《生物膜的流动镶嵌模型》课例研究

《生物膜的流动镶嵌模型》课例研究——如何更好的运用模型构建讲解重点知识一、背景：“生物膜的流动镶嵌模型”一节是人教版《必修1分子与细胞》第四章《细胞的物质输入和输出》之第二节，与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。

所以,这节的内容安排很巧妙，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。

本节主要包括对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。

在教学中，要充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，切身感受科学的魅力，保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。

让学生在探究中学习科学探索的方法，从而渗透探索科学过程和方法的教育。

学生在第三章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型，已经知道细胞膜很薄，细胞膜是最基本生命系统的边界，控制物质的进出，具有选择透过性。

在第四章第一节的学习中做过植物细胞的质壁分离和复原实验，已经了解细胞膜具有一定的弹性，这些已有的知识和经验为本节的学习奠定了基础。

高一学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。

二、第一次实践过程：【创设情景，复习设问导入】* 设问：生物膜的功能是什么？其功能特性是什么？为什么生物膜表现出这样的特性？* 学生回答：（略）* 教师引述：依据生物体的结构和功能相适应的观点，生物膜在功能上的选择性与生物膜的结构有着一定的关系。

【问题探讨】* 教师讲述：选择合适的材料，是科学实验成功的关键。

那么选择哪种材料制作细胞膜模型，更适于体现细胞膜的功能呢？* 学生回答：（略）* 教师引述：弹力布有弹力性，那它能完全具有生物膜的特点吗？* 学生回答：（略）* 教师引述：显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，那么生物膜究竟具有怎样的结构呢？科学家也是带着这些问题，进行了探索生物膜结构的探索。

下面让我们体验一下科学家探索生物膜结构的历程。

【体验对生物膜结构的探索历程】这部分内容，让学生先自我阅读，紧紧追随科学家的思维，通过观察分析每一个实验现象说明了什么问题，并大胆地提出假设。

* 设问：对“欧文顿实验”──实验得到什么现象？最初实验得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坚定？假说是如何提出的？在推理分析得到结论之后还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？再提出为什么一开始不对生物膜直接进行提取、分离和鉴定呢？* 学生交流、讨论：（略）* 教师讲述：对现象的推理分析是要进行鉴定，才能准确地说明问题。

可是鉴于当时技术的限制，不能进行对结构物质的提取。

* 设问：对“荷兰科学家实验”──实验得到什么现象？如果你是科学家，展开大胆想象，你会推测出什么样的结论？* 学生交流、讨论：（略）* 教师讲述：先解释磷脂的结构组成，强调头部磷脂的亲水性和尾部脂肪酸的疏水性，然后说明科学技术的发展促进了科学探索的进程。

* 教师引述：知道了脂质的结构，那么蛋白质又处于如何的位置呢？有人推测出脂质两边覆盖蛋白质的理论。

* 设问：对“罗伯特森电镜实验”──实验得到什么现象？让你来推测，你会推出什么样的结论？“三明治”结构模型有什么不足？* 学生交流、讨论：（略）* 教师讲述：借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并推出静态结构。

在第一节学习“细胞学说的建立过程”中知道了科学的探索过程是个开拓、继承、修正和发展的过程，而且我们应用哲学上发展的观点看待科学问题。

并课件展示：细胞分裂、草履虫的运动和分裂、成熟植物细胞的质壁分裂与复原现象。

* 设问：罗伯特森细胞膜静态结构能说明这些生命现象吗？* 学生：（略）* 教师讲述：20世纪60年代,有人对此静态观点提出异议。

并随着科学技术的发展，对蛋白质的位置也提出了准确的说法，指出蛋白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌在脂质双分子层中。

* 设问：对“荧光染料标记实验”──观察得到怎样的动态现象？推出什么结论？说明了什么？* 学生交流、讨论：（略）* 教师讲述：细胞膜的流动性是与细胞膜的成分—磷脂分子和蛋白质分子的运动分不开的。

白细胞吞噬细菌、变形虫运动等例子更强有力地说明细胞膜具有流动性。

* 教师引述：1972年，桑格和尼克森通过观察和实验，并在继承前人的研究成果基础上，提出了生物膜分子模型，即流动镶嵌模型，并被人们所接受。

* 设问：此生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺呢？* 学生：（略）* 教师讲述：科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要后人不断修正和完善；时时刻刻要认识到科学技术在科学探索的过程中所起的关键作用；并要以发展的观点看待科学。

* 质疑：同学们，如果你是当时的科学家，你也会像当时的科学家一样，进行这样的思维吗？！* 学生回答：（略）* 教师讲述：在体验探索历程过程中，我们要通过功能现象的观察分析，推理假设生物膜的结构特点，依据结构与功能相统一的观点，一步一步地探讨生物膜的结构。

【生物膜的流动镶嵌模型的基本内容】结合生物膜结构的探索历程，学生展开想像，结合生物膜的组分，自我构建细胞膜的三维立体结构。

再课件展示“细胞膜的结构”，教师有顺序、有层次清楚地阐述基本内容：* 生物膜的组成：主要由蛋白质和脂质组成，还含少量的糖类。

* 生物膜的基本骨架：磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。

* 蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。

体现了生物膜的不对称性。

* 生物膜的结构特点：流动性（磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的）* 生物膜的功能特点：选择透过性。

反思：“对生物膜结构的探索历程”这部分内容可以联系第一章之第二节，关于“细胞学说的建立过程”，不仅要让学生知道生物学的基本理论知识，还要让学生明白科学探索是一个在继承中不断验证、修正和完善发展的过程，其道路是曲折的，更要让学生尊重科学，用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观。

这样通过科学探索史的学习，让学生自我启示，加深对科学过程和方法的理解。

“流动镶嵌模型的基本内容”的阐述一定要清晰，有条理，便于对这部分知识的理解掌握，同时也为更好的理解下一节“物质跨膜运输的方式”提供了知识基础。

三、第二人次实践过程：利用废旧物品制作生物膜模提示：用包裹中药丸的球形蜡质盒做磷脂分子的头部。

去掉药盒表面的腊壳，穿过铁丝或电线，使铁丝或电线成为磷脂分子的尾部。

再在盒子扣合处以及与盒子扣合处相垂直的方向打上两组孔（每组两个孔）。

每一个盒子都这样做。

用较长的铁丝把盒子穿起来，并扣上两半盒子，排列在这就做好了“磷脂单分子层”。

用同样的方法再做一个“磷脂单分子层”，这样就做成了“磷脂双分用什么材料做蛋白质呢？可以收集废旧包装材料，如包装电器的硬沫塑料，它很容易被你加工成需要一些“蛋白质”可以“漂浮”在膜的两侧，另一些可以“嵌入”或“贯穿”膜。

可以用贯穿膜的“蛋白质”来帮助固定磷脂双分子层，穿铁丝的时候把出板块镶嵌模型。

[搜索3] 2005年，Caco-2细胞生物膜因在结构和生物学性质上与人小肠吸收细胞相似而广泛用于肠道药物吸收机制研究。

[成果展示][创新1] 用球形或接近球形的“纽扣”穿上两根“细铜线”，模拟磷脂分子（纽扣模拟磷脂分子的头部，细铜线模拟磷脂分子的尾部）；用“废旧塑料泡沫”剪成不同圆球形，模拟蛋白质分子。

[创新2] 用“乒乓球”穿上两根“细铁丝”，模拟磷脂分子（乒乓球模拟磷脂分子的头部，细铁丝模拟磷脂分子的尾部）；用“橡皮泥”捏成不同圆球形，模拟蛋白质分子。

科方究精神，助高技的度，生素养。

“兴趣加物镶基的理解，可生意新精神。

反思：实施这节课后，总体感觉是成功的。

体现了新课标下面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系，提高生物科学素养的新理念。

课堂上学生的参与面比较广，小组学习能够更好地发挥同学自主学习的积极性，学生的荣誉感在小组学习过程中能够得到升华，合作学习的热情更高，本节内容是一节理论课，通过学习后，同学们体验到了理论与实践的关系，初步了解了生物科学的探究过程，大多数同学能够接受和理解生物膜的流动镶嵌模型，并且能够在纸上画出流动镶嵌模型的平面图，比较好地表现出磷脂双分子层及蛋白质分子在其中的三种分布方式。

通过小组竞赛的方式，加深了对于细胞膜流动性实例的理解，并且使学生自主学习，合作探究的能力得到了展示。

最后通过一些一练习，发现同学们基本掌握了生物膜的流动镶嵌模型的内容和流动性表现的一些实例，对科学的过程和方法有了更深的认识。

采用小组合作学习的方式有得于学生学习主动性和自觉性的提高，在今后的教学中是值得推广的，学生竞赛有助于提高学生的兴趣，能够让同学们有一种学习的成就感，从而提高学习生物的兴趣。

但是小组学习如果是局限于课堂上，他的魅力是要大大打拆扣的，比如流动性实例口说比赛，第一个班没有事先布置学生去查找资料，能够回答出来的只少数的同学，后来在第二个班课前布置给他们去查资料，知道的程度就大大不一样了。

小组学习中由于小组成员之间的学习的能力参差不齐，完成任务往往是“能者多劳”，而程度差一些的学生就有可能依赖于他人，慢慢养成的不爱动脑的陋习，这样不利于学生生物接掌素养的培养，教学中怎么去解决这个问题，这里提出来与大家一起讨论。

另外小组学习的学习纪律是比较难控制的。

总结：前苏联教育学家苏霍姆林斯基在《给教师的建议》一文中指出：“在学校里，重要的不是学到多少知识和技能，而是学会一种会学习的能力，学会自己去学习的能力”。

因此我们对《生物膜的流动镶嵌模型》这一节教材的认识和教学过程的设计，本着以学生在学习与发展中的主体地位为核心的主体性教育思想和教学思念。

通过教学资源和信息技术的整合，为学生建立教学情境，使学生自主探究、合作交流，去发现知识、理解知识和运用知识，让学生愿学、乐学、会学，发展成“终身学”。

本设计在教学时，根据学生已有的细胞膜成分的基础，通过提供资料，设置问题，让学生作出假设并建立模型，再以提供科学家的有关实验或是学生设计实验的形式加以证明，很好的完成了三维课程目标。

但还是有些“遗憾”。

如在分组构建模型时，部分小组无法在有限的时间内想到完整的解决方案；在绘制生物膜概念图和细胞膜结构示意图，少数同学的语言描述还不够准确；在展览学生手工制作生物膜模型时，部分模型制作还不够精致和准确；在小组讨论教学环节，少数学生还显得腼腆，不够热情大方。

教学永远是一门遗憾的“艺术”，上课前预想的很多好的想法、好的创意，被上课时千变万化的情景（每个学生的感知、理解、兴趣和思想集中的程度都不一）而没能“恰倒好处”的实施和解答。