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1、生物膜的流动镶嵌模型教案生物膜的流动镶嵌模型教案周婷周婷 吴江市高级中学吴江市高级中学1 1设计思路：设计思路：本节隶属第四章，第四章是在第三章细胞基本结构的基础上提出的，在认识细胞结构的基础上学生自然想知道细胞是如何获得物质和能量的，这就是第四第五章的内容。第四章共有三节。第一节主要从实验实例和生活实例来说明细胞膜是选择透过性膜。这种膜的特性与结构有关，所以第二节内容是学习生物膜的结构。生物膜的结构又是解释第三节内容“物质跨膜运输的方式”的基础。这三节内容的内在联系是：现象结构功能。由此可见，本节生物膜的流动镶嵌模型在第四章中起着承上启下的作用，并体现出了结构与功能相适应的观点。同时本节内容
2、和前面的第二章中的“化合物”和第三章中的“细胞膜”、“生物膜系统”等内容又有一定的联系。学生通过前面章节的学习，对细胞膜有了一定的了解。因此本节从膜的功能引入，既是对前面所学知识的复习，又是对功能和结构相统一观点的进一步证实，引入自然。本节主要围绕科学家对生物膜结构的探索过程展开，最后总结得到生物膜流动镶嵌模型。课中涉及5 个实验，按照年代顺序展开，后一个实验是对前一个实验的继承、补充和发展。因此本节课采用“引导观察分析实验现象提出假说实验验证再分析”的教学第 1 页 共 14 页模式，层层深入下去；融合运用启发引导、观察讨论、对比归纳等方法，并辅以多媒体手段。最后一边归纳总结一边自然引出流动
3、镶嵌模型，合乎逻辑，顺理成章。2 2 教学目标教学目标2.1 知识与技能 知道生物膜流动镶嵌模型的基本内容 理解科学家探索生物膜结构的科学史，阐述科学发展的一般规律尝试利用废旧物制作生物膜模型举例说明生物膜具有流动性的结构特点2.2 过程与方法 分析解读科学家探索生物膜的科学史，尝试提出问题，作出假设。通过观察、讨论、推测和画图，体验科学探究建构生物膜模型的过程2.3 情感态度与价值观 生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上展开的，树立生物结构与功能相适应的生物学观点。第 2 页 共 14 页 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，需要严谨的推理和大胆想象能力，并通
4、过实验进一步验证。认识到技术的发展在科学研究中的作用，体验科学研究的方法，科学研究中传承、发展及艰辛的历程3 3 教学重难点教学重难点3.1 教学重点 对生物膜结构的探索历程 生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容3.2 教学难点1.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。2.生物膜的空间立体结构3.生物膜的流动性特点4 4教具准备教具准备1.与生物膜结构探索过程相关的科学家图片以及实验图片2.生物膜流动镶嵌模型的多媒体课件3 实物（鸡蛋）第 3 页 共 14 页5 5课时安排课时安排1 课时教学过程：教学过程：【课前准备】【课前准备】1.由于本节内容时间上跨度比较大，而且提到的
5、一些实验技术和手段又比较陌生，所以课前要教师要精心准备大量图片和课件。按照时间顺序和学生的认知规律合理组织，让学生能较快建立对科学史的理解。2.4 位同学一个鸡蛋【情景创设】【情景创设】教师：同学们，通过对细胞结构的学习，我们想制作细胞的三维结构模型，在选择细胞膜的材料时我们遇到了难题，塑料袋、普通布和弹力布，我们该选择哪种呢？学生：细胞膜是选择透过性膜，有些物质能通过，有些物质不能通过，所以塑料袋不合适。普通布没有弹性，而我们在质壁分离与复原实验中我们发现生物膜是有弹性的，所以我们选择弹力布。教师组织学生用手指触摸卵黄膜，亲身感受细胞膜的存在和弹性。第 4 页 共 14 页教师：细胞膜究竟有
6、什么样的结构决定了它能具有选择透过性，能有弹性呢？引出课题：第二节 生物膜的流动镶嵌模型【师生互动师生互动】1.对生物膜结构的探索历程为什么生物膜能控制物质的进出呢？这与生物膜的结构有什么关系呢？科学家就是带着这样的疑问，开始了对生物膜结构的探索。多媒体展示材料一多媒体展示材料一资料一：时间:19 世纪末人物：欧文顿(E.Overton）实验：用 500 多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。不能溶于脂质的物质脂溶性物质第 5 页 共 14 页教师:如果你是欧文顿看到这样的现
7、象能帮助我们提炼出什么样的结论呢?学生:细胞膜的成分中有脂质成分。教师：同学们得出的结论正好与欧文顿的结论一样。那么，你们的这个结论是根据现象的推理还是通过对膜成分的提取和鉴定？学生：是从生理功能上入手，通过推理分析得出的。教师：那么在通过推理得出结论后还需要对膜的成分进行提取分离和鉴定呢？学生：有必要。只有通过鉴定才更准确。教师：那么为什么欧文顿一开始不对膜的成分进行鉴定呢？学生：当时的技术条件不能实现。教师：确实如此。由此可见技术对于科学研究的重要性。直到 20 世纪初，科学家才能从哺乳动物成熟的红细胞中将膜分离出来。多媒体展示材料二多媒体展示材料二资料二:20 世纪初，科学家将细胞膜从哺
8、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。教师：你能推测出什么结论？学生：说明细胞膜的成分除有脂质还有蛋白质。第 6 页 共 14 页教师：到此科学家已经知道了生物膜的主要成分是脂质和蛋白质，那么这些分子是如何排列形成特定结构的生物膜的呢？多媒体展示材料三多媒体展示材料三资料三：1925 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。教师：你能推测出什么结论？学生：脂质分子在细胞膜中是排列成
9、两排的。教师：细胞膜中的脂质为什么会排列为连续两层呢？又是如何排列的呢？细胞膜中含量最丰富的是磷脂，磷脂分子的结构有亲水的头部和疏水性的尾部。多媒体展示材料四：多媒体展示材料四：（磷脂分子和其在空气水界面上的分布情况）空气空气亲水性的头部亲水性的头部疏水性的尾部疏水性的尾部水水教师：利用已有的知识推理和想象，提出许多磷脂分子被搅动后在水溶液中形成的稳定排布假说，并用画图来表达。第 7 页 共 14 页展示学生小组活动结果，引导交流相互评价。（搅动后在水溶液中形成的稳定排布是形成双层脂分子的球形脂质体和形成球状的微团）提问：1、由搅动后在水溶液中形成的双层脂分子的球形脂质体，内外都有水环境，那么
10、细胞膜内外是什么环境？2、如果把球型的脂质体展开为单分子层大家推测他们的面积比例是？学生通过讨论得到细胞膜中磷脂的排布方式：教师：那么其中的蛋白质分子是如何分布的呢？20 世纪 40 年代，曾经有学者推测脂质两边覆盖着蛋白质。直到 20 世纪 50 年代，电子显微镜诞生，科学家用它来观察细胞膜。多媒体展示材料五多媒体展示材料五资料五1959 年，J.D.Robertsen 根据电镜下观察到的细胞膜暗亮暗的三层结构，大胆提出生物膜的模型：所有生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，并且生物膜为静态的统一结构。指导学生根据资料来构建生物膜的结构图。第 8 页 共 14 页教师：这样的模型特征与
11、我们学过的生物学知识有矛盾的地方吗？组织小组讨论，得出结论。学生：细胞的膨胀和皱缩，植物细胞的植壁分离与复原，变形虫的运动，分泌蛋白的形成和分泌，白细胞吞噬病菌等都说明细胞膜不是静态的。教师：很好。随着科技的进步科学家多生物膜的研究日益深入，发现蛋白质并不是全部平铺在脂质表面的，有的是镶嵌在脂质双分子层中的。指导学生修改细胞膜的结构图。展示材料六展示材料六资料六：1970 年 L.D.Frye 和 H.Edidin 的人鼠细胞融合实验。人细胞融合37摄氏度40min小鼠细胞第 9 页 共 14 页教师：该实验表明什么？学生：这个实验说明组成生物膜的蛋白质是可以运动的。多媒体展示材料七多媒体展示
12、材料七资料七：磷脂分子在不同温度下的运动情况（flash 演示）教师：资料说明了什么？六七两个资料共同说明了生物膜具有什么样的结构特点？学生：说明磷脂分子也是可以运动的。说明生物膜具有一定的流动性。教师：1972 年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。多媒体展示材料八多媒体展示材料八流动镶嵌模型的基本内容指导学生根据流动镶嵌模型的基本内容来完善生物膜的结构图。第 10 页 共 14 页教师小结：1膜主要由蛋白质和脂质组成，还有少量多糖。2膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝内）3蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横
13、跨整个磷脂双分子层，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系，体现了生物膜的不对称性。4膜的结构特点：具有流动性（磷脂和大部分的蛋白质分子都是可以运动的）评价与反馈：评价与反馈：1生物膜的结构特点是，功能特点为2科学家在实验中发现：脂溶性的物质能优先通过细胞膜，并且细胞膜能被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。这些事实说明，组成细胞的物质中有3科学家用丙酮提取了细胞膜的脂质，并将它在空气与水的界面上展开时发现，这个但分子层的面积正好是红细胞表面积的2 倍，由此可以认为课堂小结课堂小结这节课我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，这是一个曲折漫长的过程，这段历
14、史也给了我们很多的启示，使我们加深了科学方第 11 页 共 14 页法和和过程的理解。另一方面我们也学习了流动镶嵌模型的基本内容，为我们学习下一节内容奠定了基础。作业布置作业布置结合生物膜的流动镶嵌模型，利用生活中的废弃物做一个细胞膜的流动镶嵌模型。课后拓展课后拓展生物膜的流动镶嵌模型是不是已经非常完善了呢？有没有什么局限呢？还有其他被人们接受的新模型吗？请利用互联网搜索科学家对生物膜研究的新进展情况，通过小组内部的组织和加工在班级中进行交流。板书设计板书设计一、对生物膜结构的探索历程1、欧文顿的实验：膜是由脂质构成的。2、化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。3、膜中的脂质分子排布成连续
15、两层。4、罗伯特森的“蛋白质脂质蛋白质”的三层静态统一结构。5、小鼠细胞和人细胞融合实验：细胞膜具有流动性。6、桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。第 12 页 共 14 页二、流动镶嵌模型的具体内容1.内容2.结构特点：流动性3.功能特点：选择透过性教后反思：教后反思：对“生物膜结构的探索历程”不仅要让学生知道生物学的基本理论知识，还要让学生明白科学探索是一个在继承中不断验证、修正和完善发展的过程，其道路是曲折的，更要让学生懂得尊重科学，用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观。这样通过科学探索史的学习，让学生自我启示，加深对科学过程和方法的理解。“流动镶嵌模型的基本内容”的阐述一定要清晰，有条理，便于对这部分知识的理解掌握，同时也为更好的理解下一节“物质跨膜运输的方式”提供了知识基础。第 13 页 共 14 页第 14 页 共 14 页