细微之处见匠心——生物膜的流动镶嵌模型教学设计

细微之处见匠心——“生物膜的流动镶嵌模型”一节的教学设计李高梅 （广东省佛山市顺德区华侨中学 528333）gdsdlgm@1 教材分析 本节内容选自人教版高中生物必修1《分子与细胞》第4章第2节 该节内容在编排上按时间顺序回顾了科学家对生物膜结构探索历程的一些重要实验和推论，旨在让学生一步一步地分析科学家的实验和结论，使学生宛如亲历科学家探索的历程，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，同时加深对科学过程与方法的理解 学生在学习本节内容之前，已经学过“细胞膜的成分与功能”、“细胞膜的制备方法”、“细胞的吸水与失水”、“生物膜系统”等知识，但生物膜的流动镶嵌模型是一个微观且有待完善的学说，学生不易理解，教师应充分调动学生已有的知识基础，结合直观的示意图、形象的比喻、视频动画等媒体来辅助教学，帮助学生学习和理解2 教学目标 1）通过对科学史材料的分析与讨论，使学生了解生物膜结构的探索历程，知道生物膜流动镶嵌模型的基本内容，加深对生物膜组成成分和结构特点的理解 2）了解科学探究的一般方法，树立结构与功能相适应的辨证思想，感受科学研究的艰辛历程3 教学重点和难点 1）重点：生物膜的结构特点、科学家探索生物膜结构历程的经典实验。

2）难点：流动镶嵌模型的基本内容、结构与功能相适应的辨证思想4 教学策略 1） 设计问题串，即对科学家探索生物膜结构的经典实验进行层层设疑，激发学生的探究欲望，引领学生“步步逼近”，逐渐理解、主动接受流动镶嵌模型的理论2） 结合我校生源和高一学生刚从初中上高中，抽象思维能力较为薄弱的实际，在理解科学家经典实验假说的时候，采用直观的教具、形象的比喻、视频动画等来辅助教学，减小思维衔接的坡度3） 注意即时变题训练，创设新的问题情景，将前后知识联系起来、滚动再现，以加深学生对知识的理解记忆，同时培养学生思维的灵活性与深刻性5 教学过程5．1 回顾知识，介绍背景，设疑——导入新课 学生完成填空：细胞膜主要由____和______组成此外，还有少量的____ 提出问题：19世纪末，科学家已推知细胞膜的主要成分但细胞膜很薄，光学显微镜观察不到它的结构，电子显微镜又还没诞生；且当时对物质的分离提纯技术也不发达，因此也无法采用分离提纯的方法来测定它的组成在这样的情况下，你知道科学家当初是怎样得知细胞膜是由这些成分组成的吗？引出对细胞膜成分探究的科学史，导入新课5．2 以知识铺垫化解史实理解的疑难，引领学生参与知识的生成过程——对细胞膜组成成分探索历程的分析 运用科学史，让学生了解知识的产生与发展过程，自主建构知识是科学史素材教育的重要功能。

在细胞膜组成成分探索历程的教学中，首先出示资料1：19世纪末欧文顿（E.Overton）用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现凡是溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞提出问题1：根据物质相似相溶原理，分析上述材料，你能得出什么推论？（由于很多学生不理解为什么溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，就说明细胞膜是由脂质组成的为此我给学生补充了物质相似相溶原理，以利于学生得出正确的推论解决问题1后，提出问题2：欧文顿的推论是否正确？最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析得出的有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？引领学生得出：有必要仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验和修正 提出问题3：细胞膜中除含有脂质外，还有没有其他成分呢？引出资料2：20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞分离出来，通过化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质提出问题4：脂质和蛋白质分子是如何组成细胞膜的呢？激发学生进一步的探究欲望，过渡到对膜结构探索历程的学习5．3 寻求抽象思维与形象思维的巧妙结合，层层设疑，减小坡度——进行细胞膜结构探索历程的教学细胞膜结构探索历程的教学是本节课的重点和难点，编者试图应用生物科学史展现知识的生成过程，使难点突破层层推进，生物膜流动镶嵌模型水到渠成。

但在教学中，学生对一些原理、推论的理解并不顺畅，原因是：在生物学事实与生物学抽象原理之间，架设不起过渡的桥梁为此，我努力寻求抽象思维与形象思维的巧妙结合，减小衔接的坡度，化解疑难资料3：1925年荷兰科学家Gorter和Grendel用丙酮从人红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺成单层分子，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍问题1：由此，你可得出什么结论？（在此，教师抓住“磷脂单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍”启发学生思考，并将一张纸对折，问学生：“对折前你们看到的纸的面积是对折后的几倍？”——“2倍！”“原来这张纸是单层的，对折后变成几层？”——“2层！”“那么根据材料3推测，脂质分子构成细胞膜应该排列成几层？”——“2层！”这样学生顺利从形象思维过度到抽象思维，自然而然得出预期结论为了改变学生浅尝辄止的学习习惯，学会将前后知识融会贯通，我利用资料3进行变题训练，问学生：1、若将资料3中的“红细胞”改为“口腔上皮细胞”进行实验，测得单分子层的面积仍然恰为口腔上皮细胞表面积的2倍吗？或是大于、小于？为什么？2、若将资料3中的“人”改为“鸡或去壁的原核细胞”进行实验，结果又将怎样呢？为什么？以深化学生对知识的理解，培养学生思维的深刻性与灵活性。

问题2：两层脂质分子又是如何排列的呢？请同学们在草稿纸上试着画一画在学生画图的过程中，我提示学生：已知磷脂分子头部是亲水的，尾部是疏水的，而细胞内外都有水，想想该怎样画？当学生画好后，我选取几张有代表性的画法展示出来进行讲评，让学生知道应该怎样画，为什么这样画并让学生再画磷脂分子在空气－水界面上铺成单层分子的情况，进一步加深学生对“磷脂分子头部是亲水的，尾部是疏水的”这一知识的理解问题3：蛋白质位于脂双层的什么位置呢？引出材料4：1959年罗伯特森（J.D.Robertsen）在电镜下看到细胞膜由“暗—亮—暗”的三层结构构成他大胆提出：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构问题1：罗伯特森的“三明治”静态结构模型科学不科学呢？我步步“逼问”，使学生不断陷入思考中为了便于学生找出它的不足，播放质壁分离与质壁分离复原，变形虫吞噬纤毛虫、酵母菌出芽生殖、精卵结合的视频动画，让学生直观地感知细胞膜不是静态的刚性结构，而是一个动态的弹性结构，同时也让学生树立结构要与功能想适应的观点问题2：有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢？资料5：图文结合介绍荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验。

提出问题：看到了什么现象？这种现象说明了什么？为了帮助学生理解、得出细胞膜结构具有流动性这一特点，我启发学生：假如体育课老师让男同学穿绿色运动服站一列，女同学穿红色运动服站另一列，然后要求你们站成男女相间一列队伍，你们得怎么办？学生答：“必须移动位置！”“既然如此，那么人鼠细胞融合实验证明了膜上的蛋白质是静止的还是运动的？膜结构具有什么特点？”从而让学生自主建构知识接着我让学生在原来画的脂双层中添加蛋白质，画出自己认为的细胞膜结构模型图有学生问：“老师，流动性怎么画呀？蛋白质什么形状？”还有些学生，只把蛋白质画在脂双层的两侧……当学生画好后，我让学生把自己画的图与桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型进行对照，明确脂双层的排列方式和蛋白质的三种分布情况，对画得比较好的学生，点名表扬，并选出代表描述流动镶嵌模型的基本内容，让学生在生成知识的同时，涌起成就感，增强继续学好生物学的愿望5．4给图注入能力附加值，创设新的问题情景——进行糖蛋白的学习教科书的特点是图文并茂、互为补充，文字简练，材料精选学生往往不善于图文结合去阅读理解知识，读过几遍后，就感到无内涵可挖，停留在表面为了让学生图文结合深刻理解知识，当学生基本理解、接受了“生物膜的流动镶嵌模型”学说后，我提醒学生看黑板，唤起他们的有意注意，接着在“生物膜的流动镶嵌模型”示意图中写上水的分子式并加上一个箭头，问学生：你能告诉我这样表示细胞吸水还是失水吗？大部分学生表现出一脸愕然！只有个别学生怯生生的小声回答：吸水。

我及时抓住学生困惑之时机，再设一个问题作铺垫：要判断细胞吸水还是失水，我们必须先判断哪一侧是外侧，哪一侧是内侧，那么根据什么来判断细胞膜的外侧与内侧呢？这样给图注入能力附加值，创设新的问题情景，将学生的探究欲望再一次激发起来，为糖蛋白的学习创设了有利情景，对培养学生图文结合深刻理解知识的习惯与能力也大有裨益6 教后反思该设计是高一年级的新课教学，是课后反思修改再上的教学实录，其中有两处是课堂即时生成的内容，一处是物质相似相溶原理的补充，因为很多学生当时不明白为什么溶于脂质的物质比不溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，就说明细胞膜是由脂质组成的；第二处是将纸对折帮助学生理解：测得磷脂单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，从而得出磷脂分子在细胞膜中必然排列为连续的2层这一推论也许大家会觉得老师是否解释得过多、过细，我想关键是让学生理解，在理解的基础上构建知识才能克服死记硬背的缺陷，这跟我校生源实际相符合本节课的教学，基本上是利用科学史素材以问题为引导，让学生一步一步地分析科学家的实验和结论，使学生宛如亲历科学家探索的历程，实现了“在过程中学习，在过程中生成知识”的教学思想 作者姓名：李高梅 电子邮箱：gdsdlgm@ 联系电话：136907928613。