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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：重慶市高中生物優質課決賽《生物膜的流動鑲嵌模型》重慶
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重慶市2018年高中生物優質課決賽《生物膜的流動鑲嵌模型》重慶市長壽中學校-北師大版高中生物必修一
人教版必修一《分子與細胞》 第四章 細胞的物質輸入和輸出
第2節 生物膜的流動鑲嵌模型
教 學 設 計
1 教材分析
1.1 在必修教材模塊1中的地位
“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》的第二節。《必修1分子與細胞》可以分為四大知識點，由“系統的層次”到“系統的組成”進而介紹“系統的功能”，最后上升到“系統的發展”。其中“系統的功能”分為：物質的輸入和輸出、能量的供應和利用兩部分。在物質的輸入和輸出知識塊中，“生物膜的流動鑲嵌模型”一節與第一節“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，這節的內容對整個章節的知識起到了承上啟下的作用。
同時整章知識整體呈現為：功能——結構——功能相互對應的三大模塊，教學中應將“功能與結構相對應”的生命觀念深入貫徹到課堂中。
本節主要包括生物膜結構的探索歷程、生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容兩大部分。在教學中，要充分發揮教師的主導地位，把學習的主體權還給學生，合理引導學生觀察并分析實驗現象，大膽的提出實驗假設，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。讓學生在探究活動中學習科學探究的精神，從而滲透科學思維和社會責任的培養。
1.2 教學目標
本節內容的課程標準要求是“簡述生物膜系統的結構和功能”。這項要求包括兩層含義：一是簡述生物膜系統的概念和功能；二是簡述生物膜的結構。可是這些知識并不是直接拋給學生的，本節內容是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思維。因此本節教學過程中需要不斷的讓學生不由自主的提出問題做出假設，然后再小組合作思考或參考科學家設計的實驗，進行科學的探索。而整個探索歷程結束后，不光生物膜的結構模型可通過學生自我構建熟記于心，還可以加深學生對科學歷史和本質的認識，特別是這些內容中所體現的結構和功能相統一、技術手段的進步促進科學的發展等生命觀念，對于學生的核心素養發展有重要價值。
1.3 重點、難點
生物膜的功能特性是具有選擇透過性，根據結構與功能相適應的基本生命觀念，因此確定本節的教學重點為流動鑲嵌模型的基本內容。
高一學生已有的生物學知識較淺，空間想象能力和邏輯推理能力有限，因此確定本節的教學難點為探討建立生物膜模型的過程中如何體現結構與功能相適應的觀點。
1.4 學情分析
學生在第二章的學習中，已初步了解了組成細胞的分子，同時在第三章的學習中已經初步認識了細胞的結構，知道細胞膜很薄，細胞膜的功能是最基本生命系統的邊界，控制物質的進出，完成信息交流等。在第四章第一節的學習中做過植物細胞的質壁分離和復原實驗，已經了解細胞膜具有一定的伸縮性，還通過教材呈現的資料分析，得出了細胞膜等生物膜都是具有選擇透過性的膜，這些已有的知識和經驗為本節的學習奠定了基礎。
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
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的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考，在生物技術方面缺乏實踐的體驗，還需要更多的資料引導。
1.5 教學方法
結合教材所提供的資料，設計問題串，引導學生一步一步地分析科學家“為何做此實驗”、“如何設計實驗”“實驗現象是什么”、“對應得出什么結論”、“還有什么沒解決”……這樣“引導—觀察分析實驗現象—提出假設—實驗驗證再分析”的教學模式，融合運用引導啟發、觀察分析、對比歸納、聯系實例等方法，配以實物教具和多媒體輔助教學，輕松地講授本節的兩大部分。環環相扣，給予學生充分思考討論的空間，同時培養學生嚴密的邏輯推理能力和思維的想象能力，以學生“自主、探究、合作”的學習方式來優化課堂學習與教學，提高學生的生物學核心素養。
1.6 學習方法
在教學中，注重學生學習方法的指導和培養。在本節課中，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，根據自身的反饋信息來形成對客觀事物的認識和理解，從而發展自身的創造性思維能力，提高自身的生物學核心素養。
2 教學設計
2.1 設計思路
本節課采用“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，體現學生“自主、探究、合作”的學習方式，感受科學家科學探索的精神和合理的科學思維。同時對探索歷程的內容同步呈現在小組合作的學習板上，如同“萬丈高樓拔地起”一樣，引導學生自主梳理并體驗結構模型的歷程，同時理解并能夠描述生物膜流動鑲嵌模型的基本內容。
2.2 教學流程
創設情境，功能由結構決定，引入探索歷程→引導探索，體會科學思維、科學探究（探索膜結構→結構由成分組成→膜的組成成分相關研究的認識→初步了解“提出假說”→仍需實驗驗證→成分如何構成膜結構→磷脂分子的認識以及自主構建磷脂分子在膜上的排布情況→蛋白質排布情況→靜態膜結構的局限性→流動性相關實驗）→歸納總結，形成概念。
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2.3 教學過程
教師活動
學生活動
設計意圖
[引入]
[圖片展示] 提問學生圖中是什么橋？ 港珠澳大橋將海天一色的邊界分隔開，控制車輛進出我國香港、珠海、澳門三地，保障了我國兩岸一家親的文化經濟和信息交流。這樣的功能，與咱們前面所學的細胞膜的功能有些相似。功能由結構決定，我國偉大的建筑師們靠自己的力量，致力于大橋結構的每一個細節才成功修筑這座世界上最長的跨海大橋！那我們今天也來試著靠自己的力量主要以細胞膜為例，致力于生物膜結構的探索、構建！
[集體回答] 港珠澳大橋。
以熱門話題提升學生的愛國之情和民族自豪感，激發學生對生物膜結構構建的興趣。
教師活動 學生活動 設計意圖
[新課]
一．生物膜結構的探索歷程
[過渡]要探索膜的結構，先要從其組成成分入手。請大家快速閱讀教材65頁第二段，找出相關實驗研究的時間、人物、過程和觀點，并完成學案第一表格。 [自主學習] 瀏覽教材，提取信息。
開始學習模型建構的方法。 [小標題一] 膜的組成成分
[自主學習] 細胞膜的通透性實驗 時 間： 科學家： 過 程： 觀 點：
[思考] 最初提出膜由脂質組成，是對現象的推理分析還是對膜成分的提取鑒定？ [方法介紹]確實，經過實驗觀察，同時還結合相關知識——相似相溶原理，即溶于脂質的更易通過，則膜結構與脂質相似，提出膜由脂質組成。這樣經過嚴謹的推理和大膽的想像提出假說的方法，在科學研究中經常使用。 [思考]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] 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，發現細胞膜主要成分有蛋白質和脂質。
[提問]為何是主要成分？
[自主學習結果展示] 時間：19世紀末
科學家：歐文頓（E.Overton） 過程：易溶于脂質的更易通過細胞膜 觀點：膜由脂質組成
[回答]對現象的推理分析。
[回答]需要
[回顧] 教材第三章第一節已經學習過細胞膜的制備實驗，已有膜成分相關的知識基礎。
[回答]還有少量糖類。
根據科學歷史，初步了解假說是怎樣提出的。
樹立正確的科學思維，科學的嚴謹性。
聯系前后知識點。
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教師活動
學生活動
設計意圖
[小標題二] 膜的結構
[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?對此科學家做了相關實驗研究。
[展示資料] 兩位荷蘭科學家實驗過程 時 間：1925年 科學家：荷蘭科學家
過 程：用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣——水的界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。 [引導性提問] 結合該實驗現象，咱們也可以試著提出假說——脂質分子在膜上必然排列為連續的幾層？ [提問]大家注意，這里用的是人的紅細胞，為何不為了取材方便而用雞的紅細胞呢？
[追問]如果用雞的紅細胞，實驗結果仍是恰為2倍還是大于或者小于2倍？ [評價補充]確實，由于雞的紅細胞有其他膜干擾，結果會大于2倍。
[教具展示]折疊紙面積展示
[追問]那你們知道是哪種脂質分子，如何在空氣水界面排布開，且面積恰為細胞膜面積的2倍的嗎？
它就是我們前面所學的，組成細胞膜的脂質中，最豐富的是……
[知識介紹] 對，正是教材66頁介紹的磷脂。現在我們就來一起深入認識它，首先，老師送出一份禮物，親手為大家作的詩，詠磷，齊讀一下，開始！
[教具展示]看，我們將這個娃娃比作一個放大版的磷脂分子，其由甘油、磷酸、脂肪酸等構成，分為頭部和尾部兩部分。頭部因含有磷酸而具有親水性；尾部由脂肪酸構成，有疏水性。 所以，這樣的磷脂分子，老師給每個學習組也準備了幾個。要是把它放在空氣和水的界面，會怎么排布呢？請大家小組合作，討論思考這個問題，并將結果排布在學習板的白板面。 請兩位同學在黑板上排布。
[閱讀] 閱讀教材65頁正文第三段
[回答]提出假說：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層！
[回答]人等哺乳動物成熟的紅細胞沒有核膜細胞器膜等的干擾，若換為非哺乳動物雞的紅細胞，則會有其他膜干擾。 [回答]大于。
[回答]磷脂。
[齊讀]《詠磷》
[小組合作]排布磷脂分子在空氣——水界面的分布情況。
由成分又返回結構，環環相扣。
呈現實驗研究內容，引發學生思考。 合理運用“提出假說”的科學探索方法。
回顧哺乳動物紅細胞這一特例。
教具展示，直觀生動的加深學生對兩層排布的空間想象。
引發學生回憶細胞膜上的脂質。
通過打油詩和玩偶介紹磷脂，增添學科交流和學生的學習興趣，多元素刺激學生記憶相關知識，活躍課堂氛圍。
檢驗學生對磷脂的認知，并合作構建模型。
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教師活動
學生活動
設計意圖
[過渡]那么磷脂在細胞膜上如何排布呢？細胞膜內側外側均為富含水的環境，結合前面科學家所做的實驗，應該有這四種排布情況。請大家提出合理的假說，選擇哪一種？
[小組合作]那就請大家根據你們提出的假說，將磷脂分子在細胞膜上的排布情況擺放在學習板綠色面。
[過渡] 現在關于細胞膜主要成分之一——磷脂分子的排布情況，大家已經很熟悉了，那膜的另一個成分：蛋白質如何在膜上分布的呢？[自主學習]帶著這個問題，請大家自主閱讀教材66頁第二段，提取相關實驗研究的時間、人物、過程、觀點，并完成學案第二表格。 時 間： 科學家： 過 程： 觀 點：
[追問]羅伯特森提出的觀點很快就受到了人們的質疑。
[知識回顧]前面我們已經學過，細胞膜的功能越復雜，膜上的蛋白質種類和數目越多，所以，膜是統一的結構嗎？
[過渡]所以，這些不同種類的蛋白質真的對稱地全鋪在脂質的兩側嗎？帶著這個問題，請大家認真觀看老師制作的微課，了解一項新技術。
[提問]隨著技術的進步，我們可以直接地觀察到：切開后的細胞膜中，蛋白質是全部鑲在磷脂雙分子層的兩側嗎？ 確實，有的還嵌入或者貫穿其中了。我們就簡單概括為：鑲嵌。
[擴展介紹] 從此圖中可以發現除了蛋白質，還有一些糖類，與蛋白質結合形成糖蛋白，分布在膜的一側。
[模型構建] 現在就請大家按照新技術處理后觀察到的細胞膜更精細的結構圖，完善學習板中膜結構的構建。兩組選取代表上黑板構建。
[思考討論]合理做出假說——D [小組合作]小組合作構建磷脂雙分子層
[自主學習]閱讀教材，完成學案。 [回答]
時間：1959年 人物：羅伯特森 過程：在電子顯微鏡下觀察到細胞膜清晰的暗亮暗三層結構。 觀點：膜都是由蛋白質—脂質—蛋白質組成的靜態統一結構。
[回答] 不是
[觀看微課] 認識冰凍蝕刻技術，感悟技術的發展。
[回答] 不是
[合作探究] 在磷脂雙分子層中加入蛋白質的“鑲嵌”模型和糖蛋白的分布。
根據實驗現象結合已知知識，提出假說。
由成分入手，進入蛋白質分布的研究。
認識最初觀察到的“對稱”結構。
應用所學知識推翻科學家的假說。認識到假說的錯誤性。
體會技術進步對科學研究的推動型。
提出蛋白質的鑲嵌結構。
直觀介紹各組分構成膜的情況，凸顯技術進步的重要性。
小組合作探討，自主完善膜結構的構建。
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教師活動
學生活動 設計意圖
[小標題三] 膜的流動性
[過渡]羅伯特森提出的膜的統一性就被否定了，那么他提的另一個觀點：靜態，是否合理呢？
比如，前面所學知識：紅細胞吸水膨脹，失水皺縮。靜態的膜結構可以解釋這個實驗現象嗎？
[引導] 那么大家根據此實驗現象，提出什么假說？
[引導] 這樣的假說，需要實驗來驗證，請看科學家們做的實驗。
[展示資料] 熒光蛋白標記細胞融合實驗 時間：1970年
科學家：弗雷和埃迪登 實驗：人鼠細胞融合
[教具演示] ①實驗的現象是什么？ ②實驗結論是什么？ [展示資料] 除了蛋白質，相關實驗還證實了磷脂分子也具有流動性。由此得出結論是？ [學以致用] 所以，現在大家來解決本節最初問題探討中的疑問：選用塑料、普通布和彈力布哪一種來制備細胞膜的模型最好？ [歷程回顧]從19世紀末到1972年膜結構探索歷程回顧。 [智慧升華] 1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）通過觀察和實驗，并站在前面巨人的肩膀上，結合之前的研究成果，提出了什么樣的生物膜分子模型并被大多數人所接受。 [回顧思考] 討論靜態模型的局限性。(把生物膜描述為靜態的剛性結構，解釋不了膜的許多生理功能。)
[回答] 不能。
[回答] 膜具有流動性！
[閱讀] 閱讀教材67頁正文第二段
[觀看回答]
①實驗的現象是什么？ （兩種顏
色的熒光均勻分布。）
②實驗結論是什么？ （細胞膜上大多數蛋白質分子是可以運動的。）
[回答] 膜具有流動性。 [形成共識]彈力布。
[回答]流動鑲嵌模型。
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→不斷發展。
讓學生自己親自體會提出假說并驗證的科學思維和科學探究方法。
直觀呈現相關實驗研究。使學生體會膜上蛋白質分子的運動。
由相關實驗現象自主得出結論。
通過本節所學知識，自主解決問題。
感受科學探索的歷程和相應的科學精神。
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教師活動
學生活動 設計意圖
二．流動鑲嵌模型的基本內容 [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？ ③膜的結構特點是什么？
[知識鞏固] 對應教材封面結合大家自己構建的生物膜結構模型，同桌之間相互抽查，“你指我認”。 [知識提升總結]一起來回顧生物膜的流動鑲嵌模型基本內容，膜的基本支架→蛋白質的分布情況→由于磷脂和大多數蛋白質可以運動，膜具有一定的流動性→（細胞）膜的一側有糖蛋白→有的還有糖脂。 [回溯功能]由此構建的膜的結構模型可以解釋對應的功能了嗎？仍以細胞膜為例一起來回顧，磷脂蛋白質等組成的細胞膜將細胞與外界分隔開，同時控制著物質的進出。再看細胞膜進行細胞間信息交流的第二種方式——精子與卵細胞的識別，需要借助什么？ [追問]所以糖蛋白分布于膜的內側還是外側？ [追問]完成識別后，膜就要融合了，又需要借助……
[閱讀] 教材68頁
[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，疏水性尾部朝向內側）] ②蛋白質分子有哪幾種存在形態？ [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，有的貫穿磷脂雙
分子層。]
③體現了生物膜的結構特點具有
流動性。
[互助考核]同桌互相指教材封面或學習板上的生物膜上的各個組分結構，查考對方的掌握情況。
[鞏固認知]全面深入掌握膜結構。 [回答]糖蛋白（糖被）。 [回答]外側。 [回答]膜的流動性。 通過動畫演示和直觀圖片，強化生物膜“流動鑲嵌模型”的基本內容。
生生互助，較好地落實本節重點知識的掌握情況。
總結膜結構，凸顯重點。
通過貫穿本節學習的細胞膜的例子，使學生充分體會結構與功能相適應的生命觀念，同時全面掌握膜結構相關知識。
[延伸訓練]
[過渡] 細胞膜的功能不僅僅有此三點，因此我們目前接受的流動鑲嵌模型就一定完美嗎？
[資料展示]2003年諾貝爾獎頒發予膜蛋白研究者。
[要求]課外繼續查閱資料，肩負社會進步科學發展的責任。
[課外延伸]接受生物膜流動鑲嵌模型的不完美性。
體會不斷探索的精神。
課外查閱資料繼續研究探索膜結構。
建立科學探索永無止境的精神，培養生物學核心素養。
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教師活動
學生活動 設計意圖
[習題練習]
1、在研究細胞膜的結構和成分時選取人的哪種細胞作為實驗的最佳材料（ ） A．神經細胞 B．口腔上皮細胞 C．成熟的紅細胞 D．白細胞
2、生物膜具有一定的流動性，對此結構特點的描述最準確的是 （ ） A.整個膜具有流動性 B.膜的基本支架磷脂是靜止的，蛋白質分子具有流動性
C.膜的基本支架磷脂和大多數蛋白質分子都具有流動性
D.膜上的蛋白質分子是靜止的，磷脂具有流動性
3、變形蟲屬于單細胞生物，沒有固定的外形，可任意改變體型，這一事實說明了（ ） A.細胞膜具有選擇透過性 B.細胞膜具有一定的流動性 C.細胞膜具有全透性 D.細胞膜具有保護作用
[回顧作答]
及時檢測學生對本節部分知識的掌握情況，鍛煉學生的審題、獨立思考能力。進一步鞏固本節知識的掌握。
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
