教学设计内容: 对细胞膜成分和结构的探索

所用教科书

人教版必修一

所教年级

高一

课型

 新授课

设计主题

探索科学发现史

1.整体设计思路、指导依据说明

本节课通过分析细胞膜结构模型建立的历程及其他资料，能基于事实和证据进行推理、论证，提出或否定假说（或模型），加深对“模型与建模”的理解，感悟科学在质疑与创新中不断发展。

本节课教学设计采用学生自主学习、小组合作与教师问题引导相结合的教学方法，注重情境体验、科学史重演和实验探究，帮助学生发展并达成相应的学科核心素养。围绕科学史展开教学是教师常用的思路，因为其中有着丰富的然就素材，有着学科概念的建立和发展过程，有着人们认识和解决问题时的思维碰撞和争论，有着解决生物学难题的学科思想方法。

2.教学背景分析：

迄今为止，已提出的生物膜结构模型达到几十种之多，现仅介绍几种较为重要的模型，如罗伯特森的单位膜模型把膜结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾，而由辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型认为膜不是静止的，而是动态的，膜的功能时有蛋白质与蛋白质、蛋白质与脂质、脂质与脂质之间复杂的相互作用实现的。生命是物质运动的一种形式，随着科学研究的不断深入，人们对膜结构的认识将会不断趋向全面与合理。

3.教学目标分析：

1. 描述细胞膜的成分和结构，体验制备细胞膜的方法
2. 通过对细胞膜成分的探索的学习，能够从材料中提取关键信息，尝试提出问题，作出假设，并能通过其他实验证据验证假说，培养学生科学探究的能力。
3. 探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用

4.教学重点、难点分析：

重点：生物膜流动镶嵌模型的要点

难点：细胞膜结构的探索过程

5.教学方法:

讲授法 合作法 模型构建 问题导学

6.教学用具：

白板 磁力贴 PPT

7.教学过程设计：

教学环节

教师的活动

学生的活动

设计意图

导入

一．细胞膜的成分

复习蛋白质和脂质的结构和功能；正如一堆建筑材料不可能让人居住一样，将细胞中的所有物质放在一起，它们并不能进行任何的生命活动。组成细胞的分子必须有序的组织成细胞的结构，才能完成生命系统的特定功能。我们将沿着人们对细胞膜化学成分与结构的探究足迹，重温这段科学发现史。

1.资料分析：欧文顿的实验

根据对欧文顿的实验现象的分析，引导学生对细胞膜的成分做出合理的推测。

①提出假说的依据是什么？

②假说是否一定正确？

如何进一步证明？

③实验的关键是什么？答：提取到纯净的细胞膜。

④选择什么样的细胞作为提取细胞膜的理想材料呢？（PPT展示蓝细菌。大肠杆菌、叶肉细胞、动物细胞等模式图）

2.介绍红细胞吸水涨破的现象。展示红细胞化学分析结果：细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。

3.课件展示磷脂分子结构的特点，推测磷脂分子铺展到空气-水的界面上排布的特点，构建模型

4.介绍欧文·朗缪尔的实验，用真实的实验结果证明学生构建的模型的合理性，但同时指出，与我们已知结构来推测实验现象不同，朗缪尔的实验是从对实验现象的推理分析从而发现了磷脂分子结构的两极性。

设问：如果搅动水槽中的水，迫使磷脂分子进入水溶液中，磷脂分子在水溶液中又将如何分布？

多个磷脂分子在水中总是自发的形成双分子层，由此，你能否想到细胞膜中磷脂分子分布的特点？

5.资料分析：1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，将提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其单分子层所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。

介绍细胞膜张力实验，引导学生推测细胞膜的成分，并追问用什么方法证明细胞膜的成分中含有蛋白质?

指导学生归纳总结细胞膜成分，进一步引导学生思考磷脂双分子层与蛋白质是如何组合成膜结构的？

1.提供细胞膜的电镜照片，简介电子显微镜成像原理和提供蛋白质和磷脂分子密度不同的事实，介绍“三明治”模型提出的历史背景。

2.介绍新的实验证据：荧光标记的人-鼠细胞融合实验；冷冻蚀刻技术的应用。

3.指导学生观察并归纳“流动镶嵌模型”

科学家研究生物膜结构的历程，是从物质跨膜运输的现象开始的。分析成分是了解结构的基础，现象和功能又提供了探究结构的线索。人们在实验观察的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法和技术的进步起到关键的作用，这也说明科学是一个动态发展的过程，这一过程是无止境的。

完成相关知识点填空

分析实验现象，跨学科迁移知识，根据化学中相似相溶原理，大胆提出假说，并讨论验证假说的方法。

学生分析之前学过的几种典型细胞的模式图，进而得出哺乳动物成熟红细胞是提取细胞膜理想材料。

回顾磷脂分子的结构特点，构建并解释模型，大家交流讨论，改进模型。

学生分析并尝试

构建模型

进一步思考细胞膜内外的所处的环境，迁移知识。

学生推理分析得出：细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。

学生寻找信息，

推测细胞膜中除了有脂质在，还有蛋白质，运用以前学过的知识：双缩脲试剂的运用

夯实重要概念，继续探索新知

分析实验证据，客观评价模型，举例说明模型的不合理之处

从新的实验证据中形成自己的观点

用语言表述模型要点，基于模型能预测膜的一些功能。

温故知新，建立新旧知识的逻辑联系，运用类比的方法体会生命的物质基础和结构基础。

让学生从科学史中体会科学研究的思路和方法，受技术手段限制，欧文顿的实验并不是直接对膜成分进行提取和检测，而是从膜的生理功能入手，通过对现象的推理分析进而得出细胞膜的化学成分。

认同科学研究中实验材料的选取是成功的前提，设计实验还要考虑到方法的简便性和巧妙性。

通过分析结构，推理预测实验现象，并通过构建模型，将思维可视化，落实科学探究和科学思维的素养目标。

思维深度进一步提升，体现探究过程中思维的进阶和发展

从对实验证据的分析中形成观点，培养科学思维。

从学科交叉中，培养理性思维和对知识的综合运用能力。

体会科学技术的发展对科学理论研究的作用，培养证据意识和批判性思维。

培养语言表达能力，体会运用模型研究生物学的作用

二、对细胞膜的结构的探索

课堂总结

作业布置

分析资料：在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。

1、为什么两类药物的包裹位置各不相同？

2、请推测：脂质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用

教学反思

将介绍实验现象及结论的传统授课方式转变为提供学生一定的事实或线索，通过由浅显入深的环环相扣的问题串引发学生思考分析，从而得出猜想或假设，再展示科学家的实验结果验证同学们的假设，体会科学研究的一般方法和过程，训练科学思维，培养科学探究精神。

板书设计

细胞膜的成分：脂质（主要是磷脂）、蛋白质、糖类

细胞膜的结构：流动镶嵌模型（磷脂双分子层作为基本支架、蛋白质镶嵌或贯穿于其中，多糖位于细胞膜外侧）