人教版高中生物必修一 4.2 生物膜的流动镶嵌模型 教案(全国一等奖)

教学设计中学生物

题目：生物膜的流动镶嵌模型

《生物膜的流动镶嵌模型》教学设计[来源:https://www.wendangku.net/doc/211961434.html,]【教材分析】

《生物膜的流动镶嵌模型》一节是人教版《必修1分子与细胞》第四章《细胞的物质输入和输出》之第二节，与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。这3节内容的内在联系是：功能—结构—功能，由此可见，这节的内容安排很巧妙在第四章中起着承上启下的作用，有助于帮助学生建立结构与功能相适应的观点。

【学情分析】

学生已经了解了细胞，知道了组成细胞的元素和化合物，掌握了细胞的基本结构，尤其是细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识，为本节知识的学习奠定了基础。高中学生已具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，但往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。所以教师的思维导向就显得十分重要。本节课利用科学史实验资料，设计学生要探究的问题，让学生在问题引导下进行基于资料和问题的课堂探究活动，问题的设计层层深入，按照学生的思维水平和能力达到一定深度，使学生顺利由感性认识向理性认识过渡。

【教学目标】

1．知识目标

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。

②举例说明生物膜具有流动性特点。

③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。

2．能力目标

①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。

②发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构。

3．情感态度与价值观

①生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。

②正确认识科学价值观，理解假说的提出要有实验和观察的依据，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。

【教学重点】流动镶嵌模型的基本内容。

【教学难点】

探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。

【教学方法】讨论法、比较法、归纳法等

【教具准备】多媒体课件、制作生物膜模型的废旧物品（包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等）

【课时安排】1课时

【教学设计思路】

设问引入问题探讨体验生物膜结构的探索历程

阐述流动镶嵌模型的基本内容

【教学流程图】

【教学实施的程序】

教师活动学生活动教学意图

新课导入：课本P65[问题探讨] :

在制作真核细胞三维结构模型的活动中，选用塑料袋、普通布和弹力布三种材料做细胞膜，哪种材料更适于体现细胞膜的功能分小组讨论回答：[来源:学科网]

三种材料的特性：塑料袋不具有

通透性，普通布虽具有一定的通透

性但是不具有弹性，而弹力布不仅

具有一定的弹性，还具有一定的通

透性。

点燃学生的

好奇之火，激

发学生对生

物膜结构的

强烈兴趣和

渴望探索的

动机。[来源:https://www.wendangku.net/doc/211961434.html,]

师生共识：选择弹力布做细胞膜的材料，相对好一些。[来源:学。科。网]

教师提问：

为什么弹力布适于体现细胞膜的功能，能不能举出实例进行解释？举例：①细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。②细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。③植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。④塑料袋只能满

导入新课：展示三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，和让学生分析课本P65页

问题探讨。

对生物膜结构的探索历程学生总结归纳细胞膜成分和结构特性流动镶嵌模型的基本内容

桑格和尼克森提出流动镶嵌模型

足作为系统边界的要求，普通布能

够满足系统的边界和让一部分物

质透过这两项功能的要求，只有弹

力布能够满足前面提到的三项功

能的要求。

教师讲述：当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。今天就让我们沿着科学家的脚步看看科学家是怎样一步步的揭开膜结构的神秘面纱的!

一、生物膜结构的探索历程

教师讲述：科学家是怎样开始对膜结构的研究的呢？阅读回答问题：

PPT展示：

实验一：1895年E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究发现：脂溶性分子易透过细胞膜；而非脂溶性分子则难以通过。

提问1：欧文顿得出了什么结论?他是依据什么得出的？结论得出后还有必要进行验证吗？

实验二：20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。

提问2：科学家通过实验得出了学生阅读课本P65—P67内容：

小组讨论回答：

1、膜是由脂质组成的。需要验

证。限于当时的技术条件，科

学家们不知道细胞膜的结构，

只好从研究细胞膜的生理现象

入手来探究其化学组成成分。

2、细胞膜的主要成分是脂质和

蛋白质。该结论支持欧文顿的

发现。

小组讨论回答：

①实验的现象是什么？（测得

单分子层的面积恰为红细胞表

面积的2倍。）

②实验结论是什么？（细胞膜

中的脂质分子必然排列为连续

的两层。）

开始学习模

型建构的方

法。

假说是怎样

提出的。让学

生认同“提出

假说”的科学

什么结论? 该结论是否支持欧文顿的发现？

实验三：1925年，两位荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提红细胞膜脂质实验：将抽提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其分子所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。

提问3：科学家在实验中观察到什么现象？他们推测磷脂分子在细胞膜中是怎样排列的? 细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？细胞膜中的磷脂分子会排列成怎样两层呢？画出来进行比较哪种情况膜稳定性强？

教师活动：介绍磷脂分子。③细胞膜中的脂质为什么会排

列为连续的两层呢？（磷脂分

子是由磷酸、甘油、脂肪酸组

成。其磷酸“头部”是亲水性

的，其脂肪酸“尾部”是疏水

性的。该结构决定了细胞膜中

磷脂分子的排列方式。）

利用手势说明排列方式。

3、细胞膜是由双层磷脂分子构

成。亲水头部朝外，疏水尾部

朝内。

随堂练习：见PPT

学生讨论回答

方法：主要是

限于当时的

条件。实验、

推理想象—

假说—进一

步验证完善。

训练学生分

析问题和解

决问题的能

力。

训练学生分

析问题和解

决问题的能

力。

实验4：1959年，J.D.Robertsen 根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构，提出单位膜结构模型。

教师讲述：静态的三层结构模型不能解释植物细胞的质壁分离、哺乳动物成熟红细胞皱缩和胀破、变形虫的变形运动，对膜结构产生质疑。

实验5：镜冰冻蚀刻细胞膜示意图

时间：20世纪60年代

实验: 科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒

实验6：荧光技术细胞融合实验时间：1970年

科学家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)

实验：人鼠细胞融合小组讨论回答：

①实验的现象是什么？ (在电

镜下看到了细胞膜清晰的“暗

—亮—暗”三层结构。)

②罗伯特森提出了什么假说？

(所有生物膜都是由“蛋白质—

脂质—蛋白质”三层结构构成

的静态统一结构。)

③讨论“三明治”模型的局限

性？ (把生物膜描述为静态的

刚性结构，解释不了膜的许多

生理功能。)

学生观察并讨论回答：

观察：科学家用扫描电镜技术

和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜

结构中蛋白颗粒分布示意图。

小组讨论回答：

实验的现象是什么？ (实验表

明蛋白质并不是全部平铺在脂

质的表面，有的蛋白质是镶嵌

在脂质双分子层中的。

学生观察并讨论回答：

观察：Flash演示小鼠细胞和人

细胞的融合过程。

小组讨论回答：

①实验的现象是什么？（两种

颜色的荧光均匀分布。）

②实验结论是什么？ [细胞膜

了解技术进

步对科学研

究发展的作

用。

了解技术进

步对科学研

究发展的作

用。

具有流动性（膜分子是运动的）。]③例举细胞膜具有流动性？ （植物细胞质壁分离、变形虫运动等。）

了解技术进步对科学研究发展的作用。

师生共识：细胞膜具有流动性，必然体现在膜的形状变化或其上分子的运动。

实验7：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图。

学生阅读课文，结合PPT 展示的流动镶嵌模型示意图思考和总结：

让学生进一步认同技术进步推动了假说的发展，并且假说不

断被修正和

完善。突出模型建构方法：实验、推理想象—提出假说—进一步验证完善—不断发展。

二、生物膜的流动镶嵌模型的内容：

糖蛋白

磷脂分子

蛋白质分子

磷脂双分子层

糖类

flash演示：

细胞膜的亚显微结构模型

教师提供材料：

制作生物膜模型的废旧物品（包裹中药丸的球形蜡壳、电线、解剖针、泡沫塑料等）

教师提问：

①细胞膜的组成成分？

②细胞膜的基本支架？

③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？

④细胞膜的结构特点是什么，为什么细胞膜会有这样的特点？

⑤细胞膜外表面的特殊结构是什么，有好作用？

教师小结：

①19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由_______组成的。

②20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由_____和____组成。

③1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是层分布的。

④1959年，罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由三层结构组成。

⑤1970年，荧光标记小鼠细胞1、学生观察：

2、学生分小组制作生物膜

模型：

3、每个学生小组派代表展

示、讲解：

4、回答问题：

①、脂质、蛋白质和糖类。

②、磷脂双分子层构成膜的

基本支架。

③、蛋白质分子或镶入或嵌

入，或横跨于磷脂双分子层

中，多数蛋白质是可以运动

的。

④、生物膜具有一定的流动

性。组成细胞膜的磷脂分子

和蛋白质分子是可以运动

的，所以使得细胞膜具有了

流动性。

⑤、细胞膜外表，有一层由

细胞膜上的蛋白质与糖类

结合形成的糖蛋白，叫做糖

被。具有保护、润滑识别

的作用

通过动画演示、直

观图片、学生动手

制作模型和提问

强化生物膜“流动

镶嵌模型”的基本

内容。

总结结构与功能

相适应的观点；人

类对自然的认识

是永无止境的

和人细胞融合实验，指出细胞膜具有性；

⑥1972年桑格和尼克森提出⑥1972年，桑格和尼克森提出了模型。

教师讲述：人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。学生思考、分小组讨论交

流：

①生物膜的流动镶嵌模型

是不是就完美无缺了呢？

②纵观整个人们建立生物

膜模型的探索过程，实验技

术的进步起到怎样的作

用？

③分析生物膜模型的建立

过程中，结构和功能相适应

是如何体现的？

思考

④分析生物膜建立的过程

你受到什么启示？

实现“情感、态度

与价值观”的课程

目标。

课堂反馈：

学生思考、作答。训练学生自我发现问题好解决问题的能力，了解学生学习情况。

课后延伸：利用互联网搜索科学家对生物膜研究的最新进展资料，并通过自己的加工将资料整理出来，拿到班上相互交流学生整理、在班级里进行

交流。

让学生带着问题

走出课堂，再次强

化流动镶嵌模型

的基本内容。

【板书设计】

生物膜的流动镶崁模型

磷脂

一生物膜的成分蛋白质

糖类（少）

二生物膜的结构

磷脂双分子层

1 镶嵌

蛋白质

贯穿

2 结构特点：流动性

二、生物膜的流动镶嵌模型的内容：

【教学反思】

1、尽量为学生创造机会进行探究活动，激发学生学习兴趣。本节教学设计上主要突出科学史实教育，经过教师精心设计，将各位科学家实验的资料，再加工成一连串环环相扣的问题来引导学生探究，让学生身临其境，仿佛自己就是科学家在进行研究，从中学习模型建构方法：实验、推理想象——提出假说——进一步验证完善——不断发展；正确认识实验技术手段的进步在促进科学研究发展中的作用；总结科学发现的一般规律。

2、以活动促发现，促进学生知识建构体系的建立。本节既有资料探究，小组讨论学习的活动，又有通过多媒体课件、学生画图、模型制作等手段，让学生动脑、动口、动眼、动手，学生学习方式多样，落实新课程标准倡导自主、探究、合作学习的要求，有效实现三维目标，学生学得既灵活又实在。