“生物膜的流動鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計

江西省宜春中學(xué) 劉燊元

“生物膜的流動鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計

江西省宜春中學(xué) 劉燊元

“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)與以往的教材相比，不是平鋪直敘直接講述結(jié)果，而是在回顧生物膜發(fā)展歷史的同時，引導(dǎo)學(xué)生據(jù)其因究其果，并歸納總結(jié)出生物膜模型建構(gòu)的基本方法。筆者對“生物膜的流動鑲嵌模型”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計如下。

一、教材分析

本節(jié)以較多的篇幅介紹了對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，并安排了兩個思考與討論，讓學(xué)生在認(rèn)識細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的同時，了解這些知識的來龍去脈，認(rèn)識到可以通過對現(xiàn)象的推理分析提出假說，假說仍然需要觀察和實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。隨著技術(shù)手段的改進(jìn)研究不斷發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)，原有的觀點(diǎn)或理論還會不斷得到修正和完善，并歸納總結(jié)出生物膜模型建構(gòu)的基本方法。此外，還應(yīng)重點(diǎn)理解和掌握生物膜的流動鑲嵌模型，學(xué)會運(yùn)用該模型解釋相應(yīng)的生理現(xiàn)象。

二、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識方面。課程標(biāo)準(zhǔn)中與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是“簡述細(xì)胞膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能”。這項要求包括兩層含義：一是簡述細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的概念和功能，二是簡述生物膜的結(jié)構(gòu)。因此本節(jié)在知識方面的教學(xué)目標(biāo)可定為“簡述生物膜的結(jié)構(gòu)”。

2. 能力方面。本節(jié)內(nèi)容以細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的探究歷程為主線，學(xué)生動腦分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論并構(gòu)建模型為重點(diǎn)，讓學(xué)生們從中體驗(yàn)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法。因此本節(jié)在能力方面的教學(xué)目標(biāo)可定為“嘗試提出問題作出假設(shè)”。

3. 情感態(tài)度與價值觀方面。本節(jié)教材介紹了人類探究生物膜結(jié)構(gòu)的過程和方法，可以加深學(xué)生對科學(xué)的歷史和本質(zhì)的認(rèn)識，特別是這些內(nèi)容中所體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一、技術(shù)手段的進(jìn)步、促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展等觀點(diǎn)對于學(xué)生的情感態(tài)度與價值觀領(lǐng)域的發(fā)展有重要價值。因此本節(jié)在情感態(tài)度與價值觀方面的教學(xué)目標(biāo)可定為“探討在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用；探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)”。

三、教學(xué)過程

首先提出問題。從制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型的活動入手，提出問題：根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)分析，用哪種材料（塑料袋、氣球、普通布、彈力布）做細(xì)胞膜，更適于體現(xiàn)細(xì)胞膜的功能？讓學(xué)生討論，引發(fā)學(xué)生探究細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的好奇心。

引起學(xué)生的探究欲望后，如果直接將細(xì)胞膜流動鑲嵌模型的內(nèi)容告訴學(xué)生，學(xué)生仍會感到枯燥無味，對這個模型也很難理解，這樣又會走上死記硬背的老路。此時可以設(shè)計一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生一步步地分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，宛如親歷科學(xué)家探索歷程，使學(xué)生切身感受到科學(xué)的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，并且加深對科學(xué)過程和方法的理解。

細(xì)胞膜中的化學(xué)組成成分是怎樣有機(jī)結(jié)合構(gòu)成細(xì)胞膜的呢?其中涉及細(xì)胞膜中磷脂的排列方式和蛋白質(zhì)的排列方式及模型的建構(gòu)。

此處可以連續(xù)設(shè)疑，逐個突破。例如，在介紹了磷脂分子的性質(zhì)后，提出問題：將磷脂分子在水面上鋪展成單分子層，磷脂分子的頭尾將如何排布？如果磷脂分子分布在水中它們會怎樣排布呢？如果脂質(zhì)體內(nèi)部有水，那么磷脂分子會怎樣排布呢？最終探索得出磷脂雙分子層的結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)分子又是怎樣分布在磷脂雙分子層上的呢？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)細(xì)胞膜的特性以及蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)推測蛋白質(zhì)在磷脂分子層上分布的各種可能。

從資料所提供的現(xiàn)象入手，體驗(yàn)科學(xué)家對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。在教學(xué)過程當(dāng)中，把科學(xué)家已經(jīng)做的這種工作，或者是科學(xué)家觀察到的這種現(xiàn)象，或者他們拿到的一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果展示出來。這種展示，不是讓學(xué)生去死記硬背而是以它作為一個素材，作為一個情境，讓學(xué)生去思考一些問題，然后加入學(xué)生的這種思考，加入學(xué)生的這種推理、分析和他們的這種創(chuàng)意，然后再一起討論：這樣的一個想法，是不是禁得住推敲？是不是合理？在這個過程當(dāng)中，學(xué)生不是簡單地記憶、背誦歷史上的一些現(xiàn)象或者一些事件，而是在這個過程中，讓學(xué)生去積極主動地去思考并解決問題。

資料1：1895年E.Overton用植物細(xì)胞研究細(xì)胞膜的通透性。他選取用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次的研究，發(fā)現(xiàn)脂溶性分子易透過細(xì)胞膜；而非脂溶性分子則難以通過，說明細(xì)胞膜中含有脂質(zhì)成分。

資料2：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家E.Goiter和F.Grendel作了丙酮抽提紅細(xì)胞膜脂質(zhì)實(shí)驗(yàn)。將抽提出的脂質(zhì)在空氣一水界面上鋪成單分子層，測得其分子所占的面積相當(dāng)于所用的紅細(xì)胞表面積的2倍。說明細(xì)胞膜中的脂質(zhì)必然排列為連續(xù)的兩層。

資料3：展示20世紀(jì)50年代電子顯微鏡誕生后拍攝的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片。讓學(xué)生根據(jù)電鏡照片修正和完善自己提出的假說，然后指出，1959年，J.D.Robertsen根據(jù)電鏡下觀察到的細(xì)胞膜暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)，提出單位膜結(jié)構(gòu)模型。展示單位膜結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容，并引導(dǎo)學(xué)生分析該模型的局限性。此后指出，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們從新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手對細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)作出了新的判斷。

資料4：變形蟲的攝食過程（動畫）。說明細(xì)胞膜不是靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。

資料5：展示1970年LD.Frye和H.Edidin的人—鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。說明細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子能夠運(yùn)動。

資料6：1972年S.J.Singer和G.Nicolson提出流動鑲嵌結(jié)構(gòu)模型。

在引導(dǎo)學(xué)生層層探究的同時，利用各種教學(xué)手段，逐步構(gòu)建生物膜模型。

在探究的過程中，使用了各種教學(xué)手段，如多媒體展示動畫，學(xué)生利用作圖的方式將自己推測的細(xì)胞膜中的結(jié)構(gòu)表示出來，教師利用投影儀展示學(xué)生的推測并進(jìn)行討論，尤其是教學(xué)中又利用自制的分子模型，使得整個教學(xué)過程緊緊圍繞教學(xué)核心，即逐步引導(dǎo)學(xué)生建立磷脂雙分子層模型，并進(jìn)一步完成蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中的分布，最終完成生物膜的流動鑲嵌模型。從而讓學(xué)生通過自己建立模型，對生物膜的結(jié)構(gòu)有更直觀的認(rèn)識，并體驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⑦^程。