“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳學(xué)大

【關(guān)鍵詞】 ?結(jié)構(gòu)與功能 假說 技術(shù)

【中圖分類號】 ?G633.91 ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 ?A ? 【文章編號】 ?1992-7711（2019）23-174-02

一、教學(xué)目標(biāo)的確定

根據(jù)高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)，要能簡述“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能”，要求學(xué)生通過細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，理解細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。其中通過細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)的探索歷程的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生認(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，且隨著技術(shù)手段的改進(jìn)，不斷發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)，原有的觀點(diǎn)或理論不斷得到修正。所以本單元的教學(xué)目標(biāo)有三：1.體驗(yàn)科學(xué)家研究細(xì)胞膜的歷程，養(yǎng)成科學(xué)探究的思維方法，幫助學(xué)生提高科學(xué)素養(yǎng)。2.簡述流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。3、說出細(xì)胞膜的成分及其功能。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

1.對細(xì)胞膜的關(guān)注最初是從其功能開始，然后才開始探索其有何成分及與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)。

我們本課的學(xué)習(xí)尊重科學(xué)史實(shí)，按照科學(xué)探究的順序，選取典型材料，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家的探索過程。

2.科學(xué)是一個發(fā)展的過程，在學(xué)習(xí)“探索細(xì)胞膜成分和結(jié)構(gòu)歷程”的教學(xué)中，將第3章第1節(jié)與第4章第2節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行了重組，讓學(xué)生沿著科學(xué)家的探索歷程自主學(xué)習(xí)，逐步構(gòu)建細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的物理模型。

3.本課的設(shè)計(jì)要使學(xué)生明白從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出假說，又通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證和修正假說的科學(xué)方法。同時也使學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步對科學(xué)發(fā)展有至關(guān)重要的作用。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：細(xì)胞膜的功能和流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容

2.教學(xué)難點(diǎn)：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)。

四、教學(xué)過程

（一）細(xì)胞膜的功能

問題導(dǎo)入：鑒別動物細(xì)胞是否死亡常用臺盼藍(lán)染液，用它染色時，死細(xì)胞會被染成藍(lán)色，而活細(xì)胞不會著色。學(xué)生討論：1.為什么活細(xì)胞不能被染色，而死細(xì)胞能被染色？

2.據(jù)此推測，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？

學(xué)生活動：因?yàn)榛罴?xì)胞有細(xì)胞膜，死細(xì)胞的細(xì)胞膜被破壞?？刂莆镔|(zhì)進(jìn)出的功能。

教師繼續(xù)提問：細(xì)胞膜還有其他功能嗎？引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，自己總結(jié)細(xì)胞膜的功能。

老師要對第三個功能（進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流）做出講解，對學(xué)生可能感到疑惑的專有名詞如“胞間連絲”做出說明。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)家對細(xì)胞膜最初的認(rèn)識是來自其功能，本課創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入細(xì)胞膜功能的學(xué)習(xí)。

（二）細(xì)胞膜成分與結(jié)構(gòu)的探索

1.對細(xì)胞膜成分的探索

教師展示【資料1】細(xì)胞膜的通透性實(shí)驗(yàn)

時間：19世紀(jì)末，1895年

人物：歐文頓（E.Overton）

實(shí)驗(yàn)：用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對不同物質(zhì)的通透性不一樣：凡是可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。

教師提問：歐文頓提出了什么假說？

學(xué)生討論：膜是由脂質(zhì)組成的（物質(zhì)的相似相容原理）

教師設(shè)問：然而，這僅是推測，怎樣才能證明其正確呢？

學(xué)生討論：提取和鑒定細(xì)胞膜的化學(xué)組成

設(shè)計(jì)意圖：說明限于當(dāng)時的技術(shù)條件，科學(xué)家從生理功能入手進(jìn)行科學(xué)探究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出的假說，還需要實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證

【資料2】細(xì)胞膜提取、分離和成分分析

教師引導(dǎo)：研究細(xì)胞膜的化學(xué)組成，首先要把細(xì)胞膜和細(xì)胞的其他結(jié)構(gòu)分離開。應(yīng)該選用什么細(xì)胞，采用什么方法獲得細(xì)胞膜呢？

材料：人口腔上皮細(xì)胞、豬的成熟紅細(xì)胞、洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞、清水等

學(xué)生討論：豬的成熟紅細(xì)胞，因?yàn)闊o細(xì)胞核和其他細(xì)胞器。植物細(xì)胞有細(xì)胞壁，不選。采用吸水漲破的方法。

教師講述：通過化學(xué)分析，得知組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。展示磷脂分子，磷脂一端為親水性的頭，兩個脂肪酸一端為疏水性的尾，多個磷脂分子在水中總是自發(fā)地形成雙分子層。如何解釋這一現(xiàn)象？同學(xué)們能畫出來嗎？

學(xué)生討論：嘗試構(gòu)建細(xì)胞膜的磷脂雙分子層

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過選擇材料，構(gòu)建磷脂雙分子層，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

老師設(shè)問：同學(xué)們所構(gòu)建的磷脂雙分子層是否正確呢？有沒有實(shí)驗(yàn)來支持呢？引出下面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

【資料3】兩位荷蘭科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)過程

時間：1925年

人物：荷蘭科學(xué)家戈特（E.Gorter）和格倫德爾（F.Grendel）

實(shí)驗(yàn)：用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的兩倍。

教師設(shè)問：根據(jù)磷脂分子的特點(diǎn)，你能解釋單分子層嗎？戈特和格倫德爾會做出什么推斷？

學(xué)生討論：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層。

設(shè)計(jì)意圖：戈特（E.Gorter）和格倫德爾（F.Grendel）的實(shí)驗(yàn)支持了上述的模型構(gòu)建。

教師設(shè)問：構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子有何位置關(guān)系呢？引出下面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)

【資料4】英國學(xué)者的實(shí)驗(yàn)探索

時間：1935年

任務(wù)：英國丹尼利（J.F.Daniclli）和戴維森（H.Davson）

實(shí)驗(yàn)：研究了細(xì)胞膜的張力。他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表面張力明顯低于油——水界面的表面張力。當(dāng)時人們已發(fā)現(xiàn)油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會降低。

教師提問：請你推斷：丹尼利和戴維森會做出怎樣的推測？

學(xué)生討論：可能附有蛋白質(zhì)分子。學(xué)生可以試著構(gòu)建出細(xì)胞膜的物理模型即磷脂雙分子層的表面覆蓋蛋白質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：油滴和磷脂分子有相似性，由此推測磷脂分子表面也可能有蛋白質(zhì)，是可以做這樣類比推理的，但不一定正確。有什么實(shí)驗(yàn)來只支持其假設(shè)呢？引出下面的羅伯特森的實(shí)驗(yàn)。

2.對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索

教師講述：對細(xì)胞膜成分的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的，此外，還有少量的糖類。其中脂質(zhì)約占細(xì)胞膜總質(zhì)量的50%，蛋白質(zhì)約占40%，糖類占2-10%。設(shè)問：脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分是如何組成細(xì)胞膜的呢？

“三明治”結(jié)構(gòu)模型（單位膜模型的提出）

【資料5】20世紀(jì)40年代，曾經(jīng)有學(xué)者推測脂質(zhì)兩邊各覆蓋著蛋白質(zhì)。1959年，羅伯特森（J.D.Robertson）在看到了細(xì)胞膜清晰的暗——亮——暗的三層結(jié)構(gòu)。展示細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的電鏡照片。請問：①羅伯特森提出了什么假說？②討論“三明治”模型的局限性。

學(xué)生討論：蛋白質(zhì)——脂質(zhì)——蛋白質(zhì)，把生物膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：電鏡照片能支持丹尼利（J.F.Daniclli）和戴維森（H.Davson）的推測。但

羅伯特森的假說完全正確嗎？引出單位膜模型不能解釋的問題

教師呈現(xiàn)變形蟲運(yùn)動的動態(tài)圖。設(shè)問：想想細(xì)胞膜是靜止的嗎？

學(xué)生討論：細(xì)胞膜不應(yīng)是靜止的，構(gòu)成細(xì)胞膜的成分應(yīng)該是可以運(yùn)動的。

老師設(shè)問：有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證嗎？引出下面的實(shí)驗(yàn)

【資料6】人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)

提問：用什么方法可以觀察到細(xì)胞膜中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的情況呢？

學(xué)生討論：對細(xì)胞膜上的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)成分進(jìn)行標(biāo)記后觀察。

呈現(xiàn)資料：1970年，科學(xué)家所做的熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。提問：從實(shí)驗(yàn)中得到什么結(jié)論？

學(xué)生討論：細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動的。

設(shè)計(jì)意圖：用融合實(shí)驗(yàn)說明細(xì)胞膜具有流動性。

老師設(shè)問：蛋白質(zhì)分子的膜中的位置如何呢？看的到嗎？引出下面的新技術(shù)。

【資料7】隨著新的技術(shù)手段不斷運(yùn)用于生物膜的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)膜蛋白并不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的蛋白質(zhì)鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。

學(xué)生活動：請?jiān)谏鲜鰧?shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，修正所提出的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型。

設(shè)計(jì)意圖：新技術(shù)手段促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。自然而然的得到流動鑲嵌模型。

1972年，桑格（S.J.Singer）和尼克森（G.Nicolson）提出的流動鑲嵌模型

（三）流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容

教師呈現(xiàn)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型示意圖并講述其內(nèi)容。

學(xué)生觀察示意圖，與自己所構(gòu)建的模型對照，自我評價。

設(shè)問：流動鑲嵌模型是否完美無缺呢？從生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程中，你受到哪些啟發(fā)？

五、教學(xué)反思

本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了細(xì)胞膜的成分和結(jié)構(gòu)的探索過程，通過介紹科學(xué)家反復(fù)的 “實(shí)驗(yàn)——假說——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和修改“的工作，使學(xué)生身臨其境，同時也使學(xué)生領(lǐng)會科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和工作的艱辛，也使學(xué)生懂得實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步在推動科學(xué)發(fā)展中作用。由于在分析典型材料中設(shè)計(jì)了一系列問題，層層遞進(jìn)，并安排了學(xué)生的動手活動，最后的”流動鑲嵌模型“的得出是水到渠成了。

[ 參 ?考 ?文 ?獻(xiàn) ]

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝，主編.《細(xì)胞生物學(xué)》第3版，高等教育出版社83，88，94.

[2]高中生物《分子與細(xì)胞》2019年新教材， 人民教育出版社.

[3]高中生物《分子與細(xì)胞》2007年第2版，人民教育出版社.