《生物膜的流動鑲嵌模型》教案

周婷吳江市高級中學1．設計思路：本節(jié)隸屬第四章，第四章是在第三章《細胞基本結構》的基礎上提出的，在認識細胞結構的基礎上學生自然想知道細胞是如何獲得物質和能量的，這就是第四第五章的內容。第四章共有三節(jié)。第一節(jié)主要從實驗實例和生活實例來說明細胞膜是選擇透過性膜。這種膜的特性與結構有關，所以第二節(jié)內容是學習生物膜的結構。生物膜的結構又是解釋第三節(jié)內容“物質跨膜運輸的方式”的基礎。這三節(jié)內容的內在聯系是：現象－結構－功能。由此可見，本節(jié)《生物膜的流動鑲嵌模型》在第四章中起著承上啟下的作用，并體現出了結構與功能相適應的觀點。同時本節(jié)內容和前面的第二章中的“化合物”和第三章中的“細胞膜”、“生物膜系統”等內容又有一定的聯系。學生通過前面章節(jié)的學習，對細胞膜有了一定的了解。因此本節(jié)從膜的功能引入，既是對前面所學知識的復習，又是對功能和結構相統一觀點的進一步證實，引入自然。本節(jié)主要圍繞科學家對生物膜結構的探索過程展開，最后總結得到生物膜流動鑲嵌模型。課中涉及5個實驗，按照年代順序展開，后一個實驗是對前一個實驗的繼承、補充和發(fā)展。因此本節(jié)課采用“引導——觀察分析實驗現象——提出假說——實驗驗證再分析”的教學模式，層層深入下去；融合運用啟發(fā)引導、觀察討論、對比歸納等方法，并輔以多媒體手段。最后一邊歸納總結一邊自然引出流動鑲嵌模型，合乎邏輯，順理成章。2．教學目標2.1知識與技能知道生物膜流動鑲嵌模型的基本內容理解科學家探索生物膜結構的科學史，闡述科學發(fā)展的一般規(guī)律③嘗試利用廢舊物制作生物膜模型④舉例說明生物膜具有流動性的結構特點過程與方法分析解讀科學家探索生物膜的科學史，嘗試提出問題，作出假設。通過觀察、討論、推測和畫圖，體驗科學探究建構生物膜模型的過程情感態(tài)度與價值觀①生物膜結構的研究是立足于生物膜所具有的功能特點上展開的，樹立生物結構與功能相適應的生物學觀點。②正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據，需要嚴謹的推理和大膽想象能力，并通過實驗進一步驗證。③認識到技術的發(fā)展在科學研究中的作用，體驗科學研究的方法，科學研究中傳承、發(fā)展及艱辛的歷程3．教學重難點3.1教學重點對生物膜結構的探索歷程生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容3.2教學難點1.探討建立生物膜模型的過程，如何體現結構與功能相適應的觀點。2.生物膜的空間立體結構3.生物膜的流動性特點4．教具準備1.與生物膜結構探索過程相關的科學家圖片以及實驗圖片2.生物膜流動鑲嵌模型的多媒體課件3．實物（雞蛋）5．課時安排1課時教學過程：【課前準備】1.由于本節(jié)內容時間上跨度比較大，而且提到的一些實驗技術和手段又比較陌生，所以課前要教師要精心準備大量圖片和課件。按照時間順序和學生的認知規(guī)律合理組織，讓學生能較快建立對科學史的理解。2.4位同學一個雞蛋【情景創(chuàng)設】教師：同學們，通過對細胞結構的學習，我們想制作細胞的三維結構模型，在選擇細胞膜的材料時我們遇到了難題，塑料袋、普通布和彈力布，我們該選擇哪種呢？學生：細胞膜是選擇透過性膜，有些物質能通過，有些物質不能通過，所以塑料袋不合適。普通布沒有彈性，而我們在質壁分離與復原實驗中我們發(fā)現生物膜是有彈性的，所以我們選擇彈力布。教師組織學生用手指觸摸卵黃膜，親身感受細胞膜的存在和彈性。教師：細胞膜究竟有什么樣的結構決定了它能具有選擇透過性，能有彈性呢？引出課題：第二節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型【師生互動】1.對生物膜結構的探索歷程為什么生物膜能控制物質的進出呢？這與生物膜的結構有什么關系呢？科學家就是帶著這樣的疑問，開始了對生物膜結構的探索。多媒體展示材料一資料一：時間：19世紀末人物：歐文頓(E.Overton)實驗：用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行過上萬次的實驗，發(fā)現細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：凡可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。教師:如果你是歐文頓看到這樣的現象能幫助我們提煉出什么樣的結論呢?學生:細胞膜的成分中有脂質成分。教師：同學們得出的結論正好與歐文頓的結論一樣。那么，你們的這個結論是根據現象的推理還是通過對膜成分的提取和鑒定？學生：是從生理功能上入手，通過推理分析得出的。教師：那么在通過推理得出結論后還需要對膜的成分進行提取分離和鑒定呢？學生：有必要。只有通過鑒定才更準確。教師：那么為什么歐文頓一開始不對膜的成分進行鑒定呢？學生：當時的技術條件不能實現。教師：確實如此。由此可見技術對于科學研究的重要性。直到20世紀初，科學家才能從哺乳動物成熟的紅細胞中將膜分離出來。多媒體展示材料二資料二:20世紀初，科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發(fā)現細胞不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶（能專一地分解蛋白質的物質）分解。教師：你能推測出什么結論？學生：說明細胞膜的成分除有脂質還有蛋白質。教師：到此科學家已經知道了生物膜的主要成分是脂質和蛋白質，那么這些分子是如何排列形成特定結構的生物膜的呢？多媒體展示材料三資料三：1925年，兩位荷蘭科學家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提紅細胞膜脂質實驗：將抽提出的脂質在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得其分子所占的面積相當于所用的紅細胞表面積的2倍。教師：你能推測出什么結論？學生：脂質分子在細胞膜中是排列成兩排的。教師：細胞膜中的脂質為什么會排列為連續(xù)兩層呢？又是如何排列的呢？細胞膜中含量最豐富的是磷脂，磷脂分子的結構有親水的頭部和多媒體展示材料四：（磷脂分子和其在空氣水界面上的分布情況）教師：利用已有的知識推理和想象，提出許多磷脂分子被攪動后在水溶液中形成的穩(wěn)定排布假說，并用畫圖來表達。展示學生小組活動結果，引導交流相互評價。（攪動后在水溶液中形成的穩(wěn)定排布是形成雙層脂分子的球形脂質體和形成球狀的微團）提問：1、由攪動后在水溶液中形成的雙層脂分子的球形脂質體，內外都有水環(huán)境，那么細胞膜內外是什么環(huán)境？2、如果把球型的脂質體展開為單分子層大家推測他們的面積比例是？學生通過討論得到細胞膜中磷脂的排布方式：教師：那么其中的蛋白質分子是如何分布的呢？20世紀40年代，曾經有學者推測脂質兩邊覆蓋著蛋白質。直到20世紀50年代，電子顯微鏡誕生，科學家用它來觀察細胞膜。多媒體展示材料五資料五1959年，J.D.Robertsen根據電鏡下觀察到的細胞膜暗一亮一暗的三層結構，大膽提出生物膜的模型：所有生物膜都由蛋白質-脂質-蛋白質三層結構構成，并且生物膜為靜態(tài)的統一結構。指導學生根據資料來構建生物膜的結構圖。教師：這樣的模型特征與我們學過的生物學知識有矛盾的地方嗎？組織小組討論，得出結論。學生：細胞的膨脹和皺縮，植物細胞的植壁分離與復原，變形蟲的運動，分泌蛋白的形成和分泌，白細胞吞噬病菌等都說明細胞膜不是靜態(tài)的。教師：很好。隨著科技的進步科學家多生物膜的研究日益深入，發(fā)現蛋白質并不是全部平鋪在脂質表面的，有的是鑲嵌在脂質雙分子層中的。指導學生修改細胞膜的結構圖。展示材料六資料六：1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠細胞融合實驗。教師：該實驗表明什么？學生：這個實驗說明組成生物膜的蛋白質是可以運動的。多媒體展示材料七資料七：磷脂分子在不同溫度下的運動情況flash演示）教師：資料說明了什么？六七兩個資料共同說明了生物膜具有什么樣的結構特點？學生：說明磷脂分子也是可以運動的。說明生物膜具有一定的流動性。教師：1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。多媒體展示材料八流動鑲嵌模型的基本內容指導學生根據流動鑲嵌模型的基本內容來完善生物膜的結構圖。教師小結：1．膜主要由蛋白質和脂質組成，還有少量多糖。2．膜的基本支架：磷脂雙分子層（親水頭部朝外，疏水尾部朝內）3．蛋白質分子有的鑲嵌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，有的橫跨整個磷脂雙分子層，外側的蛋白質分子與糖類結合形成糖被。糖被與細胞識別、胞間信息交流等有密切聯系，體現了生物膜的不對稱性。4．膜的結構特點：具有流動性（磷脂和大部分的蛋白質分子都是可以運動的）評價與反饋：1.生物膜的結構特點是，功能特點為2．科學家在實驗中發(fā)現：脂溶性的物質能優(yōu)先通過細胞膜，并且細胞膜能被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。這些事實說明，組成細胞的物質中有 3．科學家用丙酮提取了細胞膜的脂質，并將它在空氣與水的界面上展開時發(fā)現，這個但分子層的面積正好是紅細胞表面積的2倍，由此可以認為 課堂小結這節(jié)課我們重溫了科學家探索細胞膜結構的歷程，這是一個曲折漫長的過程，這段歷史也給了我們很多的啟示，使我們加深了科學方法和和過程的理解。另一方面我們也學習了流動鑲嵌模型的基本內容，為我們學習下一節(jié)內容奠定了基礎。作業(yè)布置結合生物膜的流動鑲嵌模型，利用生活中的廢棄物做一個細胞膜的流動鑲嵌模型。課后拓展生物膜的流動鑲嵌模型是不是已經非常完善了呢？有沒有什么局限呢？還有其他被人們接受的新模型嗎？請利用互聯網搜索科學家對生物膜研究的新進展情況，通過小組內部的組織和加工在班級中進行交流。板書設計一、對生物膜結構的探索歷程1、歐文頓的實驗：膜是由脂質構成的。2、化學分析表明，膜的主要成分是脂質和蛋白質。3、膜中的脂質分子排布成連續(xù)兩層。4、羅伯特森的“蛋白質—脂質—蛋白質”的三層靜態(tài)統一結構。5、小鼠細胞和人細胞融合實驗：細胞膜具有流動性。6、桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。二、流動鑲嵌模型的具體內容.內容.結構特點：流動性.功能特點：選擇透過性教后反思：對“生物膜結構的探索歷程