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视频标签：生物膜的,流动镶嵌模型
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视频课题：重庆市高中生物优质课决赛《生物膜的流动镶嵌模型》重庆
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重庆市2018年高中生物优质课决赛《生物膜的流动镶嵌模型》重庆市长寿中学校-北师大版高中生物必修一
人教版必修一《分子与细胞》 第四章 细胞的物质输入和输出
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
教 学 设 计
1 教材分析
1.1 在必修教材模块1中的地位
“生物膜的流动镶嵌模型”一节是人教版《必修1分子与细胞》第四章《细胞的物质输入和输出》的第二节。《必修1分子与细胞》可以分为四大知识点，由“系统的层次”到“系统的组成”进而介绍“系统的功能”，最后上升到“系统的发展”。其中“系统的功能”分为：物质的输入和输出、能量的供应和利用两部分。在物质的输入和输出知识块中，“生物膜的流动镶嵌模型”一节与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以，这节的内容对整个章节的知识起到了承上启下的作用。
同时整章知识整体呈现为：功能——结构——功能相互对应的三大模块，教学中应将“功能与结构相对应”的生命观念深入贯彻到课堂中。
本节主要包括生物膜结构的探索历程、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。在教学中，要充分发挥教师的主导地位，把学习的主体权还给学生，合理引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，切身感受科学的魅力，保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。让学生在探究活动中学习科学探究的精神，从而渗透科学思维和社会责任的培养。
1.2 教学目标
本节内容的课程标准要求是“简述生物膜系统的结构和功能”。这项要求包括两层含义：一是简述生物膜系统的概念和功能；二是简述生物膜的结构。可是这些知识并不是直接抛给学生的，本节内容是以细胞膜分子结构的探究历程为主线，学生动脑分析实验现象得出实验结论并构建模型为重点，让学生们从中体验科学思维。因此本节教学过程中需要不断的让学生不由自主的提出问题做出假设，然后再小组合作思考或参考科学家设计的实验，进行科学的探索。而整个探索历程结束后，不光生物膜的结构模型可通过学生自我构建熟记于心，还可以加深学生对科学历史和本质的认识，特别是这些内容中所体现的结构和功能相统一、技术手段的进步促进科学的发展等生命观念，对于学生的核心素养发展有重要价值。
1.3 重点、难点
生物膜的功能特性是具有选择透过性，根据结构与功能相适应的基本生命观念，因此确定本节的教学重点为流动镶嵌模型的基本内容。
高一学生已有的生物学知识较浅，空间想象能力和逻辑推理能力有限，因此确定本节的教学难点为探讨建立生物膜模型的过程中如何体现结构与功能相适应的观点。
1.4 学情分析
学生在第二章的学习中，已初步了解了组成细胞的分子，同时在第三章的学习中已经初步认识了细胞的结构，知道细胞膜很薄，细胞膜的功能是最基本生命系统的边界，控制物质的进出，完成信息交流等。在第四章第一节的学习中做过植物细胞的质壁分离和复原实验，已经了解细胞膜具有一定的伸缩性，还通过教材呈现的资料分析，得出了细胞膜等生物膜都是具有选择透过性的膜，这些已有的知识和经验为本节的学习奠定了基础。
高一学生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
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的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考，在生物技术方面缺乏实践的体验，还需要更多的资料引导。
1.5 教学方法
结合教材所提供的资料，设计问题串，引导学生一步一步地分析科学家“为何做此实验”、“如何设计实验”“实验现象是什么”、“对应得出什么结论”、“还有什么没解决”……这样“引导—观察分析实验现象—提出假设—实验验证再分析”的教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以实物教具和多媒体辅助教学，轻松地讲授本节的两大部分。环环相扣，给予学生充分思考讨论的空间，同时培养学生严密的逻辑推理能力和思维的想象能力，以学生“自主、探究、合作”的学习方式来优化课堂学习与教学，提高学生的生物学核心素养。
1.6 学习方法
在教学中，注重学生学习方法的指导和培养。在本节课中，学生将通过多种途径，如：观察、阅读、思考、分析、讨论、探究等等，来开展学生之间的协作学习和自主学习，形成以学生为主体的教学模式。让学生通过自己的主体活动，根据自身的反馈信息来形成对客观事物的认识和理解，从而发展自身的创造性思维能力，提高自身的生物学核心素养。
2 教学设计
2.1 设计思路
本节课采用“提供资料→提出问题（要求）→做出假设（构建模型）→提供实验验证”的教学模式，通过“生物膜流动镶嵌模型”的构建及有关实验设计，体现学生“自主、探究、合作”的学习方式，感受科学家科学探索的精神和合理的科学思维。同时对探索历程的内容同步呈现在小组合作的学习板上，如同“万丈高楼拔地起”一样，引导学生自主梳理并体验结构模型的历程，同时理解并能够描述生物膜流动镶嵌模型的基本内容。
2.2 教学流程
创设情境，功能由结构决定，引入探索历程→引导探索，体会科学思维、科学探究（探索膜结构→结构由成分组成→膜的组成成分相关研究的认识→初步了解“提出假说”→仍需实验验证→成分如何构成膜结构→磷脂分子的认识以及自主构建磷脂分子在膜上的排布情况→蛋白质排布情况→静态膜结构的局限性→流动性相关实验）→归纳总结，形成概念。
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2.3 教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
[引入]
[图片展示] 提问学生图中是什么桥？ 港珠澳大桥将海天一色的边界分隔开，控制车辆进出我国香港、珠海、澳门三地，保障了我国两岸一家亲的文化经济和信息交流。这样的功能，与咱们前面所学的细胞膜的功能有些相似。功能由结构决定，我国伟大的建筑师们靠自己的力量，致力于大桥结构的每一个细节才成功修筑这座世界上最长的跨海大桥！那我们今天也来试着靠自己的力量主要以细胞膜为例，致力于生物膜结构的探索、构建！
[集体回答] 港珠澳大桥。
以热门话题提升学生的爱国之情和民族自豪感，激发学生对生物膜结构构建的兴趣。
教师活动 学生活动 设计意图
[新课]
一．生物膜结构的探索历程
[过渡]要探索膜的结构，先要从其组成成分入手。请大家快速阅读教材65页第二段，找出相关实验研究的时间、人物、过程和观点，并完成学案第一表格。 [自主学习] 浏览教材，提取信息。
开始学习模型建构的方法。 [小标题一] 膜的组成成分
[自主学习] 细胞膜的通透性实验 时 间： 科学家： 过 程： 观 点：
[思考] 最初提出膜由脂质组成，是对现象的推理分析还是对膜成分的提取鉴定？ [方法介绍]确实，经过实验观察，同时还结合相关知识——相似相溶原理，即溶于脂质的更易通过，则膜结构与脂质相似，提出膜由脂质组成。这样经过严谨的推理和大胆的想像提出假说的方法，在科学研究中经常使用。 [思考]假说是否还需要进一步的实验和观察来验证和完善？
[展示资料] 细胞膜提取分离和成分分析 时间：20世纪初 实验：科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜主要成分有蛋白质和脂质。
[提问]为何是主要成分？
[自主学习结果展示] 时间：19世纪末
科学家：欧文顿（E.Overton） 过程：易溶于脂质的更易通过细胞膜 观点：膜由脂质组成
[回答]对现象的推理分析。
[回答]需要
[回顾] 教材第三章第一节已经学习过细胞膜的制备实验，已有膜成分相关的知识基础。
[回答]还有少量糖类。
根据科学历史，初步了解假说是怎样提出的。
树立正确的科学思维，科学的严谨性。
联系前后知识点。
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教师活动
学生活动
设计意图
[小标题二] 膜的结构
[过渡] 细胞膜中的化学成分是怎样有机结合构成细胞膜的呢?对此科学家做了相关实验研究。
[展示资料] 两位荷兰科学家实验过程 时 间：1925年 科学家：荷兰科学家
过 程：用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气——水的界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。 [引导性提问] 结合该实验现象，咱们也可以试着提出假说——脂质分子在膜上必然排列为连续的几层？ [提问]大家注意，这里用的是人的红细胞，为何不为了取材方便而用鸡的红细胞呢？
[追问]如果用鸡的红细胞，实验结果仍是恰为2倍还是大于或者小于2倍？ [评价补充]确实，由于鸡的红细胞有其他膜干扰，结果会大于2倍。
[教具展示]折叠纸面积展示
[追问]那你们知道是哪种脂质分子，如何在空气水界面排布开，且面积恰为细胞膜面积的2倍的吗？
它就是我们前面所学的，组成细胞膜的脂质中，最丰富的是……
[知识介绍] 对，正是教材66页介绍的磷脂。现在我们就来一起深入认识它，首先，老师送出一份礼物，亲手为大家作的诗，咏磷，齐读一下，开始！
[教具展示]看，我们将这个娃娃比作一个放大版的磷脂分子，其由甘油、磷酸、脂肪酸等构成，分为头部和尾部两部分。头部因含有磷酸而具有亲水性；尾部由脂肪酸构成，有疏水性。 所以，这样的磷脂分子，老师给每个学习组也准备了几个。要是把它放在空气和水的界面，会怎么排布呢？请大家小组合作，讨论思考这个问题，并将结果排布在学习板的白板面。 请两位同学在黑板上排布。
[阅读] 阅读教材65页正文第三段
[回答]提出假说：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！
[回答]人等哺乳动物成熟的红细胞没有核膜细胞器膜等的干扰，若换为非哺乳动物鸡的红细胞，则会有其他膜干扰。 [回答]大于。
[回答]磷脂。
[齐读]《咏磷》
[小组合作]排布磷脂分子在空气——水界面的分布情况。
由成分又返回结构，环环相扣。
呈现实验研究内容，引发学生思考。 合理运用“提出假说”的科学探索方法。
回顾哺乳动物红细胞这一特例。
教具展示，直观生动的加深学生对两层排布的空间想象。
引发学生回忆细胞膜上的脂质。
通过打油诗和玩偶介绍磷脂，增添学科交流和学生的学习兴趣，多元素刺激学生记忆相关知识，活跃课堂氛围。
检验学生对磷脂的认知，并合作构建模型。
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教师活动
学生活动
设计意图
[过渡]那么磷脂在细胞膜上如何排布呢？细胞膜内侧外侧均为富含水的环境，结合前面科学家所做的实验，应该有这四种排布情况。请大家提出合理的假说，选择哪一种？
[小组合作]那就请大家根据你们提出的假说，将磷脂分子在细胞膜上的排布情况摆放在学习板绿色面。
[过渡] 现在关于细胞膜主要成分之一——磷脂分子的排布情况，大家已经很熟悉了，那膜的另一个成分：蛋白质如何在膜上分布的呢？[自主学习]带着这个问题，请大家自主阅读教材66页第二段，提取相关实验研究的时间、人物、过程、观点，并完成学案第二表格。 时 间： 科学家： 过 程： 观 点：
[追问]罗伯特森提出的观点很快就受到了人们的质疑。
[知识回顾]前面我们已经学过，细胞膜的功能越复杂，膜上的蛋白质种类和数目越多，所以，膜是统一的结构吗？
[过渡]所以，这些不同种类的蛋白质真的对称地全铺在脂质的两侧吗？带着这个问题，请大家认真观看老师制作的微课，了解一项新技术。
[提问]随着技术的进步，我们可以直接地观察到：切开后的细胞膜中，蛋白质是全部镶在磷脂双分子层的两侧吗？ 确实，有的还嵌入或者贯穿其中了。我们就简单概括为：镶嵌。
[扩展介绍] 从此图中可以发现除了蛋白质，还有一些糖类，与蛋白质结合形成糖蛋白，分布在膜的一侧。
[模型构建] 现在就请大家按照新技术处理后观察到的细胞膜更精细的结构图，完善学习板中膜结构的构建。两组选取代表上黑板构建。
[思考讨论]合理做出假说——D [小组合作]小组合作构建磷脂双分子层
[自主学习]阅读教材，完成学案。 [回答]
时间：1959年 人物：罗伯特森 过程：在电子显微镜下观察到细胞膜清晰的暗亮暗三层结构。 观点：膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质组成的静态统一结构。
[回答] 不是
[观看微课] 认识冰冻蚀刻技术，感悟技术的发展。
[回答] 不是
[合作探究] 在磷脂双分子层中加入蛋白质的“镶嵌”模型和糖蛋白的分布。
根据实验现象结合已知知识，提出假说。
由成分入手，进入蛋白质分布的研究。
认识最初观察到的“对称”结构。
应用所学知识推翻科学家的假说。认识到假说的错误性。
体会技术进步对科学研究的推动型。
提出蛋白质的镶嵌结构。
直观介绍各组分构成膜的情况，凸显技术进步的重要性。
小组合作探讨，自主完善膜结构的构建。
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教师活动
学生活动 设计意图
[小标题三] 膜的流动性
[过渡]罗伯特森提出的膜的统一性就被否定了，那么他提的另一个观点：静态，是否合理呢？
比如，前面所学知识：红细胞吸水膨胀，失水皱缩。静态的膜结构可以解释这个实验现象吗？
[引导] 那么大家根据此实验现象，提出什么假说？
[引导] 这样的假说，需要实验来验证，请看科学家们做的实验。
[展示资料] 荧光蛋白标记细胞融合实验 时间：1970年
科学家：弗雷和埃迪登 实验：人鼠细胞融合
[教具演示] ①实验的现象是什么？ ②实验结论是什么？ [展示资料] 除了蛋白质，相关实验还证实了磷脂分子也具有流动性。由此得出结论是？ [学以致用] 所以，现在大家来解决本节最初问题探讨中的疑问：选用塑料、普通布和弹力布哪一种来制备细胞膜的模型最好？ [历程回顾]从19世纪末到1972年膜结构探索历程回顾。 [智慧升华] 1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）通过观察和实验，并站在前面巨人的肩膀上，结合之前的研究成果，提出了什么样的生物膜分子模型并被大多数人所接受。 [回顾思考] 讨论静态模型的局限性。(把生物膜描述为静态的刚性结构，解释不了膜的许多生理功能。)
[回答] 不能。
[回答] 膜具有流动性！
[阅读] 阅读教材67页正文第二段
[观看回答]
①实验的现象是什么？ （两种颜
色的荧光均匀分布。）
②实验结论是什么？ （细胞膜上大多数蛋白质分子是可以运动的。）
[回答] 膜具有流动性。 [形成共识]弹力布。
[回答]流动镶嵌模型。
随着技术进步，假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想像→提出假说→进一步验证完善→不断发展。
让学生自己亲自体会提出假说并验证的科学思维和科学探究方法。
直观呈现相关实验研究。使学生体会膜上蛋白质分子的运动。
由相关实验现象自主得出结论。
通过本节所学知识，自主解决问题。
感受科学探索的历程和相应的科学精神。
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教师活动
学生活动 设计意图
二．流动镶嵌模型的基本内容 [动画演示] 细胞膜的亚显微结构模型
[自学问题] ①生物膜的基本支架是什么？ ②蛋白质分子有哪几种存在形态？ ③膜的结构特点是什么？
[知识巩固] 对应教材封面结合大家自己构建的生物膜结构模型，同桌之间相互抽查，“你指我认”。 [知识提升总结]一起来回顾生物膜的流动镶嵌模型基本内容，膜的基本支架→蛋白质的分布情况→由于磷脂和大多数蛋白质可以运动，膜具有一定的流动性→（细胞）膜的一侧有糖蛋白→有的还有糖脂。 [回溯功能]由此构建的膜的结构模型可以解释对应的功能了吗？仍以细胞膜为例一起来回顾，磷脂蛋白质等组成的细胞膜将细胞与外界分隔开，同时控制着物质的进出。再看细胞膜进行细胞间信息交流的第二种方式——精子与卵细胞的识别，需要借助什么？ [追问]所以糖蛋白分布于膜的内侧还是外侧？ [追问]完成识别后，膜就要融合了，又需要借助……
[阅读] 教材68页
[观察] 三维立体动画演示生物膜的流动镶嵌模型 [小组讨论回答]
①生物膜的基本支架是什么？
[磷脂双分子层。（亲水性头部朝向
两侧，疏水性尾部朝向内侧）] ②蛋白质分子有哪几种存在形态？ [蛋白质分子有的镶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，有的贯穿磷脂双
分子层。]
③体现了生物膜的结构特点具有
流动性。
[互助考核]同桌互相指教材封面或学习板上的生物膜上的各个组分结构，查考对方的掌握情况。
[巩固认知]全面深入掌握膜结构。 [回答]糖蛋白（糖被）。 [回答]外侧。 [回答]膜的流动性。 通过动画演示和直观图片，强化生物膜“流动镶嵌模型”的基本内容。
生生互助，较好地落实本节重点知识的掌握情况。
总结膜结构，凸显重点。
通过贯穿本节学习的细胞膜的例子，使学生充分体会结构与功能相适应的生命观念，同时全面掌握膜结构相关知识。
[延伸训练]
[过渡] 细胞膜的功能不仅仅有此三点，因此我们目前接受的流动镶嵌模型就一定完美吗？
[资料展示]2003年诺贝尔奖颁发予膜蛋白研究者。
[要求]课外继续查阅资料，肩负社会进步科学发展的责任。
[课外延伸]接受生物膜流动镶嵌模型的不完美性。
体会不断探索的精神。
课外查阅资料继续研究探索膜结构。
建立科学探索永无止境的精神，培养生物学核心素养。
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教师活动
学生活动 设计意图
[习题练习]
1、在研究细胞膜的结构和成分时选取人的哪种细胞作为实验的最佳材料（ ） A．神经细胞 B．口腔上皮细胞 C．成熟的红细胞 D．白细胞
2、生物膜具有一定的流动性，对此结构特点的描述最准确的是 （ ） A.整个膜具有流动性 B.膜的基本支架磷脂是静止的，蛋白质分子具有流动性
C.膜的基本支架磷脂和大多数蛋白质分子都具有流动性
D.膜上的蛋白质分子是静止的，磷脂具有流动性
3、变形虫属于单细胞生物，没有固定的外形，可任意改变体型，这一事实说明了（ ） A.细胞膜具有选择透过性 B.细胞膜具有一定的流动性 C.细胞膜具有全透性 D.细胞膜具有保护作用
[回顾作答]
及时检测学生对本节部分知识的掌握情况，锻炼学生的审题、独立思考能力。进一步巩固本节知识的掌握。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
