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2019-2020年高中生物 《生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型》教案15 新人教版必修1 設(shè)計(jì)思路： 任何一個(gè)生命系統(tǒng)都是開放的系統(tǒng)，都與外界有物質(zhì)的交換，細(xì)胞作為最基本的生命系統(tǒng)，在進(jìn)行各種活動(dòng)時(shí)，也要與外界環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)交換，細(xì)胞膜是物質(zhì)交換的直接參與者，它有選擇地允許或阻止一些物質(zhì)通過細(xì)胞膜。 細(xì)胞膜為什么能夠控制物質(zhì)的進(jìn)出？這與生物膜的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？科學(xué)家是怎樣發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜并建立細(xì)胞膜模型的？通過這些問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生始終處于積極的思維過程中。 由于學(xué)生在學(xué)習(xí)第1節(jié)的內(nèi)容時(shí)已經(jīng)對(duì)植物細(xì)胞的吸水和失水的過程進(jìn)行了探究，了解了科學(xué)探究的一般方法，因此在本節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的探究過程中可以運(yùn)用上一節(jié)所學(xué)的科學(xué)探究的方法來探究本節(jié)的內(nèi)容。 本節(jié)課在呈現(xiàn)科學(xué)家研究細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和成分的幾個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)了一連串的問題，引導(dǎo)學(xué)生通過這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推測(cè)出細(xì)胞膜的基本組成和結(jié)構(gòu)，使學(xué)生切身感受科學(xué)的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型理論，從中體驗(yàn)科學(xué)研究的邏輯性和嚴(yán)密性，并加深對(duì)科學(xué)過程和方法的理解。 本節(jié)課的重點(diǎn)是細(xì)胞的流動(dòng)鑲嵌模型的建立，用多媒體課件動(dòng)畫演示人——鼠細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)，再演示變形蟲運(yùn)動(dòng)的畫面，表現(xiàn)細(xì)胞膜的流動(dòng)性，使學(xué)生更直觀地理解細(xì)胞膜上分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 1．簡述生物膜的結(jié)構(gòu) 2．舉例說明生物膜具有流動(dòng)性特點(diǎn)。 3．通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，闡述科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。 能力目標(biāo) 1．通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，作出假設(shè)。 2．通過生物膜模型建立過程的一系列實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析推理的能力 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 1．探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn) 2．探討在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用 教學(xué)方法 結(jié)合多媒體課件的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法 教學(xué)重難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 1．科學(xué)家對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。 2．生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說的基本內(nèi)容。 教學(xué)難點(diǎn) 探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn) 教學(xué)過程 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 創(chuàng)設(shè)問題情境：通過上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)，我們了解到生物膜具有選擇透過性。生物膜為什么具有選擇透過性？這與我們了解的生物體的哪一種物質(zhì)有關(guān)？回憶生命活動(dòng)的體現(xiàn)者是哪一種物質(zhì)？ 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者 聯(lián)系學(xué)生學(xué)過的知識(shí)提出問題使學(xué)生更容易構(gòu)建其知識(shí)框架 補(bǔ)充介紹：1855年瑞典科學(xué)家奈利的實(shí)驗(yàn)：①色素分子進(jìn)入受損傷的植物細(xì)胞的速度比進(jìn)入完整細(xì)胞的速度要快得多；②在顯微鏡下用微細(xì)的探針刺向細(xì)胞時(shí)，能看到細(xì)胞表面出現(xiàn)褶皺，同時(shí)還感到阻力，一旦針刺破細(xì)胞進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，阻力就隨之消失。這說明什么問題？ 細(xì)胞表面有一層膜 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入科學(xué)研究的情境，使學(xué)生體會(huì)發(fā)現(xiàn)的樂趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的興趣 介紹19世紀(jì)末，歐文頓(Overton)的實(shí)驗(yàn)：細(xì)胞膜對(duì)不同物質(zhì)的通透性不一樣，溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。說明細(xì)胞膜的組成成分中有什么物質(zhì)？你作出推論的依據(jù)是什么？ 根據(jù) 化學(xué)上物質(zhì)的“相似相溶”原理，說明細(xì)胞膜的組成成分中有脂質(zhì) 培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察提出問題、作出假設(shè)的科學(xué)探究能力 問題①：最初認(rèn)識(shí)到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析，還是通過對(duì)膜成分的提取和鑒定？ 問題②：通過推理分析得出結(jié)論后，還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？ 20世紀(jì)初，在歐文頓(Overton)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的20年后，科學(xué)家們第一次從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中將細(xì)胞膜分離出來進(jìn)行化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：膜的主要成分是磷脂和蛋白質(zhì)。 ①通過推理分析得出的 ②有必要。僅靠推理得出的結(jié)論不一定準(zhǔn)確，還應(yīng)通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。 使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究的嚴(yán)密性 脂質(zhì)(磷脂)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？ 補(bǔ)充介紹，1917年，朗姆瓦(Langmuirwa)將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后磷脂分子分布散亂，經(jīng)過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且其磷酸基團(tuán)的極性頭部都浸入水中。這說明什么？ 學(xué)生回答后，總結(jié)：磷脂分子頭部的磷酸基是親水性的極性基團(tuán)，而尾部的脂肪酸則是疏水性的非極性基團(tuán)。 說明磷脂分子是有極性的，其頭部全部浸入水中說明頭部是和水相吸引的，而其尾部都暴露在空氣中，說明尾部和水是不易親和的。 聯(lián)系化學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生體會(huì)各學(xué)科的之間交叉、滲透 1925年，兩位荷蘭科學(xué)家高特(Gorter)和格倫德(Grendel)設(shè)法把哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞中提取的脂質(zhì)在空氣——水界面上鋪展成單分子層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷脂排成單分子層后的面積恰好為紅細(xì)胞表面積的2倍。由此可推導(dǎo)出脂質(zhì)在細(xì)胞膜中的排列有什么特點(diǎn)？ 細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層 讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的探索過程，在自主探索中主動(dòng)獲取知識(shí)，構(gòu)建自己的知識(shí)大廈 大家可能注意到了，前面的實(shí)驗(yàn)都是用紅細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料的，為什么科學(xué)家選用哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞作實(shí)驗(yàn)材料？ 哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核，而且除了細(xì)胞膜外，在細(xì)胞質(zhì)中沒有其他含膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，這樣在比較細(xì)胞膜和磷脂分子二者的面積關(guān)系時(shí)，沒有其他膜的干擾，便于分析 使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究中選材的重要性 通過剛才的探究，你能勾勒出細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)嗎？ 細(xì)胞膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)組成，而且磷脂分子是呈雙層排列的，其親水性的頭部排列在外面，疏水性的尾部在內(nèi)部 培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力 除了脂質(zhì)外，蛋白質(zhì)也是細(xì)胞膜的成分， 蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置？ 1959年，羅伯特森(J.D.Robertson)在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的暗——亮——暗的三層結(jié)構(gòu)，提出生物膜的“三明治”模型：認(rèn)為生物膜都是由蛋白質(zhì)——脂質(zhì)——蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且認(rèn)為生物膜都是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。 這個(gè)觀點(diǎn)引起其他科學(xué)家的質(zhì)疑。多媒體演示細(xì)胞生長、變形蟲的運(yùn)動(dòng)，說明靜態(tài)的生物膜不能解釋細(xì)胞生長、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)等現(xiàn)象，細(xì)胞的復(fù)雜功能也難以實(shí)現(xiàn)。 通過實(shí)例讓學(xué)生分析這種膜結(jié)構(gòu)的不合理性，樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn) 使學(xué)生體會(huì)到技術(shù)進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展的重大影響。 使學(xué)生明白科學(xué)探究過程的假設(shè)必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)才能得到大家的認(rèn)可 有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)不斷運(yùn)動(dòng)的？ 隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)膜蛋白并不是全部平鋪在脂質(zhì)表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的。 重點(diǎn)介紹1970年熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。 多媒體演示實(shí)驗(yàn)過程： 綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，紅色熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合，這兩種細(xì)胞剛?cè)诤蠒r(shí)，融合細(xì)胞的一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光，在37℃下經(jīng)過40分鐘，兩種顏色的熒光均勻分布。 這一實(shí)驗(yàn)過程顯示細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——具有流動(dòng)性。 學(xué)生看實(shí)驗(yàn)過程，討論結(jié)果 讓學(xué)生體會(huì)技術(shù)的進(jìn)步會(huì)使科學(xué)研究得到發(fā)展 補(bǔ)充介紹科學(xué)家運(yùn)用冰凍蝕刻法在電鏡下觀察到細(xì)胞膜的磷脂雙分子層中的蛋白質(zhì)的分布。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，膜蛋白并不是全部平鋪在脂質(zhì)表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。并通過實(shí)驗(yàn)證明了細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。 1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型為大家所能接受。 討論技術(shù)進(jìn)步在細(xì)胞膜研究中的應(yīng)用 使學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)的關(guān)系 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)在探究出生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型中，運(yùn)用的方法：提出問題，提出假設(shè)，進(jìn)一步驗(yàn)證完善，不斷發(fā)展。 回憶科學(xué)探究的一般過程 加深學(xué)生對(duì)科學(xué)研究過程的認(rèn)識(shí) 介紹流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容：磷脂雙分子層構(gòu)成了膜的基本支架，這個(gè)支架具有流動(dòng)性，蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個(gè)磷脂雙分子層。多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的。磷脂分子之間有一些小孔，可以讓一些物質(zhì)進(jìn)出，以及蛋白質(zhì)也可以成為物質(zhì)進(jìn)出膜的通道。 使學(xué)生認(rèn)同流動(dòng)鑲嵌模型的合理性。 強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn) 簡介細(xì)胞膜上糖被的功能：保護(hù)、潤滑、識(shí)別等。 簡介細(xì)胞膜表面的糖脂組成。 認(rèn)識(shí)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和功能的多樣性 進(jìn)一步加深對(duì)細(xì)胞膜的重要性的體會(huì) 思考、討論： 1．生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？ 2．縱觀整個(gè)人們建立生物膜模型的探索過程，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起到怎樣的作用？ 3．分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)是如何體現(xiàn)的？ 1．生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不可能完美無缺。 2．實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。3．在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐、認(rèn)識(shí)，再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)；使人類一步步接近生物膜的真相。 使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究的過程是不斷開拓、發(fā)展、修正、前進(jìn)的?？茖W(xué)研究永無止境。 課堂練習(xí)： 1．據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素D等物質(zhì)較容易優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因?yàn)椋? ） A．細(xì)胞膜具有一定流動(dòng)性 B．細(xì)胞膜是選擇透過性 C．細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是以磷脂分子層為基本骨架 D．細(xì)胞膜上鑲嵌有各種蛋白質(zhì)分子 2．下列哪一種膜結(jié)構(gòu)能通過生物大分子（ ） A．細(xì)胞膜 B．核膜 C．線粒體膜 D．葉綠體膜 3．一分子CO2從葉肉細(xì)胞的線粒體基質(zhì)中擴(kuò)散出來，進(jìn)入一相鄰細(xì)胞葉葉綠體基質(zhì)內(nèi)，共穿過的生物膜層數(shù)是（ ） A．5 B．6 C．7 D．8 4．細(xì)胞膜上與細(xì)胞識(shí)別、免疫反應(yīng)、信息傳遞和血型決定有著密切關(guān)系的化學(xué)物質(zhì)是（ ） A．糖蛋白 B．磷脂 C．脂肪 D．核酸 5．變形蟲的任何部位都能伸出偽足，人體某些白細(xì)胞能吞噬病菌，這些生理過程的完成都依賴于細(xì)胞膜的（ ） A．保護(hù)作用 B．一定的流動(dòng)性 C．主動(dòng)運(yùn)輸 D．選擇透過性 6．下列物質(zhì)中，不能橫穿細(xì)胞膜進(jìn)出細(xì)胞的是（ ） A．維生素D和性激素 B．水和尿素 C．氨基酸和葡萄糖 D．酶和胰島素 1．C 2．B 3．B 4．A 5．B 6．D 加深學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型和細(xì)胞膜特性的理解 教學(xué)反思 通過前面的引導(dǎo)過程，學(xué)生能重新體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的探索過程，在自主探索中主動(dòng)獲取知識(shí)，并通過討論和相互補(bǔ)充以及教師適當(dāng)?shù)慕馕?，使學(xué)生從探索發(fā)現(xiàn)上升到知識(shí)構(gòu)建，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)推斷和知識(shí)遷移的能力，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)中“探索領(lǐng)先、合作學(xué)習(xí)，師生是學(xué)習(xí)‘共同體’”的教育理念。 根據(jù)新課標(biāo)的要求，在教學(xué)中設(shè)計(jì)了一系列與科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)有關(guān)的問題，這些問題有的難度很大，可以說就是當(dāng)初科學(xué)家們多年的研究結(jié)果，但是學(xué)生們配合得很好，很多結(jié)論就是學(xué)生在課堂上推理得出的，這應(yīng)該與學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的興趣和本身具有的能力有關(guān)。因?yàn)槲倚Ｊ墙K省首批的四星學(xué)校，集中了本地區(qū)最好的生源，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)，對(duì)學(xué)習(xí)的熱情也很高，這使我校的新課改能順利進(jìn)行。當(dāng)然，教師對(duì)課程的把握、對(duì)學(xué)生積極表現(xiàn)的鼓勵(lì)也是課堂教學(xué)改革順利進(jìn)行的保證。通過本節(jié)課的教學(xué)，我體會(huì)到教師應(yīng)該在備課上多下功夫，參考各套教材，汲取所長應(yīng)用到教學(xué)過程中。