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2019-2020年高中生物 《生物膜的流動鑲嵌模型》教案16 新人教版必修1 1 教材分析 1.1 教材的地位和內(nèi)容 “生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)是人教版《必修1分子與細胞》第四章《細胞的物質輸入和輸出》之第二節(jié)，與第一節(jié)“物質跨膜運輸?shù)膶嵗彼从车纳锬ξ镔|的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯(lián)系，并對第三節(jié)學習“物質跨膜運輸?shù)姆绞健弊髁酥R準備。所以，這節(jié)的內(nèi)容安排很合理，對整個章節(jié)的知識起到了承上啟下的作用。 本節(jié)主要包括對生物膜結構的探索歷程和生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容兩大部分。在教學中，要充分發(fā)揮教師的主導地位和學生的主體地位，引導學生觀察并分析實驗現(xiàn)象，大膽的提出實驗假設，宛如親歷科學家探索科學的歷程，切身感受科學的魅力，保持強烈的探究科學的激情和興趣，自然地接受流動鑲嵌模型的理論。讓學生在探究中學習科學探索的方法，從而滲透探索科學過程和方法的教育。 1.2 課程三維目標的確定 1.2.1 知識與技能 本節(jié)內(nèi)容的課程標準是“簡述細胞膜系統(tǒng)的結構和功能”。這項要求包括兩層含義：一是簡述細胞的生物膜系統(tǒng)的概念和功能；二是簡述生物膜的結構。因此本節(jié)在知識與技能方面的目標可定為簡述生物膜的結構。 1.2.2 過程與方法 本節(jié)內(nèi)容以細胞膜分子結構的探究歷程為主線，學生動腦分析實驗現(xiàn)象得出實驗結論并構建模型為重點，讓學生們從中體驗科學的實驗思想和實驗方法。因此本節(jié)在過程與方法方面的目標可定為嘗試提出問題做出假設。 1.2.3 情感、態(tài)度與價值觀 本節(jié)教材介紹了人類探究生物膜結構的過程和方法，可以加深學生對科學的歷史和本質的認識，特別是這些內(nèi)容中所體現(xiàn)的結構和功能相統(tǒng)一，技術手段的進步，促進科學的發(fā)展等觀點對于學生的情感態(tài)度與價值觀領域的發(fā)展有重要價值。因此本節(jié)在情感、態(tài)度與價值觀方面的教學目標可定為探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用;探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結構與功能相適應的觀點。 1.3 重點、難點的確定 生物膜的功能特性是具有選擇透過性，根據(jù)結構與功能相適應的生物學基本觀點，因此確定本節(jié)的教學重點為流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。 高一學生已有的生物學知識和生活經(jīng)驗較少，空間想象能力和邏輯推理能力有限，因此確定本節(jié)的教學難點為探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結構與功能相適應的觀點。 1.4 學情分析 學生在第三章的學習中曾經(jīng)制作真核細胞的三維結構模型，已經(jīng)知道細胞膜很薄，細胞膜是最基本生命系統(tǒng)的邊界，控制物質的進出，具有選擇透過性。在第四章第一節(jié)的學習中做過植物細胞的質壁分離和復原實驗，已經(jīng)了解細胞膜具有一定的彈性，這些已有的知識和經(jīng)驗為本節(jié)的學習奠定了基礎。 高一學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續(xù)性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考。 1.5 教學方法的確定 以學生“自主、探究、合作”的學習方式來優(yōu)化課堂學習與教學，實現(xiàn)課程三維目標。本節(jié)課采用“引導—觀察分析實驗現(xiàn)象—提出假設—實驗驗證再分析”的教學模式，融合運用引導啟發(fā)、觀察分析、對比歸納、聯(lián)系實例等方法，配以多媒體輔助教學，尤其在體驗生物膜的探索歷程上給學生以動態(tài)的感覺，輕松地講授本節(jié)的兩大知識板塊。 1.6 學習方法的確定 “授人與魚，莫過于授人與漁”，學生學習的最終目點不是僅僅為了“學會”知識，更是為了“會學”知識。 在教學中，要注重學生學習方法的指導和培養(yǎng)。在本節(jié)課中，學生將通過多種途徑，如：觀察、閱讀、思考、分析、討論、探究等等，來開展學生之間的協(xié)作學習和自主學習，形成以學生為主體的教學模式。讓學生通過自己的主體活動，根據(jù)自身的反饋信息來形成對客觀事物的認識和理解，從而發(fā)展自身的創(chuàng)造性思維能力，提高自身的信息素養(yǎng)。 2 教學設計 2.1 設計思想 這節(jié)課以教改的新《生物課程標準》所倡導的教學理念：面向全體學生、提高生物科學素養(yǎng)、倡導探究性學習為設計指導思想。把培養(yǎng)會學習的、具有高度科學文化素養(yǎng)和人文素養(yǎng)的人作為最終教學目標。嘗試進行信息化環(huán)境下的教學設計（信息化教學設計），即用系統(tǒng)方法，以學為中心，充分利用現(xiàn)代信息技術和信息資源，科學地安排教學過程的各個環(huán)節(jié)和要素，以實現(xiàn)教學過程的優(yōu)化。 2.2 設計思路 本節(jié)課采用“提供資料→提出問題（要求）→做出假設（構建模型）→提供實驗驗證”的教學模式，通過“生物膜流動鑲嵌模型”的構建及有關實驗設計，體現(xiàn)學生“自主、探究、合作”的學習方式，感受科學家探索的歷程和過程的艱辛。同時對探索歷程的內(nèi)容添加小標題以凸顯脈絡，像“層層剝?nèi)スS衣”一樣，將小標題作為思考討論的切入點一一展開，幫助學生梳理并體驗結構模型的建構方法，同時理解并能夠描述流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。 2.3 教學程序 2.4 教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖 [引入] （5分鐘） [問題探討] 在制作真核細胞三維結構模型的活動中，選用塑料袋、普通布和彈力布三種材料做細胞膜，哪種材料更適于體現(xiàn)細胞膜的功能？ [小組討論回答] 三種材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布不具有柔變性，而彈力布不僅具有柔變性，還具有一定的通透性。 點燃學生的好奇之火，激發(fā)學生對生物膜結構的強烈興趣和渴望探索的動機。 [師生共識] 選擇彈力布做細胞膜的材料，相對好一些。 [過渡] 當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。今天就讓我們一起隨著小探索者去親歷科學家的探索歷程吧! [效果] 讓學生宛如親歷科學探索歷程，切身感受到科學的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，且加深對科學過程和方法的理解。 教師活動 學生活動 設計意圖 [新課] （32分鐘） 一．生物膜結構的探索歷程 [過渡] 一種物質或物體的結構是其組成成分間的組合形式的體現(xiàn)。要弄清某一物質或物體的結構，首先要弄清其化學組成成分。那么，細胞膜的組成成分是什么？ [設疑] 探究細胞膜的化學組成成分，為什么不用化學分析的方法呢？ [小組討論回答] 限于當時的技術條件，科學家們不知道細胞膜的結構，只好從研究細胞膜的生理現(xiàn)象入手來探究其化學組成成分。 開始學習模型建構的方法。 [小標題一] 從細胞膜功能入手的科學探究 [展示資料1] 細胞膜的通透性實驗 時間：19世紀末 1895年 科學家：歐文頓（E.Overton） 實驗：物質對細胞膜的通透性 問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？ ②歐文頓提出了什么假說？ [設疑] 正是有了實驗觀察，科學家才有了嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?。膜是由脂質組成的這一假說在19世紀被提出。假說是否還需要進一步的實驗和觀察來驗證和完善？ [展示資料2] 細胞膜提取分離和成分分析 時間：20世紀初 實驗：科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細胞膜不但會被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。 問題：細胞膜是由哪些化學成分構成的？ [閱讀] P65教材正文第二段。 [觀察] 歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性實驗 [小組討論回答] ①實驗的現(xiàn)象是什么？ （凡是可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。） ②歐文頓提出了什么假說？ （膜是由脂質組成的。） [回答] 需要 [閱讀] P65教材正文第三段。 [小組討論回答] 細胞膜是由哪些化學成分構成的？（膜的主要成分是脂質和蛋白質。） 假說是怎樣提出的。 科學的探索要具備嚴密的思維。 [小標題二] 單位膜模型的提出 [過渡] 細胞膜中的化學成分是怎樣有機結合構成細胞膜的呢?其中涉及到細胞膜中磷脂的排列方式和蛋白質的排列方式及模型的建構。 [展示資料3] 兩位荷蘭科學家實驗過程 時間：1925年 科學家：荷蘭科學家Gorter和Grendel [閱讀] P65教材正文第三段 [觀察] 動畫演示兩位荷蘭科學家實驗示意圖。 了解技術進步對科學研究發(fā)展的作用。 教師活動 學生活動 設計意圖 實驗：磷脂平鋪在空氣—水界面 問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？ ②實驗結論是什么？ ③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續(xù)的兩層呢？ [展示資料4] “三明治”結構模型 時間：1959年 科學家：羅伯特森（J.D.Robertsen） 實驗：羅伯特森電鏡下觀察到的細胞膜 問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？ ②羅伯特森提出了什么假說？ ③討論“三明治”模型的局限性？ [小組討論回答] ①實驗的現(xiàn)象是什么？ （測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。） ②實驗結論是什么？ （細胞膜中的脂質分子必然排列為連續(xù)的兩層。） ③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續(xù)的兩層呢？ （磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸組成。其磷酸“頭部”是親水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。該結構決定了細胞膜中磷脂分子的排列方式。） [閱讀] P66教材正文第一段 [觀察] 展示羅伯特森電鏡下觀察到的細胞膜。 [小組討論回答] ①實驗的現(xiàn)象是什么？ (在電鏡下看到了細胞膜清晰的“暗—亮—暗”三層結構。) ②羅伯特森提出了什么假說？ (所有生物膜都是由“蛋白質—脂質—蛋白質”三層結構構成的靜態(tài)統(tǒng)一結構。) ③討論“三明治”模型的局限性？ (把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結構，解釋不了膜的許多生理功能。) 技術進步推動了假說的發(fā)展。 [小標題三] 新技術帶來新模型 [過渡] 隨著科學技術的進步，人們從新的實驗現(xiàn)象入手對細胞膜的分子結構作出了新的判斷。 [展示資料5] 電鏡冰凍蝕刻細胞膜示意圖 時間：20世紀60年代 實驗: 科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中蛋白顆粒 問題：該圖說明了什么？ [觀察] 科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中蛋白顆粒分布示意圖。 [小組討論回答] 實驗的現(xiàn)象是什么？ (實驗表明蛋白質并不是全部平鋪在脂質的表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中的。) 隨著技術進步，假說不斷被修正和完善。突出模型建構方法：實驗、推理想像→提出假說→進一步驗證完善→不斷發(fā)展。 教師活動 學生活動 設計意圖 [展示資料6] 免疫熒光技術細胞融合實驗 時間：1970年 科學家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin) 實驗：人鼠細胞融合 問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？ ②實驗結論是什么？ ③例舉細胞膜具有流動性？ [智慧升華] 1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）通過觀察和實驗，并在繼承前人的研究成果基礎上，提出了什么樣的生物膜分子模型并被人們所接受。 [設疑] 生物膜的流動鑲嵌模型是否已完美無缺呢？從生物膜結構的探索歷程中，你受到哪些啟發(fā)？ [閱讀] P67教材正文第二段 [觀察] Flash演示小鼠細胞和人細胞的融合過程。 [小組討論回答] ①實驗的現(xiàn)象是什么？ （兩種顏色的熒光均勻分布。） ②實驗結論是什么？ [細胞膜具有流動性（膜分子是運動的）。] ③例舉細胞膜具有流動性？ （白細胞吞噬細菌、變形蟲運動。） [形成共識] 1972年，桑格和尼克森提出了最具代表性的生物膜模型——流動鑲嵌模型。 [生生協(xié)作，形成共識] 流動鑲嵌模型不可能完美無缺。 總結結構與功能相適應的觀點。人類對自然的認識是永無止境的。 實現(xiàn)“情感、態(tài)度與價值觀”課程目標。 [科學精神和科學品質滲透] 人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創(chuàng)新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動鑲嵌模型。 二．流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 [動畫演示] 細胞膜的亞顯微結構模型 [自學問題] ①生物膜的基本支架是什么？ ②蛋白質分子有哪幾種存在形態(tài)？ ③膜分子是靜止的，還是運動的？ [知識拓展] 磷脂分子的運動方式。 1側向擴散 2旋轉運動 3擺動運動 4翻轉運動 5伸縮震蕩 6旋轉異構 [閱讀] P68教材正方第一段 [觀察] 三維立體動畫演示生物膜的流動鑲嵌模型 [小組討論回答] ①生物膜的基本支架是什么？ [磷脂雙分子層。（親水性頭部朝向兩側，疏水性尾部朝向內(nèi)側）] ②蛋白質分子有哪幾種存在形態(tài)？ [蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨磷脂雙分子層。（體現(xiàn)了生物膜的不對稱性）] ③膜分子是靜止的，還是運動的？ [磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子都是運動的。（體現(xiàn)了生物膜的結構特點具有流動性）] [能力提升] 通過觀看磷脂分子的運動方式，進一步加深分子運動的直觀感受。 通過動畫演示和直觀圖片，強化生物膜“流動鑲嵌模型”的基本內(nèi)容。 教師活動 學生活動 設計意圖 [小結] （4分鐘） [師生合作] 繪制生物膜的概念圖 運用繪“概念圖”，將已有知識系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。 [鞏固] （4分鐘） [繪圖] 繪制細胞膜的亞顯微結構示意圖 [要求] 1．準確繪制出細胞膜的基本支架、蛋白質的三種位置和糖被。 2．準確標注出各部分的結構名稱，且用平行線。 [生生合作] 復習強化“流動鑲嵌模型”的基本內(nèi)容，突出教學重點。 [課外延伸] [興趣1] 搜索科學家對生物膜研究的最新進展資料，課后相互交流。 參考網(wǎng)址：labsky scichina toxsmmu pep.cn google baidu [興趣2] 利用廢舊物品制作生物膜模型。 提示：用包裹中藥丸的球形蠟質盒做磷脂分子的頭部。去掉藥盒表面的臘殼，穿過鐵絲或電線，使鐵絲或電線成為磷脂分子的尾部。再在盒子扣合處以及與盒子扣合處相垂直的方向打上兩組孔（每組兩個孔）。每一個盒子都這樣做。用較長的鐵絲把盒子穿起來，并扣上兩半盒子，排列在一個水平面上，這就做好了“磷脂單分子層”。用同樣的方法再做一個“磷脂單分子層”，這樣就做成了“磷脂雙分子層”。用什么材料做蛋白質呢？可以收集廢舊包裝材料，如包裝電器的硬質泡沫塑料，它很容易被你加工成需要的形狀。一些“蛋白質”可以“漂浮”在膜的兩側，另一些可以“嵌入”或“貫穿”膜。可以用貫穿膜的“蛋白質”來幫助固定磷脂雙分子層，穿鐵絲的時候把它們穿上就是了。 [搜索1] 1975年，Wallach提出晶格鑲嵌模型。 [搜索2] 1977年，Jain和White提出板塊鑲嵌模型。 [搜索3] xx年，Caco-2細胞生物膜因在結構和生物學性質上與人小腸吸收細胞相似而廣泛用于腸道藥物吸收機制研究。 [成果展示] [創(chuàng)新1] 用球形或接近球形的“紐扣”穿上兩根“細銅線”，模擬磷脂分子（紐扣模擬磷脂分子的頭部，細銅線模擬磷脂分子的尾部）；用“廢舊塑料泡沫”剪成不同圓球形，模擬蛋白質分子。 [創(chuàng)新2] 用“乒乓球”穿上兩根“細鐵絲”，模擬磷脂分子（乒乓球模擬磷脂分子的頭部，細鐵絲模擬磷脂分子的尾部）；用“橡皮泥”捏成不同圓球形，模擬蛋白質分子。 “興趣1”可培養(yǎng)學生對問題的科學思維方法和探究精神，幫助學生提高對信息技術運用的熟練程度，發(fā)展學生的信息素養(yǎng)。 “興趣2”可加深對生物膜流動鑲嵌模型基本內(nèi)容的記憶和理解，同時可培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。 3 教學反思 前蘇聯(lián)教育學家蘇霍姆林斯基在《給教師的建議》一文中指出：“在學校里，重要的不是學到多少知識和技能，而是學會一種會學習的能力，學會自己去學習的能力”。因此我們對《生物膜的流動鑲嵌模型》這一節(jié)教材的認識和教學過程的設計，本著以學生在學習與發(fā)展中的主體地位為核心的主體性教育思想和教學思念。通過教學資源和信息技術的整合，為學生建立教學情境，使學生自主探究、合作交流，去發(fā)現(xiàn)知識、理解知識和運用知識，讓學生愿學、樂學、會學，發(fā)展成“終身學”。 本設計在教學時，根據(jù)學生已有的細胞膜成分的基礎，通過提供資料，設置問題，讓學生作出假設并建立模型，再以提供科學家的有關實驗或是學生設計實驗的形式加以證明，很好的完成了三維課程目標。但還是有些“遺憾”。如在分組構建模型時，部分小組無法在有限的時間內(nèi)想到完整的解決方案；在繪制生物膜概念圖和細胞膜結構示意圖，少數(shù)同學的語言描述還不夠準確；在展覽學生手工制作生物膜模型時，部分模型制作還不夠精致和準確；在小組討論教學環(huán)節(jié)，少數(shù)學生還顯得靦腆，不夠熱情大方。 教學永遠是一門遺憾的“藝術”，上課前預想的很多好的想法、好的創(chuàng)意，被上課時千變?nèi)f化的情景（每個學生的感知、理解、興趣和思想集中的程度都不一）而沒能“恰倒好處”的實施和解答。這節(jié)課上完之后，同樣“遺憾”油然爾生。設計教案就是設計民族的未來，讓我們少一些“遺憾”，多一些“愜意”。