“細胞膜的結構與功能”教學設計與案例

王梅霞

1教材分析

1.1地位作用

“細胞膜的結構和功能”是普通高中課程標準實驗教科書生物必修一“分子和細胞”中的內容。本節(jié)課的教學內容是在學習了細胞的化學組成的基礎上進行的，所以學好本節(jié)內容既能幫助學生鞏固前面的知識，又能為學生學習細胞的代謝作好鋪墊，它在教材中起著承上啟下的橋梁作用。因此本節(jié)課在教學中起著至關重要的作用。

1.2主要內容

細胞膜是細胞中必不可少的結構。本節(jié)課主要講述細胞膜的成分和功能。教材首先介紹了細胞膜的成分以及各種成分在膜上的排布方式即細胞膜的結構，并以“積極思維”的方式引出細胞膜的結構特點：具有一定的流動性。其次教材分析了細胞膜的功能；結合學生的實際情況從學生熟悉的事物——房屋人手，討論細胞膜可能具有的功能。緊接著讓學生親自動手通過實驗體驗細胞膜的功能，學習細胞膜的功能。然后自然過渡到學習細胞膜的結構。學習完細胞膜的結構后再進一步認識結構與功能的統(tǒng)一性。

2教學目標及重、難點

2.1教學目標

知識目標：簡述細胞膜的成分和功能。

能力目標：培養(yǎng)學生識別生物圖的能力和分析歸納總結的能力；培養(yǎng)學生依據科學實驗史料建構生物學知識的能力；通過玉米胚的染色實驗，培養(yǎng)學生的動手實驗能力。

情感目標：在學生理解生命活動的物質基礎和結構基礎，建立起生命活動的物質性觀點；樹立結構與功能相適應的觀點。

2.2教學重點和難點

重點：細胞膜的結構和功能。難點：細胞膜的功能；理解細胞膜對于細胞這個生命系統(tǒng)的重要意義。

3教學過程

3.1提出問題，創(chuàng)設情景，引入課題

教師活動：引導學生回顧細胞中糖類、蛋白質、核酸等化學物質的功能，提出問題：如果將細胞中的各種成分按照其在細胞內的比例混合于一容器中，該容器能否完成生命活動?

學生活動：回答相應的問題。

結論：系統(tǒng)不是其組分的簡單堆砌，而是有序的組織在一起形成統(tǒng)一的整體——細胞。

教師活動：展示圖片“細胞的結構模型——細胞屋”，引出課題：“細胞屋的墻壁”即細胞膜的結構和功能。

3.2細胞膜功能的學習

教師活動：(1)引導學生進行類比分析：將細胞屋的外墻即細胞膜和生活中的墻壁相比較，分析細胞膜的功能；作為細胞生命系統(tǒng)的邊界，將細胞膜和國家的海關、邊檢相比較，分析其功能。

(2)展示小詩：是誰，隔開了原始海洋的動蕩。是誰，奏鳴了生命的交響。是誰，為我日夜守邊防。是誰，為我傳信報安康。啊，偉大的細胞膜呀!沒有你，我會是何等模樣!

學生活動：通過類比分析討論細胞膜的功能；通過朗讀小詩體會細胞膜的功能。

師生共同歸納細胞膜的功能。

通過以上分析與討論，學生對細胞膜的功能有了一定的了解。在此基礎上教師指導學生繼續(xù)深入探究細胞膜的功能。

細胞膜功能的實驗探究：玉米種子的染色。

實驗操作：將2種玉米種子沿胚的中心線縱切成2片，同時放入5％紅墨水液中，2min后取出玉米種子切片，放人清水中漂洗，接著觀察并比較縱切面上胚的染色情況。

細胞膜功能的探究：閱讀探究。資料一：小腸絨毛上皮細胞能夠從消化了的食物中吸收葡萄糖，卻很難吸收相對分子質量比葡萄糖小的木糖。資料二：人的紅細胞中的K⁺的濃度比血漿中的K⁺的濃度要高出30倍；紅細胞中的Na⁺的濃度是血漿中的1/6。

提出問題：上述資料內容說明了什么?

資料三：海洋或河流湖泊中存在著很多不同生物種的精子和卵細胞，這些精子與卵細胞并沒有發(fā)生相互結合；免疫細胞吞噬病毒或細菌，而正常情況下并不吞噬自身的細胞；植物傳粉后，同種和不同種的花粉都會落到雌蕊的柱頭上，同種的花粉能萌發(fā)，異種的花粉不能萌發(fā)或萌發(fā)緩慢。

提出問題：細胞如何識別?如何進行信息交流?

通過探究，學生對細胞膜的功能會有更深刻的理解。為幫助學生理解，教師還可播放多媒體視頻和動畫。

設計意圖：創(chuàng)設情境，激發(fā)學生興趣，鍛煉學生自主閱讀，分析、自主實驗的能力。教師注重與現實生活的聯(lián)系，引導學生利用類比的方法解決問題，使學生在現實生活的背景中學習生物學，將抽象知識具體化，加深理解和記憶。

過渡：聯(lián)系蛋白質功能的多樣性是由其結構的多樣性決定的，提出問題：細胞膜的功能是由什么決定的呢?引入下一個問題：細胞膜的成分和結構如何?

3.3細胞膜的成分和結構的學習

教師活動：提供材料，提出問題。

材料一：19世紀末，歐文頓選用500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行了上萬次的研究。發(fā)現凡是易溶于脂質的物質，也容易穿過膜，反之，不容易溶于脂質的物質，也不容易穿過膜。材料二：人的消化液中含有許多能夠水解蛋白質的物質，稱為蛋白酶。用蛋白酶處理細胞膜，會使細胞膜分解。請根據以上資料思考細胞膜在組成上有何特點?

學生活動：閱讀資料，討論細胞膜的組成成分，思考教師提出的問題。

通過閱讀資料學生很容易分析得出細胞膜的組成成分中有脂質和蛋白質，教師可繼續(xù)提出問題將第二章所學的知識和本節(jié)知識緊密聯(lián)系。

追問：膜中的脂質主要是哪一類物質呢?假如分離得到細胞膜的各成分，你用何種方法證明其中含有蛋白質呢?

教師活動：總結細胞膜的組成成分。

設計意圖：學生通過閱讀資料自己推導出細胞膜的成分，能夠加深印象。同時培養(yǎng)學生在關鍵知識之間建立深刻的邏輯聯(lián)系，培養(yǎng)其知識遷移能力。

過渡：細胞膜上的各種成分是如何排列的呢?

繼續(xù)探究：

教師活動：提供資料，提出問題。

材料三：1925年荷蘭科學家高特和格蘭德爾從細胞膜中提取脂質，在水面鋪成單層分子，發(fā)現面積是細胞膜的2倍。

這說明細胞膜上的磷脂是如何排列的?

追問：結合磷脂的分子特點(具有親水的頭和輸水的尾)，假如有很多磷脂分子平鋪在水面將會如何排列呢?細胞膜內外都有水，那磷脂雙分子層又是如何排列的呢?請大家自己在紙上畫一畫。

學生活動：閱讀、思考、討論、繪圖并展示。

過渡：那么膜上的蛋白質又是如何排列的呢?繼續(xù)探究。

教師活動：提供資料并引導學生分析資料。

材料四：1959年羅伯特森用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示出暗－明－暗三層結構，由此提出“三明治”模型。提示：電子顯微鏡下，大分子物質對電子吸收多成像顏色較深；小分子對電子吸收少成像顏色較淺。由此分析照片中的三層結構分別屬于什么物質?

試著繪出細胞膜的“三明治”模型的示意圖。

學生活動：分析討論得出，暗帶應該是大分子的

蛋白質，明帶應該是小分子的磷脂或糖類。教師可引導學生根據糖類在細胞膜中的含量進一步推測明帶的成分為磷脂。繪圖表示細胞膜的“三明治”模型并展示(圖1)。

教師活動：對學生的回答及繪圖進行點評。介紹細胞膜的“三明治”模型的主要內容對羅伯特森的貢獻進行肯定，同時對其不足提出問題。

細胞膜的“三明治”模型的主要內容：細胞膜是由蛋白質_脂質—蛋白質三層結構構成；細胞膜是靜態(tài)的統(tǒng)一結構。

提出問題：隨著科學的發(fā)展，人們發(fā)現膜蛋白并不是全部平鋪于脂質表面的，蛋白質的排列方式到底是怎么樣的?請大家請大家閱讀教材P36第三個自然段，歸納細胞膜成分的排列方式，并試著將前面所繪的“三明治”模型的示意圖加以修改。

學生活動：閱讀，歸納、繪圖并展示(圖2)。

設計意圖：培養(yǎng)學生觀察、比較、分析的能力及利用圖像等形式進行表達的能力；同時，提高學生主動參與學習的積極性。

教師活動：對學生所繪圖像進行點評。提出新的問題：細胞膜是否靜態(tài)的?引出對新問題的探究。

教師指導學生閱讀教材內容：人細胞和鼠細胞為什么能夠融合?引導學生積極思維分析實驗所能說明的問題：膜蛋白是可以運動的。

動畫演示細胞膜蛋白質和磷脂的運動方式(幫助學生理解)。

教師與學生共同歸納細胞膜結構的特點：構成細胞膜的磷脂和蛋白質都可以運動，因此細胞膜具有一定的流動性。

教師提供資料：1972年桑和尼克森根據免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果，提出了“流動鑲嵌模型”。模型的要點：細胞膜的基本骨架是磷脂雙分子層，蛋白質鑲嵌排列于雙分子層上。膜具有一定的流動性。

教師總結：關于細胞膜的結構，從20世紀初開始，科學家通過研究相繼提出了許多假說和模型，直到現在仍然處于發(fā)展、完善階段。仍有許多問題有待我們大家去解決，希望同學們通過自己的努力為將來的膜研究做出貢獻。

本小節(jié)的設計意圖：用心體會科學家的科學發(fā)現過程，不失時機地對學生進行科學態(tài)度、科學方法以及科學思維方式養(yǎng)成的教育；激發(fā)學生的智力參與，、培養(yǎng)其思維的深刻性、獨創(chuàng)性；適度拓展教學內容，使學生在探究學習的過程中深刻體會科學家的思維過程，同時，能夠對自己的推論做出評價。通過對科學史的學習，使學生認識到科學技術呈現日新月異、日臻完善的發(fā)展態(tài)勢，從而培養(yǎng)他們用發(fā)展的眼光看問題。

3.4課堂小結

教師引導學生回顧所學知識，總結知識點之間的聯(lián)系，樹立結構與功能相統(tǒng)一的觀點。

4教后反思

教學設計采取了“指導——探究——完善”的教學模式，該模式的理論依據是智育心理學中的“知識分類學習論”及學習策略中的“深加工學習策略”有關教學理論。教師通過各種形式，不斷地啟發(fā)學生思考，調動學生的學習熱情，充分發(fā)揮其主體性，使學生積極參與到課堂教學之中，并通過自己的努力去解決問題，從而達到真正理解和掌握知識的目的。其中教師起到誘導、點撥、示范的作用，改變了以往由教師講、學生聽的單純的知識傳授為主的教學方式，使學生對有關細胞膜的知識不是呆板地記憶，而是自己主動去學習，學生的學習方法獲得發(fā)展，學習能力得到提高。而且也體現了學生主動進行知識學習、建構的教學理念，使學生的學習能力得到提高。