細(xì)微之處見匠心——生物膜的流動鑲嵌模型教學(xué)設(shè)計

1、細(xì)微之處見匠心“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計李高梅 （廣東省佛山市順德區(qū)華僑中學(xué) 528333）gdsdlgm1 教材分析 本節(jié)內(nèi)容選自人教版高中生物必修1分子與細(xì)胞第4章第2節(jié)。 該節(jié)內(nèi)容在編排上按時間順序回顧了科學(xué)家對生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的一些重要實驗和推論，旨在讓學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實驗和結(jié)論，使學(xué)生宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，同時加深對科學(xué)過程與方法的理解。 學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，已經(jīng)學(xué)過“細(xì)胞膜的成分與功能”、“細(xì)胞膜的制備方法”、“細(xì)胞的吸水與失水”、“生物膜系統(tǒng)”等知識，但生物膜的流動鑲嵌模型是一個微觀且有待完善的學(xué)說，學(xué)生不易理解，

2、教師應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)，結(jié)合直觀的示意圖、形象的比喻、視頻動畫等媒體來輔助教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。2 教學(xué)目標(biāo) 1）通過對科學(xué)史材料的分析與討論，使學(xué)生了解生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，知道生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，加深對生物膜組成成分和結(jié)構(gòu)特點的理解。 2）了解科學(xué)探究的一般方法，樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辨證思想，感受科學(xué)研究的艱辛歷程。3 教學(xué)重點和難點 1）重點：生物膜的結(jié)構(gòu)特點、科學(xué)家探索生物膜結(jié)構(gòu)歷程的經(jīng)典實驗。 2）難點：流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容、結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辨證思想。4 教學(xué)策略 1） 設(shè)計問題串，即對科學(xué)家探索生物膜結(jié)構(gòu)的經(jīng)典實驗進(jìn)行層層設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引領(lǐng)

3、學(xué)生“步步逼近”，逐漸理解、主動接受流動鑲嵌模型的理論。2） 結(jié)合我校生源和高一學(xué)生剛從初中上高中，抽象思維能力較為薄弱的實際，在理解科學(xué)家經(jīng)典實驗假說的時候，采用直觀的教具、形象的比喻、視頻動畫等來輔助教學(xué)，減小思維銜接的坡度。3） 注意即時變題訓(xùn)練，創(chuàng)設(shè)新的問題情景，將前后知識聯(lián)系起來、滾動再現(xiàn)，以加深學(xué)生對知識的理解記憶，同時培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性與深刻性。5 教學(xué)過程51 回顧知識，介紹背景，設(shè)疑導(dǎo)入新課 學(xué)生完成填空：細(xì)胞膜主要由_和_組成。此外，還有少量的_。 提出問題：19世紀(jì)末，科學(xué)家已推知細(xì)胞膜的主要成分。但細(xì)胞膜很薄，光學(xué)顯微鏡觀察不到它的結(jié)構(gòu)，電子顯微鏡又還沒誕生；且當(dāng)時對

4、物質(zhì)的分離提純技術(shù)也不發(fā)達(dá)，因此也無法采用分離提純的方法來測定它的組成。在這樣的情況下，你知道科學(xué)家當(dāng)初是怎樣得知細(xì)胞膜是由這些成分組成的嗎？引出對細(xì)胞膜成分探究的科學(xué)史，導(dǎo)入新課。52 以知識鋪墊化解史實理解的疑難，引領(lǐng)學(xué)生參與知識的生成過程對細(xì)胞膜組成成分探索歷程的分析 運(yùn)用科學(xué)史，讓學(xué)生了解知識的產(chǎn)生與發(fā)展過程，自主建構(gòu)知識是科學(xué)史素材教育的重要功能。在細(xì)胞膜組成成分探索歷程的教學(xué)中，首先出示資料1：19世紀(jì)末歐文頓（E.Overton）用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實驗，發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。提出問題1：根據(jù)物質(zhì)相似相溶原理，分

5、析上述材料，你能得出什么推論？（由于很多學(xué)生不理解為什么溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，就說明細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的。為此我給學(xué)生補(bǔ)充了物質(zhì)相似相溶原理，以利于學(xué)生得出正確的推論。）解決問題1后，提出問題2：歐文頓的推論是否正確？最初認(rèn)識到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。有沒有必要對膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？引領(lǐng)學(xué)生得出：有必要。僅靠推理得出的結(jié)論不一定準(zhǔn)確，還應(yīng)通過科學(xué)實驗進(jìn)行檢驗和修正。 提出問題3：細(xì)胞膜中除含有脂質(zhì)外，還有沒有其他成分呢？引出資料2：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將膜從哺乳動物的紅細(xì)胞分離出來，通過化學(xué)分析表明，膜的主要成分是

6、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。提出問題4：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子是如何組成細(xì)胞膜的呢？激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步的探究欲望，過渡到對膜結(jié)構(gòu)探索歷程的學(xué)習(xí)。53 尋求抽象思維與形象思維的巧妙結(jié)合，層層設(shè)疑，減小坡度進(jìn)行細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)探索歷程的教學(xué)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)探索歷程的教學(xué)是本節(jié)課的重點和難點，編者試圖應(yīng)用生物科學(xué)史展現(xiàn)知識的生成過程，使難點突破層層推進(jìn)，生物膜流動鑲嵌模型水到渠成。但在教學(xué)中，學(xué)生對一些原理、推論的理解并不順暢，原因是：在生物學(xué)事實與生物學(xué)抽象原理之間，架設(shè)不起過渡的橋梁。為此，我努力尋求抽象思維與形象思維的巧妙結(jié)合，減小銜接的坡度，化解疑難。資料3：1925年荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel用丙酮從人紅細(xì)胞膜中

7、提取脂質(zhì)，在空氣水界面上鋪成單層分子，測得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。問題1：由此，你可得出什么結(jié)論？（在此，教師抓住“磷脂單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍”啟發(fā)學(xué)生思考，并將一張紙對折，問學(xué)生：“對折前你們看到的紙的面積是對折后的幾倍？”“2倍！”“原來這張紙是單層的，對折后變成幾層？”“2層！”“那么根據(jù)材料3推測，脂質(zhì)分子構(gòu)成細(xì)胞膜應(yīng)該排列成幾層？”“2層！”這樣學(xué)生順利從形象思維過度到抽象思維，自然而然得出預(yù)期結(jié)論。為了改變學(xué)生淺嘗輒止的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)會將前后知識融會貫通，我利用資料3進(jìn)行變題訓(xùn)練，問學(xué)生：1、若將資料3中的“紅細(xì)胞”改為“口腔上皮細(xì)胞”進(jìn)行實驗，測得單分子

8、層的面積仍然恰為口腔上皮細(xì)胞表面積的2倍嗎？或是大于、小于？為什么？2、若將資料3中的“人”改為“雞或去壁的原核細(xì)胞”進(jìn)行實驗，結(jié)果又將怎樣呢？為什么？以深化學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性與靈活性。）問題2：兩層脂質(zhì)分子又是如何排列的呢？請同學(xué)們在草稿紙上試著畫一畫。在學(xué)生畫圖的過程中，我提示學(xué)生：已知磷脂分子頭部是親水的，尾部是疏水的，而細(xì)胞內(nèi)外都有水，想想該怎樣畫？當(dāng)學(xué)生畫好后，我選取幾張有代表性的畫法展示出來進(jìn)行講評，讓學(xué)生知道應(yīng)該怎樣畫，為什么這樣畫。并讓學(xué)生再畫磷脂分子在空氣水界面上鋪成單層分子的情況，進(jìn)一步加深學(xué)生對“磷脂分子頭部是親水的，尾部是疏水的”這一知識的理解。問題

9、3：蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置呢？引出材料4：1959年羅伯特森（J.D.Robertsen）在電鏡下看到細(xì)胞膜由“暗亮暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。他大膽提出：生物膜是由“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。問題1：羅伯特森的“三明治”靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型科學(xué)不科學(xué)呢？我步步“逼問”，使學(xué)生不斷陷入思考中。為了便于學(xué)生找出它的不足，播放質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原，變形蟲吞噬纖毛蟲、酵母菌出芽生殖、精卵結(jié)合的視頻動畫，讓學(xué)生直觀地感知細(xì)胞膜不是靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，而是一個動態(tài)的彈性結(jié)構(gòu)，同時也讓學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)要與功能想適應(yīng)的觀點。問題2：有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動的呢？資料5：圖文結(jié)合介紹熒光標(biāo)記

10、小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實驗。提出問題：看到了什么現(xiàn)象？這種現(xiàn)象說明了什么？為了幫助學(xué)生理解、得出細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)具有流動性這一特點，我啟發(fā)學(xué)生：假如體育課老師讓男同學(xué)穿綠色運(yùn)動服站一列，女同學(xué)穿紅色運(yùn)動服站另一列，然后要求你們站成男女相間一列隊伍，你們得怎么辦？學(xué)生答：“必須移動位置！”“既然如此，那么人鼠細(xì)胞融合實驗證明了膜上的蛋白質(zhì)是靜止的還是運(yùn)動的？膜結(jié)構(gòu)具有什么特點？”從而讓學(xué)生自主建構(gòu)知識。接著我讓學(xué)生在原來畫的脂雙層中添加蛋白質(zhì)，畫出自己認(rèn)為的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型圖。有學(xué)生問：“老師，流動性怎么畫呀？蛋白質(zhì)什么形狀？”還有些學(xué)生，只把蛋白質(zhì)畫在脂雙層的兩側(cè)當(dāng)學(xué)生畫好后，我讓學(xué)生把自己畫的圖與桑格

11、和尼克森提出的流動鑲嵌模型進(jìn)行對照，明確脂雙層的排列方式和蛋白質(zhì)的三種分布情況，對畫得比較好的學(xué)生，點名表揚(yáng)，并選出代表描述流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，讓學(xué)生在生成知識的同時，涌起成就感，增強(qiáng)繼續(xù)學(xué)好生物學(xué)的愿望。54給圖注入能力附加值，創(chuàng)設(shè)新的問題情景進(jìn)行糖蛋白的學(xué)習(xí)教科書的特點是圖文并茂、互為補(bǔ)充，文字簡練，材料精選。學(xué)生往往不善于圖文結(jié)合去閱讀理解知識，讀過幾遍后，就感到無內(nèi)涵可挖，停留在表面。為了讓學(xué)生圖文結(jié)合深刻理解知識，當(dāng)學(xué)生基本理解、接受了“生物膜的流動鑲嵌模型”學(xué)說后，我提醒學(xué)生看黑板，喚起他們的有意注意，接著在“生物膜的流動鑲嵌模型”示意圖中寫上水的分子式并加上一個箭頭，問學(xué)生：

12、你能告訴我這樣表示細(xì)胞吸水還是失水嗎？大部分學(xué)生表現(xiàn)出一臉愕然！只有個別學(xué)生怯生生的小聲回答：吸水。我及時抓住學(xué)生困惑之時機(jī)，再設(shè)一個問題作鋪墊：要判斷細(xì)胞吸水還是失水，我們必須先判斷哪一側(cè)是外側(cè)，哪一側(cè)是內(nèi)側(cè)，那么根據(jù)什么來判斷細(xì)胞膜的外側(cè)與內(nèi)側(cè)呢？這樣給圖注入能力附加值，創(chuàng)設(shè)新的問題情景，將學(xué)生的探究欲望再一次激發(fā)起來，為糖蛋白的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了有利情景，對培養(yǎng)學(xué)生圖文結(jié)合深刻理解知識的習(xí)慣與能力也大有裨益。6 教后反思該設(shè)計是高一年級的新課教學(xué)，是課后反思修改再上的教學(xué)實錄，其中有兩處是課堂即時生成的內(nèi)容，一處是物質(zhì)相似相溶原理的補(bǔ)充，因為很多學(xué)生當(dāng)時不明白為什么溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，就說明細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的；第二處是將紙對折幫助學(xué)生理解：測得磷脂單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍，從而得出磷脂分子在細(xì)胞膜中必然排列為連續(xù)的2層這一推論