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2019-2020年高中生物 《生物膜的流動鑲嵌模型》教案15 新人教版必修1 設計思路： 任何一個生命系統都是開放的系統，都與外界有物質的交換，細胞作為最基本的生命系統，在進行各種活動時，也要與外界環(huán)境不斷地進行物質交換，細胞膜是物質交換的直接參與者，它有選擇地允許或阻止一些物質通過細胞膜。 細胞膜為什么能夠控制物質的進出？這與生物膜的結構有什么關系？科學家是怎樣發(fā)現細胞膜并建立細胞膜模型的？通過這些問題引導學生進入本節(jié)課的學習，讓學生始終處于積極的思維過程中。 由于學生在學習第1節(jié)的內容時已經對植物細胞的吸水和失水的過程進行了探究，了解了科學探究的一般方法，因此在本節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型的探究過程中可以運用上一節(jié)所學的科學探究的方法來探究本節(jié)的內容。 本節(jié)課在呈現科學家研究細胞膜結構和成分的幾個代表性實驗時，設計了一連串的問題，引導學生通過這些實驗現象，推測出細胞膜的基本組成和結構，使學生切身感受科學的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受細胞膜的流動鑲嵌模型理論，從中體驗科學研究的邏輯性和嚴密性，并加深對科學過程和方法的理解。 本節(jié)課的重點是細胞的流動鑲嵌模型的建立，用多媒體課件動畫演示人——鼠細胞雜交實驗，再演示變形蟲運動的畫面，表現細胞膜的流動性，使學生更直觀地理解細胞膜上分子的相對運動。 教學目標 知識目標 1．簡述生物膜的結構 2．舉例說明生物膜具有流動性特點。 3．通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發(fā)現的一般規(guī)律。 能力目標 1．通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，作出假設。 2．通過生物膜模型建立過程的一系列實驗過程，培養(yǎng)學生根據實驗現象進行分析推理的能力 情感態(tài)度與價值觀目標 1．探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點 2．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 教學方法 結合多媒體課件的實驗探究教學法 教學重難點 教學重點 1．科學家對生物膜結構的探索歷程。 2．生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容。 教學難點 探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點 教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖 創(chuàng)設問題情境：通過上節(jié)課的實驗，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有關？回憶生命活動的體現者是哪一種物質？ 蛋白質是生命活動的體現者 聯系學生學過的知識提出問題使學生更容易構建其知識框架 補充介紹：1855年瑞典科學家奈利的實驗：①色素分子進入受損傷的植物細胞的速度比進入完整細胞的速度要快得多；②在顯微鏡下用微細的探針刺向細胞時，能看到細胞表面出現褶皺，同時還感到阻力，一旦針刺破細胞進入到細胞內部，阻力就隨之消失。這說明什么問題？ 細胞表面有一層膜 引導學生進入科學研究的情境，使學生體會發(fā)現的樂趣，激發(fā)學生對生物學科的興趣 介紹19世紀末，歐文頓(Overton)的實驗：細胞膜對不同物質的通透性不一樣，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。說明細胞膜的組成成分中有什么物質？你作出推論的依據是什么？ 根據 化學上物質的“相似相溶”原理，說明細胞膜的組成成分中有脂質 培養(yǎng)學生通過實驗觀察提出問題、作出假設的科學探究能力 問題①：最初認識到細胞膜是由脂質組成的，是通過對現象的推理分析，還是通過對膜成分的提取和鑒定？ 問題②：通過推理分析得出結論后，還有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定嗎？ 20世紀初，在歐文頓(Overton)的實驗進行的20年后，科學家們第一次從哺乳動物的紅細胞中將細胞膜分離出來進行化學分析發(fā)現：膜的主要成分是磷脂和蛋白質。 ①通過推理分析得出的 ②有必要。僅靠推理得出的結論不一定準確，還應通過科學實驗進行檢驗和修正。 使學生體會到科學研究的嚴密性 脂質(磷脂)和蛋白質是怎樣形成膜的呢？ 補充介紹，1917年，朗姆瓦(Langmuirwa)將磷脂溶于苯和水中，當苯揮發(fā)完以后磷脂分子分布散亂，經過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且其磷酸基團的極性頭部都浸入水中。這說明什么？ 學生回答后，總結：磷脂分子頭部的磷酸基是親水性的極性基團，而尾部的脂肪酸則是疏水性的非極性基團。 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。 聯系化學知識，讓學生體會各學科的之間交叉、滲透 1925年，兩位荷蘭科學家高特(Gorter)和格倫德(Grendel)設法把哺乳動物紅細胞中提取的脂質在空氣——水界面上鋪展成單分子層。結果發(fā)現磷脂排成單分子層后的面積恰好為紅細胞表面積的2倍。由此可推導出脂質在細胞膜中的排列有什么特點？ 細胞膜中的脂質分子排列為連續(xù)的兩層 讓學生體驗科學發(fā)現的探索過程，在自主探索中主動獲取知識，構建自己的知識大廈 大家可能注意到了，前面的實驗都是用紅細胞作為實驗材料的，為什么科學家選用哺乳動物的紅細胞作實驗材料？ 哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核，而且除了細胞膜外，在細胞質中沒有其他含膜結構的細胞器，這樣在比較細胞膜和磷脂分子二者的面積關系時，沒有其他膜的干擾，便于分析 使學生認識到科學研究中選材的重要性 通過剛才的探究，你能勾勒出細胞膜的基本結構嗎？ 細胞膜主要由磷脂和蛋白質組成，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，疏水性的尾部在內部 培養(yǎng)學生的分析推理能力 除了脂質外，蛋白質也是細胞膜的成分， 蛋白質位于脂雙層的什么位置？ 1959年，羅伯特森(J.D.Robertson)在電鏡下看到了細胞膜清晰的暗——亮——暗的三層結構，提出生物膜的“三明治”模型：認為生物膜都是由蛋白質——脂質——蛋白質三層結構構成，并且認為生物膜都是靜態(tài)的統一結構。 這個觀點引起其他科學家的質疑。多媒體演示細胞生長、變形蟲的運動，說明靜態(tài)的生物膜不能解釋細胞生長、變形蟲的變形運動等現象，細胞的復雜功能也難以實現。 通過實例讓學生分析這種膜結構的不合理性，樹立結構與功能相適應的觀點 使學生體會到技術進步對科學發(fā)展的重大影響。 使學生明白科學探究過程的假設必須經過實驗的檢驗才能得到大家的認可 有什么證據證明細胞膜中的物質不斷運動的？ 隨著新技術的不斷應用，科學家發(fā)現膜蛋白并不是全部平鋪在脂質表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中的。 重點介紹1970年熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗。 多媒體演示實驗過程： 綠色熒光的染料標記小鼠細胞表面的蛋白質分子，紅色熒光的染料標記人細胞表面的蛋白質分子，將小鼠細胞和人細胞融合，這兩種細胞剛融合時，融合細胞的一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光，在37℃下經過40分鐘，兩種顏色的熒光均勻分布。 這一實驗過程顯示細胞膜的結構特點——具有流動性。 學生看實驗過程，討論結果 讓學生體會技術的進步會使科學研究得到發(fā)展 補充介紹科學家運用冰凍蝕刻法在電鏡下觀察到細胞膜的磷脂雙分子層中的蛋白質的分布。這個實驗說明由于技術的不斷進步，科學家發(fā)現，膜蛋白并不是全部平鋪在脂質表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中。并通過實驗證明了細胞膜具有流動性。 1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了細胞膜的流動鑲嵌模型為大家所能接受。 討論技術進步在細胞膜研究中的應用 使學生理解科學、技術的關系 引導學生總結在探究出生物膜的流動鑲嵌模型中，運用的方法：提出問題，提出假設，進一步驗證完善，不斷發(fā)展。 回憶科學探究的一般過程 加深學生對科學研究過程的認識 介紹流動鑲嵌模型的基本內容：磷脂雙分子層構成了膜的基本支架，這個支架具有流動性，蛋白質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，有的橫跨整個磷脂雙分子層。多數蛋白質分子是可以運動的。磷脂分子之間有一些小孔，可以讓一些物質進出，以及蛋白質也可以成為物質進出膜的通道。 使學生認同流動鑲嵌模型的合理性。 強化結構與功能相適應的觀點 簡介細胞膜上糖被的功能：保護、潤滑、識別等。 簡介細胞膜表面的糖脂組成。 認識細胞膜結構的復雜性和功能的多樣性 進一步加深對細胞膜的重要性的體會 思考、討論： 1．生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？ 2．縱觀整個人們建立生物膜模型的探索過程，實驗技術的進步所起到怎樣的作用？ 3．分析生物膜模型的建立過程中，結構和功能相適應是如何體現的？ 1．生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。 2．實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。3．在建立生物膜模型的過程中，結構和功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜的真相。 使學生體會到科學研究的過程是不斷開拓、發(fā)展、修正、前進的?？茖W研究永無止境。 課堂練習： 1．據研究發(fā)現，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素D等物質較容易優(yōu)先通過細胞膜，這是因為（ ） A．細胞膜具有一定流動性 B．細胞膜是選擇透過性 C．細胞膜的結構是以磷脂分子層為基本骨架 D．細胞膜上鑲嵌有各種蛋白質分子 2．下列哪一種膜結構能通過生物大分子（ ） A．細胞膜 B．核膜 C．線粒體膜 D．葉綠體膜 3．一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質中擴散出來，進入一相鄰細胞葉葉綠體基質內，共穿過的生物膜層數是（ ） A．5 B．6 C．7 D．8 4．細胞膜上與細胞識別、免疫反應、信息傳遞和血型決定有著密切關系的化學物質是（ ） 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，人體某些白細胞能吞噬病菌，這些生理過程的完成都依賴于細胞膜的（ ） A．保護作用 B．一定的流動性 C．主動運輸 D．選擇透過性 6．下列物質中，不能橫穿細胞膜進出細胞的是（ ） 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 加深學生對細胞膜的流動鑲嵌模型和細胞膜特性的理解 教學反思 通過前面的引導過程，學生能重新體驗科學發(fā)現的探索過程，在自主探索中主動獲取知識，并通過討論和相互補充以及教師適當的解析，使學生從探索發(fā)現上升到知識構建，培養(yǎng)了學生科學推斷和知識遷移的能力，符合新課程標準中“探索領先、合作學習，師生是學習‘共同體’”的教育理念。 根據新課標的要求，在教學中設計了一系列與科學家的實驗有關的問題，這些問題有的難度很大，可以說就是當初科學家們多年的研究結果，但是學生們配合得很好，很多結論就是學生在課堂上推理得出的，這應該與學生對生物學科的興趣和本身具有的能力有關。因為我校是江蘇省首批的四星學校，集中了本地區(qū)最好的生源，學生的學習能力很強，對學習的熱情也很高，這使我校的新課改能順利進行。當然，教師對課程的把握、對學生積極表現的鼓勵也是課堂教學改革順利進行的保證。通過本節(jié)課的教學，我體會到教師應該在備課上多下功夫，參考各套教材，汲取所長應用到教學過程中。