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1、细胞膜教学案例研究一、背景生命科学课程标准指出：中学生命科学课程是自然科学中的一门基础课程，旨在培养学生的生命科学素养。它以观察、实验、探究作为主要的学习手段，使学生在获得生命科学基础知识、基本技能及其相关方法的同时，接受科学精神、科学态度和价值观的教育。这就要求教师在课堂教学中，既要夯实基础，又要培养能力，在引导学生积极主动建构知识的过程中，提升生命科学的素养。通过对课堂教学的“二二三四”教学范式的学习、研究实践，我们感到：“二二三四” 教学范式是把二期课改“以学生发展为本”理念转化成了具体的教学行为，能指导教师在课堂教学中运用相关的策略、方法落实教学目标从而提升学生的素养，能切实提高课堂教
2、学效果。二、教学设计及实效n 教学目标：知识与技能：理解细胞膜的组成成分和结构特点。过程与方法：（1） 通过人体几种细胞的形态与功能的材料展示，建立生物体“结构与功能相适应”的观点。（2） 通过再现科学家探究细胞膜结构的历程，养成科学的思维方法，提高实验分析能力。情感、态度和价值观：（1）充分挖掘本节课蕴含的丰富的科学史材料，进行科学态度和科学方法的教育，激发学生探究生命科学奥秘的欲望。（2）知识拓展材料中介绍了细胞膜知识在医学和科研中的运用，增强对生命科学知识实用性的了解，激发学习生命科学的兴趣。n 教学重点：理解细胞膜的化学组成和结构特点n 教学难点：细胞膜上的脂质和蛋白质都是运动的n 教
3、学技术与学习资源应用：多媒体课件n 教学过程教学内容教师行为学生行为教学说明导入新课课件展示：几种常见的动植物。讲述： 课件中展示的各种生物虽然形形式式、千姿百态，但是它们的基本结构和功能是一样单位是一样的，都是由细胞构成的。课件展示：人的各种细胞及功能讲述不管细胞的形态是如何千差万别，每个细胞都有三部分构成。细胞膜是细胞的边界，它与周围环境隔离开来，其厚度一般为7-10纳米，只有在电子显微镜下才能看清其结构。观看课件，并回忆初中学过的动物细胞的结构：细胞膜、细胞质、细胞核 低起点：让学生感悟生命之美、感悟细胞形态的奇妙，建立“结构与功能相适应”的观点。（低起点夯实基础，高视点培养能力。）一、
4、细胞膜的成分和结构过渡：在电子显微镜发明之前，科学家是如何揭开细胞膜的结构之谜的呢？教师PPT课件显示：资料一： 欧文顿的细胞膜通透性实验。19世纪末，科学家欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现溶于脂类的脂质更容易通过细胞膜，而不溶于脂质的亲水性物质不易通过细胞膜。根据化学中的相似相溶原理，我们可以得出什么结论？板书：细胞膜的成分：脂类设问：欧文顿的推论是否正确呢？细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？资料二：科学家将膜从红细胞中分离出来进行分析，研究中发现：若用脂质溶剂处理细胞， 发现细胞膜被溶解，若用蛋白酶处理细胞也能破坏膜结构。你认为组成细胞膜的成分中还有什么
5、？ 板书：细胞膜的成分：蛋白质。资料三：磷脂分子排布实验。1925年，荷兰科学家Gorter和Grendel的实验：从细胞膜中提取脂质，在“空气水”界面上铺展成单分子层，发现面积是细胞膜的2倍。出示单个磷脂分子结构模型，请学生回忆磷脂分子的结构。很多的磷脂分子被水包围后，会排布成怎样的结构？请学生用两个单层磷脂分子层结构模型演示磷脂分子层在水中的可能排布情况。过渡：蛋白质在磷脂双分子层中是如何分布的呢？资料四：细胞膜的电镜结构。随着电子显微镜的发明，1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜由“暗亮暗”的三层结构构成，他提出假说：所有的生物膜都由“蛋白质脂质蛋白质” 三层结构构成，电镜下看到的中间
6、的亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。他把生物膜描述为静态的统一结构。设问：你是否同意他的观点？细胞膜是否真的静止不动呢？资料五：细胞膜的荧光标记实验。1970年，Larry Frye等，将人和鼠的细胞膜上的蛋白质用不同的荧光标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，在37C件下培养40分钟后，发现两种荧光蛋白均匀分布。设问：据此现象，你会提出怎样的假说？若把该细胞放在10C条件下培养40分钟后，发现细胞保持开始状态，即红、绿荧光没有混合，你又能得出什么结论？资料六：生物膜分子模型。1972年，桑格和尼克森通过观察和实验，并在继承前人研究成果的基础上，提出了生物膜分
7、子模型，即流动镶嵌模型，并被人们所接受。演示：flash动画演示细胞膜的流动镶嵌模型。师生共同总结：请学生总结细胞膜的组成成分、结构特点，课堂练习：（略）观看材料，思考。分析科学家的实验，推测其探究结果，分析其探究结果是否正确。观看、分析材料，推测实验的结论。回忆磷脂分子的结构和特点，思考磷脂分子在水中的排布。学生思考并大胆提出假说：细胞膜中的磷脂分子是双层的，且在水中排布成亲水性头部向外，疏水性尾部向内的稳定结构。学生思考，并对此解释产生疑惑：如果是静态的、僵化的，那么细胞的许多功能就很难实现。学生思考并提出假说：细胞膜具有流动性。思考并回答：膜的流动性与温度有关。观看PPT课件图片，思考细
8、胞膜的结构。观看flash动画演示，印象深刻。回忆并总结细胞膜的结构。 展示科学家探究细胞膜结构的历程，引导学生分析实验结果。（导读、导思，让学生动口、动脑）挖掘教材中蕴含的丰富的科学史材料，通过再现科学家探究细胞膜结构的历程，使学生仿佛亲历那漫长的探究过程，体验科学探究的艰险和曲折，培养学生的质疑能力，养成科学的思维方法，提高实验分析能力。 出示单个磷脂分子结构模型，可帮助学生回忆磷脂分子的结构。根据脂质在“空气水”界面上铺展成单分子层后其面积是细胞膜的2倍这一实验现象，学生可得出细胞膜中的磷脂分子是双层的这一结论，再让学生用两个单层磷脂分子层结构模型演示磷脂分子层在水中的可能排布情况，可比
9、较自然地引导学生提出合理假说，避免教师把科学家的假说强加给学生。（导读、导思、导研，导行，让学生动口、动脑、动手）将科学探究过程中的一些错误结论展示给学生，可培养学生独立思考能力和质疑能力，使学生敢于怀疑权威，确立批判地接受前人研究成果的科学研究态度。同时，也可激发学生进一步探究的欲望。动画展示，直观有效。（体现了小坡度、高密度）学生总结，教师板书，可使学生较好地掌握细胞膜的化学组成和结构特点这一教学重点。n 教学实录在具体的教学环节中，如何体现“二二三四”的教学范式，下面是细胞膜结构特点的课堂实录：片断：探究细胞膜的结构特点师：蛋白质在磷脂双分子层中是如何分布的呢？根据你现有的知识提出怎样的
10、假设？生1：蛋白质可能分布在磷脂双分子层的表面。生2：蛋白质可能分布在磷脂双分子层的中间。师：刚才同学们提出了各种假设，要验证假设是否成立，必须要通过实验，科学家怎样研究的？让我们通过资料了解一下：（出示资料）资料四：细胞膜的电镜结构。随着电子显微镜的发明，1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜由“暗亮暗”的三层结构构成，他提出假说：所有的生物膜都由“蛋白质脂质蛋白质” 三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边暗层是蛋白质分子。他把生物膜描述为静态的统一结构。生：阅读资料师：从资料中，你分析得到蛋白质在磷脂双分子层中是如何分布的呢？生：细胞膜都由“蛋白质脂质蛋白质” 三层结构构成。
11、师：这段资料中，你有感兴趣的问题或有困惑的问题吗？生:我感到困惑的问题是细胞膜是静止的吗？师：刚才同学提出的问题，科学家也提出了同样的问题，并通过实验进行了研究，下面我们看具体的研究资料。资料五：细胞膜的荧光标记实验。1970年，Larry Frye等，将人和鼠的细胞膜上的蛋白质用不同的荧光标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，在37C件下培养40分钟后，发现两种荧光蛋白均匀分布。生：阅读资料师：从资料中，你能得到怎样的结论？生：细胞膜是运动的。师：若把该细胞放在10C条件下培养40分钟后，发现细胞保持开始状态，即红、绿荧光没有混合，你又能得出什么结论？生：细胞膜
12、的运动受到温度的影响。师：对于细胞膜的运动你最想知道的有哪些？生：细胞膜的运动是两者一些运动，还是仅仅蛋白质运动或磷脂运动？师：对于这个问题科学家也进行了研究，现在我们通过课件来了解一下，播放课件。生：蛋白质进行翻转、移动，磷脂分子平行移动。师：通过科学家前赴后继的研究，提出了细胞膜的流动镶嵌模型。在上述的教学片段中，有时教师通过资料，展示科学家研究的过程，有时让学生从资料中，提取信息，有时引导学生发现问题，教学中围绕“二二三四”教学范式，尽可能体现低起点，先夯实基础，高视点，培养学生思维，努力创设情景、协作、会话等学习环境,让学生自己建构核心概念，从而达到“意义建构”的学习目标。三、课后反思
13、（一）教学设计思路 细胞膜是上海市高中生命科学新教材第一册第3章第1节内容。教材在介绍了构成生物体各种化合物的基础上，从细胞水平上了解生物体。本节课是从细胞水平上了解生物体的第一课时，细胞膜是细胞的边界，对维持细胞内部环境的相对稳定，完成细胞与周围环境的物质交换和信息交流起着重要的作用。通过细胞膜的学习，让学生在微观层面上理解细胞膜化学组成和结构特点，并帮助学生建立“结构与功能相适应”的生物学观点。根据建构主义学习理论，本课在设计时，努力创设情景、协作、会话等学习环境,引导学生自己建构核心概念，从而达到“意义建构”的学习目标。为了确保教学的有效性，本课增加了细胞膜的研究历史，通过再现科学家探究
14、细胞膜结构的历程，激发学生发现问题、提出问题以及分析、探究能力的热情和兴趣，同时能自然地体现学校提出的“二二三四”的教学范式。本课是在三次实践、二次反思、二次修改的基础上不断完善的。（二）研究的收获及体会高中生命科学的教学实践中，教师们普遍感到教学的内容多、时间紧，在教学中讲的多，学生思维、实践时空少。本次的教学实践是在学校提出“二二三四”导学制课堂教学模式的背景下，经过三次实践、二次反思、二次修改的基础上不断提高的，实践、反思的过程中形成的。1、目标修改的过程，促进了对课程标准的研究在教学目标的设计中，教师往往对知识与技能目标设置把握正确，但对过程与方法以及情感、态度、价值观目标的制定，如何
15、做到既有针对性，又能比较具体、可测，觉得有难度，在这次的研究过程中，进一步促进组内教师对课程标准的研读，使修改后的教学目标更具体，而且在教学中易于把握和落实。2、 环节修改的过程，促进了对教法的进一步研究在教学环节中，如磷脂分子怎样构成细胞膜的？原来的设计是让学生回忆磷脂分子的结构特点，然后思考空气和水界面磷脂分子的排列、内外都是水的情况下磷脂分子的排列、外面是水里面没有水的情况下磷脂分子的排列，请学生用图示表示。但是这样的设计，由于有的学生画图水平差，无法用图示正确表达他的真实的想法，不能达到正确表达的效果。因此经过研讨，修改为让学生运用磷脂分子的模型搭建构成的细胞膜模型，这样一改，教学效果
16、就发生了根本性变化，不仅学生兴趣高涨，主动参与，而且对磷脂双分子是细胞膜的基本骨架有了深刻的认识。3、 板书的修改过程，促进了对板书设计的研究 在多媒体广泛使用的今天，许多的教师往往忽视板书的设计。在第一次讲课时，因为担心时间紧，所以板书的设计比较简单，经过教学的反思，觉得有些内容可简化，而板书的设计上可进一步高度概括。因此经过研讨，把板书修改为：一、 细胞膜的成分和结构1、 成分：磷脂、蛋白质、少量多糖2、 结构一定的流动性磷脂双分子（细胞膜的基本骨架）-运动蛋白质（附着、镶嵌、贯穿）-运动多糖（少量）这样的板书，真正起到对本节课画龙点睛的作用。总之，通过细胞膜一课案例的研究，有效践行了“二二三四”教学范式，真正感受到教学效果在实践中提高，在反思中提升。 5