验：用丙酮提取人红细胞的细胞膜的脂质成分，在空气—水界面上铺展 成单分子层。

结果：测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的两倍。

教师：
继而提出问题：这说明细胞膜上的磷脂是如何排列的呢?请大家在自己的纸上画一画。

同时请三位学生到黑板上去画，以便于检查与评价学生的结果。

学生：阅读、思考、讨论、绘图并展示，学生可能画出下列几种排列方式。

教师：
提出问题：根据你们已有的知识推理，磷脂双分子层最可能是其中的哪种排布方式呢？说说你的理由。

给学生留出充分的讨论探究的时间，然后小组代表回答，其余小组补充、评价、修正，最后教师总结并对学生的探究结果给予确信。

继续提问：磷脂分子在水体内，呈球状，又是如何排布的呢？请学生说明绘图的理由并公布正确结果。

学生：
小组讨论、比较、选择。

连续两层排列
过渡：那么膜上的蛋白质又是如何排列的呢？继续探究
展示材料四：
时间：1959年
人物：罗伯特森
实验：用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示出暗—明—暗三层结构。

提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的“三明治”模型。

连续的脂质双分子层构成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。

他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。

教师：
根据往常所学知识，你能找出单位膜模型还有什么不足之处吗？说一说你的理由。

学生：
变形虫的变形运动、植物细胞的质壁分离、动物细胞吸水膨胀与失水皱缩、白细胞的吞噬作用等。

教师：
通过多媒体展示变形虫的运动与植物细胞的质壁分离，指出细胞膜是具有流淌性的。

教师：
如何用实验证明生物膜不是静态结构？展示资料五：
时间：1970年
人物：费雷等
实验：将人与鼠的细胞表面膜蛋白分别用不一致的荧光标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，37℃条件下培养40分钟，发现两种荧光抗体均匀分布。

1℃条件下培养40分钟，发现细胞的两极颜色未改变，只是在融合的部位有部分颜色混合。

提出问题：该实验结果说明了什么问题？
学生：
通过思考很容易得出结论：细胞膜不是静止的。

而是具有一定的流淌性，同时流淌性的强弱与温度有关。

教师：
展示资料六
时间：1972年
人物：桑格与尼克森
提出：流淌镶嵌模型
模型的要点：细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，蛋白质镶嵌排列于双分子层上，膜具有一定的流淌性。

6.3总结生物膜流淌镶嵌模型的基本内容
教师：
与同学们一起总结流淌镶嵌模型的基本内容，展示“流淌镶嵌模型”的动画，丰富学生的感性认识。

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，有的部分或者全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。

3、在细胞膜的外侧，有糖蛋白构成的糖被；
4、磷脂分子与大多数的蛋白质是能够运动的，表达了膜的流淌性。

7.4 教学总结
流淌镶嵌模型的基本内容
①构成成分：磷脂、蛋白质、糖类
②基本支架：磷脂双分子层
③蛋白质分布：覆盖、镶嵌、贯穿
④结构特点：具有一定的流淌性
⑤功能特点：选择透过性
8 课后作业
8.1评价反馈
（1）变形虫的任何部位能伸出伪足，人体的某些白细胞能吞噬病菌，这些生理活动的完成说明细胞膜具有下列哪一特点
A.选择透过性
B.一定的流淌性
C.保护作用
D.细胞识别
（2）1985年Overton在研究各类未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。

这说明构成细胞膜的要紧成分中有___________。

（3）1925年Corter Grendel用丙酮提取细胞膜的脂，并将它在空气—水界面上展开时，发现这个单层分子的面积相当于原先细胞表面积的两倍。

由此能够认为细胞膜由___________构成。

（4）1970年，科学家用不一致荧光染料标记的抗体，分别与鼠与人细胞膜上的一种抗原相结合，使它们分别产生绿色与红色荧光。

将两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，另一半呈红色，但在37 ℃水浴中保温40 min后，融合细胞上的两种颜色的荧光呈现均匀分布。

这个实验说明___________，其原因是___________。

参考答案：
（1）B （2）脂质（3）磷脂双分子层（4）细胞膜具有一定的流淌性构成细胞膜的蛋白质分子（抗原）是能够运动的
8.2 动手实践
利用废旧物制作生物膜模型,比如包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等；同学之间相互交流，教师主动指导，同时展示优秀模型，进一步懂得强化生物流淌镶嵌模型的基本内容。

8.3 课堂测试学生自我评定表
学生姓名：_____________ 班级：___________
9 教学反思
9.1 尽量为学生制造探究活动的机会，激发学习兴趣。

9.2 改变了原有单一、被动的学习方式，建立与形成发挥学生主体性的多元化的学习方式，促进学生在教师的指导下主动的富有个性的学习，是新课程改革的核心任务。

9.3 本节内容的重点是通过对生物膜结构的探索得出流淌镶嵌模型的基本内容，在教学中我是以层层设问的方式，水到渠成地引出这一内容，学生容易懂得也不可能觉得突然。

9.4 保护学生的自尊心，培养学生制造的激情。