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视频标签：东莞市,生物膜的,流动镶嵌模型
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视频课题：东莞市高中生物优质课《生物膜的流动镶嵌模型》陈嘉莉（附课件+
教学设计、课堂实录及教案：东莞市高中生物优质课《生物膜的流动镶嵌模型》东莞中学-陈嘉莉（附课件+教学设计）
生物膜的流动镶嵌模型
——课题来源：人教版必修一 名称：生物膜的流动镶嵌模型 所属单元章节：第四章第二节
教师姓名 陈嘉莉 所在学校 东莞市东莞中学
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一、教学分析
课标要求 1．知识与技能
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。
②举例说明生物膜具有流动性特点。
③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
2．过程与方法
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习科学研究的一般方法。
3．情感态度与价值观
①生物膜结构的研究是以生物膜的功能作为切入点进行的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。
②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，需要有严谨的推理和大胆的想象，并要通过实验进一步验证。
③正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。
教材分析 “生物膜的流动镶嵌模型”是人教版必修1第四章第2节的内容，第1节“物质跨膜运输的实例”主要体现生物膜是选择透过性膜。膜的功能与膜的结构是相适应的，于是很自然地过渡到第二节内容：探究膜的结构。而第二节内容又是解释第三节内容“物质跨膜运输的方式”的基础。第四章的三节内容安排体现了膜的功能——结构——功能的内在联系，由此可见，本节内容在第四章中起着承上启下的作用，有助于帮助学生建立结构和功能相适应的观点。
本节主要包括了两大部分内容：一是科学家对细胞膜结构的探索历程。这是一个很好的科学史教育素材，通过一步一步地分析科学家的实验，学生可以体验科学发现的探索过程，渗透生物科学史的教育理念，让学生身临其境仿佛自己就是科学家在进行着探究活动，在自主探索中主动获取知识，充分调动学生的积极主动性，培养了学生科学推断和知识迁移的能力。更重要的是让学生加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现的过程是一个长期的过程；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的发展可以推动科学的进步。二是生物膜流动镶嵌模型的基本内容。
学情分析 1、学生已经了解了细胞，知道了组成细胞的元素和化合物，掌握了细胞的基本结构，尤其是细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识，为本节知识的学习奠定了基础。
2、高中学生已具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。本节课利用科学史实验资料，通过问题导学的方法将探究历程一步一步地推进，能够很好的帮助学生理清研究思路，按照学生的思维水平和能力达到一定深度，使学生对膜的结构顺利由感性认识向理性认识过渡。
教学重点、难点 重点：流动镶嵌模型的基本内容
难点：探讨建立生物膜模型的过程；在此过程中如何体现结构和功能相适应的观点。
教学策略 根据教学目标的要求，本课以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，培养学生的科学素质，侧重对学生进行科学方法的教育。本节课采用“引导探究”教学模式，融合问题导学法、任务驱动法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生模拟科学发现过程。与此同时注重教师与学生之间以及学生和学生之间的互动,适时适度的引导学生,让学生自己去进行分析、讨论、归纳和总结。
1、 探究式教学：经过精心设计的各位科学家实验的资料，再加上一连串环环相扣的问题，引导学生对科学家的实验进行分析，体验科学发现的探索过程，渗透生物科学史的教育理念，让学生身临其境仿佛自己就是科学家，在进行着探究活动，在自主探索中主动获取知识，充分调动学生的积极主动性，培养了学生科学推断和知识迁移的能力。
2、 发现式学习模式：在探究历程中，以学生为主体，让学生体验科学发现的探索过程，让学生身临其境仿佛自己就是科学家，在进行着探究活动，像科学家的发现一样来体验知识产生的过程。
3、 问题导学法：通过问题将探究历程一步一步地推进，能够很好地帮助学生理清研究思路，学习科学研究的思路和方法。
4、 任务驱动法：我在磷脂分子和蛋白质分子如何构成膜的这一环节，我还为学生准备了磷脂分子和蛋白质分子的模型，能够加深学生对磷脂分子结构的认识，并且通过任务驱动的方式去引导学生摆出磷脂分子在空气水界面的排布模型，磷脂分子如何构成膜结构的模型，以及摆出蛋白质在膜上位置的这一模型，这一些学生活动能提高学生的动手能力以及极大的激发他们的学习兴趣以及探究热情，通过摆模型能使他们对膜结构的认识从表象深入到实质，最后，通过整个探究历程中，学生们也大致在脑海中构建好了生物膜的流动镶嵌模型，老师只需在课堂的最后对此模型进行总结，而流动镶嵌模型则呼之欲出，这对突破重难点起到了很好的作用。
教学目标 1．知识与技能
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律。
②举例说明生物膜具有流动性特点。
③简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
2．过程与方法
①通过分析科学家建立生物膜模型的过程，学习做出假设。
3．情感态度与价值观
①生物膜结构的研究是以生物膜的功能作为切入点进行的，树立生物结构与功能相适应的辩证唯物主义自然观。
②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，需要有严谨的推理和大胆的想象，并通过实验进一步验证。
③正确认识实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用。
二、教学过程
教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
复习，引入课题 我们知道，生物膜都是选择透过性膜，能让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子，小分子和大分子则不能通过，也就是说生物膜有控制物质进出的功能，从结构和功能相适应的观点来看，细胞膜应该有什么样的结构才能与细胞膜的功能相适应？ 学生回顾“膜的功能特点”这一知识点 以膜的功能入手引入课题，激发学生兴趣和思考，有助于帮助学生建立结构和功能相适应的观点
【一】.对生物膜结构的探索 人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路。现在让我们将时间回到他们所存在的时代，来一同体验一下这个漫长的探索历程。
探究一：膜的组成成分
1、欧文顿假说
2、膜上还有蛋白质的探究 问题一：当我们对生物膜一无所知的时候，我们第一个要探究的问题是什么？
大家想想，如果你是科学家，你会从那个角度入手来研究生物膜的结构？比如说，要研究手表的结构,需要拆开手表,观察其由什么零件组成,也就是说，研究一种物质的结构，实际上是研究其组成成分之间的组合形式，所以说，要知道生物膜的结构，我们首先要知道生物膜的成分。
问题二：那生物膜的组成成分是什么呢？当时科学家们是如何对膜成分进行探究的呢？直接分离提纯鉴定?
限于当时的技术条件，人们都不能亲眼看到生物膜，更别说对生物膜的成分进行分离提纯了，那怎么办呢？不能用直接的方法，我们可以尝试从侧面或是利用其他学科的知识去推敲膜的成分啊，比如说，我们可以研究什么物质能容易通过生物膜，化学上有个很出名的观点：相似相溶，什么物质容易通过，那么膜的成分就和这种物质最相近。
在19世纪末时，欧文顿就想到了用这个办法来探究膜的成分，他用了500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的实验，他发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，不溶于脂质的物质不容易甚至不能通过细胞膜，而溶于脂质的物质能透过细胞膜。
我们先来了解一个化学上的小知识，叫做“相似相溶”，即分子结构越相似的物质，越是容易相互溶解。
提问：根据这个原理，结合欧文顿的实验大家对细胞膜的组成能做出一个怎样的猜测？
大家与100多年前的欧文顿不谋而合，他就提出了这样的假说：膜是由脂质组成的。
生物膜的成分除了脂质外，还有没有其他成分呢？其他科学家也在不断的想办法去推敲膜的成分，结果他们发现细胞膜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，所以科学家们也就根据这个实验提出了“膜中还有蛋白质”这一猜测。
提问：为什么我们一直强调得出的这两个只是猜测而已？通过这两个实验我们就能确定膜就是由脂质和蛋白质组成的吗？
我们只是通过对这些现象的推理分析，用了一些侧面的方法得出这两个假说，对吧？假说是否成立，必须还要通过实验的验证
问题三：如何验证膜的成分的确是脂质和蛋白质呢？
不可能做到
根据研究结果和学生已有的知识做出猜测：细胞膜是由脂质组成的。
回答：不能。因为我们一直都未能够将膜的成分提取出来加以鉴定，
对膜进行提取分离和鉴定。 引导学生思考科学家们的探究思路：要研究结构，先研究膜的成分
那如何对膜成分进行研究呢？引导学生发散思维
突出科学技术的重要性
培养了分析能力，感受了探究的乐趣。
3、膜成分的提取和鉴定
4、提炼科学的研究方法 20世纪初，随着科学技术的进步，科学家们第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，进行化学分析，结果发现：膜的主要成分是脂质和蛋白质，也就通过实验的方法验证了欧文顿和其他科学家的假说是成立的。
探究到这里，其实这里就体现出了科学研究的一般方法：先观察现象，再根据现象提出问题，提出假说，在通过实验验证，最后得出结论。
引导学生归纳科学研究方法
探究二：膜的结构
一、 磷脂的排布
1、朗姆瓦的实验
A、磷脂在空气—水界面上如何排布
B、膜上的磷脂分子如何排布
我们已经知道膜的成分了，而一个物质的结构是由他的组成成分的组成形式决定的，所以接下来要探究什么问题？这些物质是怎么组成膜的，即组成形式。
膜主要由脂质和蛋白质组成，我们就先来解决一下脂质是怎么组成膜的。
1917年朗姆瓦将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子在空气与水的界面上分布散乱，经过推挤排列成了连续的整齐的单层。磷脂分子是如何排列成完整的连续的单层的呢？
介绍磷脂分子的结构；
我们来看一下，这就是磷脂分子，它很明显地分为两个部分，头部是亲水的基团，尾部是疏水的基团。
根据朗姆瓦的实验，大家认为磷脂分子在“空气—水”的交界面的排布方式是怎样的？
下面我们就进行第一个小组的活动：请根据朗姆瓦的实验，构建磷脂分子在水—空气界面中的模型。
要求：请同学们以两个同学为一个小组，拿出白纸，上面有一条黑线代表空气与水的交界面，上面是空气，下面是水。拿出袋子里的磷脂分子，这是亲水头部这是疏水尾部。大家以小组为单位尝试着摆一摆磷脂分子在空气与水的交界面的排布形式。一会我请一个小组派一个代表上来给大家展示一下小组讨论的结果。
大家所构建的这个在水空气界面上的这个模型和朗姆瓦所得到的结构是相符的!
问题：请问磷脂又是如何排成膜结构的呢？膜上的磷脂分子是如何排布的呢？
下面我们就进行第二个小组的活动：请大家联系我们之前学过的知识，排出磷脂分子构成膜结构的模型。
问题：一定是磷脂双分子层构成膜结构吗？有没有其他可能？4层磷脂分子层能不能构成膜？6层呢？8层呢？
问题：但是如果4层，6层，8层的话，膜就太厚了，这可能会带来什么后果？
所以我们刚刚构建的这个模型只是我们根据朗姆瓦的实验和磷脂分子的结构推理出来的，这种猜测到底符不符合事实呢？我们说还要通过什么要验证啊？ 学生被引导，进一步了解科学家们的探究思路
学生分组构建磷脂分子在“空气—水”界面的排布模型。并展示小组合作的成果。
学生分组构建磷脂分子构成膜结构的模型。并展示小组合作的成果。
可以
物质跨膜运输效率太低
实验
培养学生对知识的应用迁移能力，对信息的交流能力。
让学生亲自动手构建磷脂分子排布模型，印象深刻。同时培养了动手能力，合作交流能力。
让学生充分运用之前所学知识，如细胞是浸润在以水为基础的液体环境中的这一知识点，从而考虑磷脂分子头部朝外，尾部朝内。
引导学生发散思维，对可能存在的一些情况作出否定
2、 荷兰科学家的实验 1925年两位荷兰科学家用丙酮从人的成熟红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，并且测得磷脂单分子层的面积与红细胞表面积之比为1.8—2.2。
问题：大家想想看这个实验数据能说明什么问题？
展示细胞膜的局部放大图以及对应整个细胞磷脂如何排列成膜结构
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
在学生探究过后，马上给出实验证据证明学生的猜想是正确的，使学生探索的信心增强，激发学生的求知欲望
探究二：膜的结构
二、蛋白质的排布
1、电子显微镜技术下罗伯森特提出的“三明治模型”
2、1970年电镜冰冻蚀刻技术 问题：已经解决了脂质的排布方式，接下来要解决谁的排布方式？
蛋白质在细胞膜上究竟怎么排布。这个问题科学家们做出了各种各样的假设，有的科学家推测，蛋白质是否覆盖在磷脂分子的表面？但是没有确定。我们之前说技术是科学发展的推动力，技术发展了，电子显微镜诞生了。借助电子显微镜，1959年，有位叫做罗伯特森的科学家观察到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构，暗的是什么？亮的是什么？罗伯特森根据电子显微镜的成像原理，他认为暗的是蛋白质，亮的是脂质；所以罗伯森特提出了这样的假说，生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成，一层蛋白质一层脂质一层蛋白质，好像三明治。所以也把它叫做“三明治结构模型”。我们发现它们是一层紧挨一层，动弹不得，罗伯特森把这个结构描述为一种静态的刚性结构，认为细胞膜是静止的。
问题：那蛋白质真的是均匀分布在磷脂双分子层的两侧吗？如果是全部平铺在脂质表面，那蛋白质如何执行“运输物质进出细胞”这一功能？
带着这一些疑惑，科学家们又开始寻求其他方法来进一步探究蛋白质的位置。随着科学的进步，出现了冰冻蚀刻电镜技术，利用这种技术，科学家们可以清晰的知道蛋白质在膜上的位置，如图所示，蛋白质不是平铺在脂质表面，并且在膜中的分布是不对称的，有的镶在磷脂双分子层表面，有的嵌入或部分嵌入在磷脂双分子层里，有的贯穿整个磷脂双分子层。
下面我们来进行第三个小组活动：请大家在刚才的磷脂双分子层的基础上利用“蛋白质”的模型摆出蛋白质可能存在的方式。
回到罗伯特森的实验，通过实验推翻了罗伯特森的第一个观点，那罗伯特森的第二个观点呢？膜是静止的吗？大家结合结构与功能相适应这一观点想想，如果膜是静止的，那么膜的各种功能还能实现？比如说（播放白细胞吞噬病菌，变形虫的运动的视频），胞吞和胞吐，细胞生长，成熟植物细胞发生质壁分离和复原，静态模型无法解释这些现象，显然静态的结构和膜的功能是相矛盾的。
因此罗伯特森提出的模型很快又被新技术下的实验所否定。 蛋白质。
学生分组构建蛋白质在膜上的分布位置的模型。并展示小组合作的成果。
联系已学知识，举例说明细胞膜动态的弹性结构 进一步引导学生思考探究思路
3、细胞膜融合实验 在1970年，弗雷和埃迪登做了这样的实验，将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光的蛋白质均匀分布。
提问：这个实验我们可以得到什么样的结论？
科学家发现不光蛋白质可以运动，磷脂分子也可以运动。（展示磷脂分子运动的几种方式）
这些都说明细胞膜并非像最初罗伯森特描述的那样，是个静态的刚性结构，而应该是动态的弹性结构。 膜上的蛋白质有流动性。
4、流动镶嵌模型 在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出一些关于生物膜的分子结构模型。在1972年的时候，两位科学家桑格尔和尼克森基于前人研究的基础上提出了生物膜的“流动镶嵌模型”，这个模型是被大多数人接受和认可的。
探索了那么久，那到底流动镶嵌模型是怎样的呢？这个模型的具体内容是什么呢？其实我们在分析科学家的探究历程时也大致将这个模型构建起来了，现在我们就来总结一下
【二】．流动镶嵌模型内容
学习“流动镶嵌模型”的内容
巩固检测
总结
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