“細(xì)胞膜
——系統(tǒng)的邊界”的復(fù)習(xí)教學(xué)策略

趙廣宇 汪紹鑫 徐 杰

(四川成都市石室中學(xué) 成都 610041)

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

細(xì)胞膜是認(rèn)識細(xì)胞結(jié)構(gòu)的起點(diǎn)，也是理解生物膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)。針對學(xué)生新課學(xué)習(xí)中存在的問題，筆者重新組合教材內(nèi)容，將細(xì)胞膜的組成成分、結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系有機(jī)整合起來，設(shè)計(jì)以構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型和概念模型為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生在復(fù)習(xí)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能等知識的基礎(chǔ)上，理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能特性，為深入理解生物膜系統(tǒng)的知識奠定基礎(chǔ)，并最終樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2 教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

(1) 通過說明細(xì)胞膜的化學(xué)成分，闡明細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和功能特性等，樹立細(xì)胞的“結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一”的生命觀念。

(2) 通過細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、資料分析等，發(fā)展科學(xué)思維。

(3) 通過血檢報(bào)告及資料分析，形成社會責(zé)任。

3 教學(xué)過程

3.1 學(xué)案導(dǎo)學(xué)，簡述化學(xué)組成 教師設(shè)計(jì)問題串： 組成細(xì)胞膜的化學(xué)成分有哪些物質(zhì)？其中主要成分包括哪些物質(zhì)？與細(xì)胞膜功能密切相關(guān)的物質(zhì)是什么？引導(dǎo)學(xué)生回憶細(xì)胞膜的化學(xué)成分，并通過學(xué)生回答問題，發(fā)現(xiàn)存在的知識缺陷，如： 混淆了細(xì)胞成分中脂質(zhì)與磷脂的關(guān)系；遺忘了成分中含有糖類、蛋白質(zhì)與細(xì)胞膜功能的關(guān)系等知識。針對問題，教師通過學(xué)案，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，完善細(xì)胞膜化學(xué)成分的知識體系。其內(nèi)容包括：

(1) 細(xì)胞膜由脂質(zhì)和組成，其中的主要成分是。在組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)中，最豐富，是構(gòu)成動(dòng)物細(xì)胞膜的重要成分。

(2) 細(xì)胞膜表面蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合形成，除此以外，糖類與脂質(zhì)分子結(jié)合形成。

(3) 在細(xì)胞膜行使功能時(shí)發(fā)揮重要作用的物質(zhì)是蛋白質(zhì)，功能越復(fù)雜的細(xì)胞膜，蛋白質(zhì)的越多。

(4) 細(xì)胞膜的成分(能/否)改變，例如

。

3.2 模型建構(gòu)，說明結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 教師提出問題： 細(xì)胞膜的化學(xué)成分如何構(gòu)成其結(jié)構(gòu)的？請繪制細(xì)胞膜的模式圖。學(xué)生在繪制細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的模式圖中(圖1)主要存在的問題是： 不能全面體現(xiàn)蛋白質(zhì)的分布狀態(tài)，或漏繪制糖被和糖脂；在學(xué)生闡述細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型時(shí)主要存在的問題是： 學(xué)生不能用專業(yè)術(shù)語描述磷脂、蛋白質(zhì)分子的排布狀態(tài)；或無法說明磷脂、蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中的作用。針對上述學(xué)生的知識缺陷，教師以問題引導(dǎo)學(xué)生思考： ①磷脂是如何構(gòu)成雙分子層的？并以人體紅細(xì)胞為例，說明磷脂分布特點(diǎn)的生物學(xué)意義。②蛋白質(zhì)分子在磷脂雙分子層中的分布狀況？是否對稱？③糖被的位置？糖脂的位置？

圖1 學(xué)生初次繪制和經(jīng)過修訂后細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模式圖

基于上述問答，學(xué)生進(jìn)一步觀察細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模式圖，結(jié)合閱讀教材，完善知識結(jié)構(gòu)，修改自己繪制的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模式圖。教師通過組織學(xué)生討論、交流問題，結(jié)合學(xué)生回答問題中存在的不足，進(jìn)行點(diǎn)評講解，引導(dǎo)學(xué)生加深對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)——“流動(dòng)鑲嵌模型”的認(rèn)識。

3.3 分析資料，概述結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 教師提出問題： 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)具有什么特點(diǎn)呢？學(xué)生回答： 具有一定的流動(dòng)性，教師追問： 如何通過實(shí)驗(yàn)證明呢？學(xué)生依據(jù)必修1教材P67相關(guān)內(nèi)容，以熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)證明： 細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。教師提示學(xué)生： 該實(shí)驗(yàn)的熒光蛋白只是標(biāo)記了蛋白質(zhì)分子，能否證明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性？學(xué)生思考后認(rèn)為不能證明，但不知如何解決。教師出示資料1，要求學(xué)生分析資料： 科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中首先用熒光物質(zhì)標(biāo)記膜蛋白或脂質(zhì)，檢測其亮度，然后用激光束照射細(xì)胞的某一區(qū)域，使被照射區(qū)域的熒光淬滅變暗形成一個(gè)漂白斑(圖略)。經(jīng)過一段時(shí)間，淬滅區(qū)域亮度逐漸增加，最后被熒光物質(zhì)重新覆蓋，亮度與周圍的熒光強(qiáng)度相等[1]。

學(xué)生通過分析資料中的現(xiàn)象得出： 蛋白質(zhì)分子可以運(yùn)動(dòng)，脂質(zhì)分子也是可以運(yùn)動(dòng)的。教師進(jìn)一步指出： 磷脂分子都是可以運(yùn)動(dòng)的；大多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的，其中少數(shù)起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子是不能運(yùn)動(dòng)的。因此，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是——具有一定的流動(dòng)性。

教師要求學(xué)生列舉能說明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性的生命現(xiàn)象或生理過程，學(xué)生通過討論，總結(jié)出如下情形： ①動(dòng)物細(xì)胞吸水漲大，失水皺縮；②成熟植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原過程；③胞吞和胞吐過程；④動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂后期和末期，細(xì)胞膜向內(nèi)凹陷縊裂過程；⑤受精作用，精子和卵細(xì)胞的融合；⑥突觸小泡與突觸前膜融合，釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程；⑦吞噬細(xì)胞攝取病原體的過程；⑧變形蟲的運(yùn)動(dòng)等。

在學(xué)生厘清細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)知識、構(gòu)建概念圖(圖2)。

圖2 “細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)”概念結(jié)構(gòu)圖

3.4 分析推理，闡明功能特性 教師提問： 基于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，闡明細(xì)胞膜的功能？學(xué)生能回答出教材上列出的3項(xiàng)功能，但是不能從“結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一”生命觀念的角度，闡明細(xì)胞膜的功能。

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生分析研究資料，推斷細(xì)胞膜“控制物質(zhì)進(jìn)出”的功能。

資料2： 用臺盼藍(lán)染色，死的動(dòng)物細(xì)胞會被染成藍(lán)色，而活的動(dòng)物細(xì)胞不著色，這種方法稱為“染色排除法”，是科研上鑒別細(xì)胞死活的常用方法[2]。

資料3： 谷丙轉(zhuǎn)氨酶合成并主要存在于肝細(xì)胞內(nèi)，其細(xì)胞內(nèi)濃度高于血漿中1000～3000倍，血漿中含量極少，只要有1%的肝細(xì)胞壞死，就可以使指標(biāo)增高一倍。因此，血漿谷丙轉(zhuǎn)氨酶被世界衛(wèi)生組織推薦為肝功能損害最敏感的檢測指標(biāo)。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過集體討論，得出： 生物活細(xì)胞能夠阻止細(xì)胞不需要的物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞(資料2)；也能阻止酶等物質(zhì)排出細(xì)胞(資料3)，即控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。

教師提問： 基于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，說明為什么能夠控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞？學(xué)生籠統(tǒng)地回答出： 由磷脂雙分子層和膜蛋白共同決定的，但是無法闡述其原理。

教師講解： 依據(jù)相似相溶原理，磷脂是弱極性分子，CO2等非極性氣體小分子可以通過；同時(shí)磷脂分子是有機(jī)物，甘油等小分子有機(jī)物也可以溶解在磷脂分子中，順濃度擴(kuò)散穿過；水是極性分子，只能部分穿過；而葡萄糖、無機(jī)鹽離子等都是非脂溶性分子，無法直接穿過，需借助載體蛋白透過細(xì)胞膜，載體蛋白自身結(jié)構(gòu)的特異性，決定其只能專一性地轉(zhuǎn)移某一類物質(zhì)(圖略)[1]。所以，細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出的功能，其功能具有選擇透過性的特性，即細(xì)胞膜是選擇透過膜。

教師繼續(xù)提出問題： 大分子物質(zhì)又是依靠什么方式進(jìn)出細(xì)胞呢？原理又是什么？學(xué)生回答： 由于生物膜具有流動(dòng)性，大分子物質(zhì)和顆粒借助胞吞和胞吐的方式，選擇性的通過細(xì)胞膜。

師生共同歸納，構(gòu)建概念圖(圖3)，加深細(xì)胞結(jié)構(gòu)決定功能觀念的認(rèn)識。

其次，教師指出： 正因?yàn)榧?xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，所以細(xì)胞膜就能將蛋白質(zhì)、核酸等生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開，使細(xì)胞成為相對獨(dú)立的系統(tǒng)，從而保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定，具有“將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開”的功能。

第三，梳理具體生理活動(dòng)，提煉“信息交流功能”。教師提問： 細(xì)胞膜使細(xì)胞成為相對獨(dú)立的系統(tǒng)，多細(xì)胞生物體內(nèi)的細(xì)胞之間是否彼此孤立？學(xué)生立即回答： 不是，細(xì)胞之間能進(jìn)行信息交流。

教師呈現(xiàn)下列生理活動(dòng)，要求學(xué)生判斷其信息交流方式： ①胰島A細(xì)胞分泌胰高血糖素促進(jìn)肝細(xì)胞內(nèi)糖原分解；②精子與卵細(xì)胞的識別與融合；③興奮在相鄰神經(jīng)元之間的傳遞；④T細(xì)胞分泌淋巴因子促進(jìn)B細(xì)胞的增殖分化；⑤吞噬細(xì)胞暴露并傳遞抗原給T細(xì)胞。

學(xué)生分析得出： ①③④是通過體液運(yùn)輸方式；②⑤是通過細(xì)胞直接接觸的形式。教師提問： 這些細(xì)胞間的信息交流方式，依賴的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？學(xué)生回答： 糖被(糖蛋白)，作為信息分子的受體，識別并結(jié)合信息分子。

教師追問： 細(xì)胞間的信息交流是否只有這兩種類型？即是否都需要通過細(xì)胞膜表面的受體實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的信息交流？

學(xué)生通過閱讀教材，歸納信息交流的方式有三種： ①通過體液運(yùn)輸傳遞信息，作用于靶細(xì)胞的受體；②通過相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸傳遞信息；③相鄰細(xì)胞之間形成信息通道。其中，第三種方式不依靠細(xì)胞膜表面的受體接收信息。然后，在學(xué)生完成例題的基礎(chǔ)上，教師通過評講，強(qiáng)化學(xué)生對細(xì)胞膜具有信息交流功能的理解。

[鞏固練習(xí)]細(xì)胞的膜蛋白具有物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、免疫識別等重要的生理功能。下列圖中，可正確表示不同細(xì)胞的膜蛋白及其相應(yīng)功能的是( )

3.5 構(gòu)建概念圖，形成知識網(wǎng)絡(luò) 教師引導(dǎo)學(xué)生從分子(成分)→細(xì)胞(結(jié)構(gòu))、從結(jié)構(gòu)→功能這兩個(gè)思維邏輯，小結(jié)本節(jié)課的知識體系，進(jìn)而構(gòu)建本節(jié)的概念圖(圖4)。

圖4 細(xì)胞膜概念結(jié)構(gòu)圖

4 教學(xué)反思

本節(jié)課通過教師設(shè)置具有啟發(fā)性的問題，以問題引導(dǎo)與任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。教師在教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)了包括模型建構(gòu)、資料分析、學(xué)案導(dǎo)學(xué)、閱讀教材等多樣化的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識細(xì)胞膜的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，理解細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的。最后，通過教師引導(dǎo)下的學(xué)生構(gòu)建概念圖，建立起細(xì)胞膜的成分、結(jié)構(gòu)和功能之間的內(nèi)在聯(lián)系，深刻理解相關(guān)概念。通過細(xì)胞膜的復(fù)習(xí)，學(xué)生初步領(lǐng)悟了生物體結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)與功能觀，為復(fù)習(xí)細(xì)胞的其他結(jié)構(gòu)，特別是生物膜系統(tǒng)等知識奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。