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視頻標簽：生物膜的,流動鑲嵌模型
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：必修1分子與細胞第2節生物膜的流動鑲嵌模型-深圳
教學設計、課堂實錄及教案：必修1分子與細胞第2節生物膜的流動鑲嵌模型-深圳
《生物膜的流動鑲嵌模型》教學設計
1、內容和地位
1.1 “生物膜的流動鑲嵌模型”一節是人教版《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，與第一節“物質跨膜運輸的實例”所反映的生物膜對物質的進出控制具有選擇性等知識有一定的聯系，并對第三節學習“物質跨膜運輸的方式”作了知識準備。所以，這節的內容安排很巧妙，對整個章節的知識起到了承上啟下的作用。
1.2 本節主要包括了兩大部分內容：①.科學家對細胞膜結構的探索歷程。這是一個很好的科學史教育素材，通過引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，更重要的是讓學生加深對科學過程和方法的理解，明白科學發現的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷修正、發展和完善；科學發展與技術有很大的關系，技術的進步可以更好地促進科學的發展。②.細胞膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，學生必須展開想象力，在頭腦中構建細胞膜的空間結構，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節物質跨膜運輸的方式有很重要的聯系。
2、學情分析
2.1 學生已經了解了細胞、知道了組成細胞的分子、掌握了細胞的基本結構，尤其是細胞膜作為最基本生命系統的邊界等相關知識，為本節知識的學習奠定了基礎。
2.2 高中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。
3、設計思路
3.1 調動學生已有的知識和經驗，激發學生的探究欲望。
學生在第2章的學習中曾經制作真核細胞的三維結構模型，當時就遇到過用什么材料做細胞膜的問題。本節課可以從這個問題入手，讓學生從結構與功能相適應的角度分析，用什么材料做細胞膜，能更好地體現細胞膜的功能。關于這個問題，學生已有的知識是：
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細胞膜很薄，是細胞這個生命系統的邊界；細胞膜能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過；植物細胞質壁分離和復原的實驗告訴學生，細胞能夠在一定范圍內漲大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。教材中“問題探討”欄目列出了三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，其中塑料袋只能滿足作為系統邊界的要求，普通布能夠滿足系統的邊界和讓一部分物質透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足上述三項功能的要求。通過這個問題的討論，學生就會認識到建立細胞膜的結構模型，必須從結構與功能相適應的觀點出發來思考。當然，細胞膜不可能是由彈力布構成的。細胞膜到底具有怎樣的結構，才能使它具有上述功能呢？
3.2 本節課在教學設計上主要突出科學史的教育，科學史的教學是在新教材中特別強調和突出的，在舊教材中涉及不多，要教好不容易。老師備課過程要細致策劃如何有效地引導學生分析不同時期不同科學家的實驗及假說，評價他們的貢獻；要能通過一連串的環環相扣的問題來引導學生思維，要讓學生感到身臨其境，仿佛自己就是那個科學家在思考研究；最后讓學生從中總結出科學發現的一般規律。
3.3 生物膜結構模型的構建是本節要突破的一個難點問題。本節課中，學生自制了磷脂分子和蛋白質分子的模型，讓學生根據科學家的實驗現象自己來構建磷脂分子的排列方式、蛋白質與磷脂的組合方式，這樣讓學生不但形象、直觀的了解了模型構建的過程、也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗了成功的喜悅。
3.4 細胞膜的流動鑲嵌模型這個難點的講解可通過多媒體課件來突破，有順序和層次地介紹。通過幻燈片放映各個科學家研究的圖片、動畫，增強了這些內容的立體感、豐富了教學內容、使學生在樂趣中學、在輕松教學目標 1、知識與技能
①簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容 ； ②舉例說明生物膜具有的流動性的特點 ；
③通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學發展的一般規律 。 2、過程與方法
①分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設 ； ②發揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構 。 3、情感、態度和價值觀
①使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點 ； ②培養學生嚴謹的推理和大膽想象能力 ；
③認識到技術的發展在科學研究中的作用，尊重科學且用發展的觀點看待科學、樹立辨證的科學觀 。
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
1、對科學探究過程的分析，如何體現生物膜的結構與功能相統一； 2、生物膜的空間立體結構； 3、生物膜的流動性特點。
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教具準備
1、生物膜流動鑲嵌模型的多媒體演示課件 2、自制磷脂分子、蛋白質分子模型 教學流程
設問引入→“問題探討”→體驗“生物膜結構的探索歷程”→闡述“流動鑲嵌模型的基本內容”
教學過程 一、情景創設
教師：同學們，在前面我們制作真核細胞的三維結構模型中，遇到過用什么材料做細胞膜的問題，現在有三種材料：塑料袋、普通布和彈力布，你選用哪種材料呢？為什么？
學生：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統的邊界。
學生：細胞膜是選擇透過性膜，能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過。
學生：植物細胞質壁分離和復原的實驗告訴我們，細胞能夠在一定范圍內脹大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。
學生：塑料袋只能滿足作為系統邊界的要求，普通布能夠滿足系統的邊界和讓一部分物質透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足前面提到的三項功能的要求。
教師：大家進行選擇的依據是利用了細胞膜的功能，這體現了什么樣的生物學思想呢？
學生：生物體結構和功能相適應的思想。中學。
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學生：提出假說：膜是由脂質構成的。
（1）在得出結論之后，還有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？ 學生：有必要，通過鑒定能更準確地說明問題。
（2）那為什么一開始不直接對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢？ 學生：當時的技術不能實現。 （3）這說明什么問題呢？
學生：這說明技術對科學研究的重要作用。 （二）探究這些物質是如何組成膜的？
實驗二：
時間：1925年 兩位荷蘭科學家，從細胞中提取脂質，鋪成單層分子，發現 單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍
提出假說：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層
教師： 同學們，之前我們學習細胞膜的時候，知道構成細胞膜的脂質主要是磷脂，讓我們一起來認識磷脂分子吧。
學生活動一：
請模擬磷脂分子的排布方式，畫圖。 ①在空氣-水界面上
教師提問：為什么磷脂分子在空氣—水界面上鋪展成單分子層？
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生：因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上展開為一層。 ②完全浸沒在水中
學生活動二：
請思考細胞膜內外的環境，模擬細胞膜中磷脂分子的排布方式，并畫下來。 教師提示：兩層磷脂分子應頭對頭，還是尾對尾？還是頭對尾呢？為什么？
教師：細胞膜是不是只由脂質構成呢？下面有請第三組的同學。 實驗三：
時間：20世紀初 實驗：細胞膜會被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。 實驗表明： 膜的主要成分是脂質和蛋白質
教師：這就以實驗說明了歐文頓的假說是成立的。也就是說假說是在實驗與觀察的基礎上提出來的，同時又需要更進一步的實驗來證明。
（三）：那蛋白質和磷脂的位置關系又是如何的呢？ 實驗四：羅伯特森的單位膜模型
時間：1959年 人物：J. D. Robertson羅伯特森
實驗：用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗—明—暗三層結構 提出假說：所有的生物膜都由蛋白質—磷脂—蛋白質的三層結構構成，稱之為單位膜。 學生提問：這個模型存在什么問題？
單位膜模型的主要不足在于：（2）把生物膜的結構描述成靜止的、不變的，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。
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單位膜結構模型繼承了前人的有關結論，又成功地利用了先進的電子顯微鏡的觀察結果作為證據。但是他將生物膜描述為靜態的剛性的結構，這一點很快又被新的技術手段下的實驗所否定。
教師補充：生物模型構建的方法
我們學過模型構建的形式很多，如物理模型、概念模型和數學模型。 單位膜模型也屬于物理模型。
教師：三明治模型認為蛋白質均勻地分布在脂雙層的兩側，大家覺得對不對？
這需要進一步的實驗證據證明。冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱。（圖示）
（四）：有什么證據證明細胞膜中的物質不是靜態的呢？
實驗五：（播放動畫，教師講解） 時間：1970年 科學家用紅色熒光和綠色熒光的染料分別標記人和小鼠細胞表面的蛋白質，誘導小鼠細胞和人細胞融合。雜種細胞一半發紅色熒光，一半發綠色熒光，放置一段時間后發現兩種熒光抗體均勻分布。
實驗表明：細胞膜具有流動性 教師提問：你能舉出幾個說明細胞膜具有流動性的例子？
變形蟲的變形運動，白細胞吞噬病原體，細胞分裂，細胞生長（液泡生長），精細胞變形成精子，質壁分離和復原實驗，紅細胞吸水和失水
教師提問：根據前面的五個實驗，假如你是科學家，你會怎樣描述生物膜？
（學生用模型演示）
很好，在繼承前人的研究基礎上，結合新的觀察和實驗證據，又有科學家提出一些關于生物膜的分子結構模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。
好，學到這里，縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索歷程，我們有些話題想讓大家思考討論。以討論小組的形式開展課堂討論交流。
（1）生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？請說說你的看法。
學生：生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創新和改進，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，不斷完善和發展流動鑲嵌模型。
的確，流動鑲嵌模型是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止，已提出的生物膜結構模型達幾十種之多，生
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物膜的結構模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結構模型基本內容是趨向一致的。其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結構特征。
（2）縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談談實驗技術的進步起到怎樣的作用？
學生：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如血影的制取和化學成分的鑒定技術使人們認識膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發展。
（3）分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？
學生：科學研究是要在實驗和觀察的基礎上，通過嚴謹的推理和大膽的想象，提出假說，再通過實驗進一步地驗證假說。
學生：科學研究依賴于技術的進步，技術進步了，可以得到更多新的實驗數據。 學生：科學發現的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作。
學生：科學發現的過程不是一帆風順的，往往是在繼承的基礎上不斷驗證、修正和完善發展的。
學生：科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。
探究二：流動鑲嵌模型的具體內容
教師：那流動鑲嵌模型的具體內容是如何的呢？
（1）磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側，疏水性的尾部相對朝向內側。
（2）蛋白質分子有的鑲嵌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。這里體現了膜結構內外的不對稱性。
（3）磷脂分子是可以運動的，具有流動性。大多數的蛋白質也是可以運動的，也體現了膜的流動性。
（4）在細胞膜的外側，有一層由細胞膜上的蛋白質與糖類結構合形成的糖蛋白，叫做糖被。糖被與細胞識別、細胞間的信息交流有密切聯系。
學到這里，我們再回頭看下剛才同學們構建的模型，有需要修正的地方嗎？
課堂小結
我們這節課就到這里，一方面我們重溫了科學家探索細胞膜結構的歷程，這是一個在繼承中不斷驗證、修正和完善發展的過程，這段科學史給予我們很多有用的啟示，使我們加深了對科學探究過程和方法的理解。另一方面我們也重點學習了生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。在眾多對細胞膜結構的假說中，細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好的理解下一節物質跨膜運輸的方式有很重要的聯系。
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