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

李小玲

摘要 以細(xì)胞膜成分與結(jié)構(gòu)的科學(xué)探究史為主線，以問題為引領(lǐng)，引導(dǎo)學(xué)生提出假說，構(gòu)建模型、修正模型，旨在促進(jìn)學(xué)生主動、合作、探究及可持續(xù)性學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)育人目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)史 物理模型 細(xì)胞膜流動鑲嵌模型

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1教材分析及設(shè)計思路

本節(jié)課是人教版生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》第三章第一節(jié)的內(nèi)容，安排在糖類、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等有機(jī)化合物之后，又是細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)開篇之作，主要包括細(xì)胞膜的功能、對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索、流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容3部分。細(xì)胞膜成分、結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生理解有機(jī)物如何構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促使學(xué)生初步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，同時又是學(xué)習(xí)生物膜系統(tǒng)、物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞方式的基石?？茖W(xué)史的學(xué)習(xí)能夠加深學(xué)生對科學(xué)研究方法和科學(xué)本質(zhì)的理解，使學(xué)生感受技術(shù)發(fā)展在科研中的作用，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，是涵育學(xué)生生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的極佳素材。

本節(jié)課運(yùn)用科學(xué)史和模型建構(gòu)相結(jié)合的教學(xué)策略，以細(xì)胞膜成分與結(jié)構(gòu)的科學(xué)探究史為主線，以問題為引領(lǐng)，運(yùn)用假說、求證等方法，引導(dǎo)學(xué)生提出假說、構(gòu)建模型、修正模型，旨在促進(jìn)學(xué)生主動、合作、探究、可持續(xù)的學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)育人目標(biāo)。

2教學(xué)目標(biāo)

1通過亞甲基藍(lán)染色法鑒別酵母菌細(xì)胞是否死亡，概述細(xì)胞都由細(xì)胞膜包裹，細(xì)胞膜將細(xì)胞與其生活環(huán)境分開，結(jié)合實(shí)例分析，概述細(xì)胞膜能控制物質(zhì)進(jìn)出，并參與細(xì)胞間的信息交流。

2基于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析科學(xué)史，反復(fù)運(yùn)用假

說、推理、模型與建模、批判性思維等方法，提出細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的相應(yīng)假說，領(lǐng)悟“提出假說”這一科學(xué)方法，提升科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

3通過構(gòu)建模型，深入理解細(xì)胞膜流動鑲嵌模型，通過對細(xì)胞膜成分、結(jié)構(gòu)和功能的分析，體會細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，樹立結(jié)構(gòu)與功能觀，發(fā)展生命觀念。

4通過分析脂質(zhì)體運(yùn)載藥物原理，培養(yǎng)社會責(zé)任素養(yǎng)。

3教學(xué)過程

3.1展示實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)入新課

教師將顯微鏡與一體機(jī)連接，演示“亞甲基藍(lán)染色法鑒別酵母菌細(xì)胞死活”實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析“死細(xì)胞會被染成藍(lán)色，活細(xì)胞不著色”。學(xué)生據(jù)此，推測細(xì)胞膜（質(zhì)膜）的功能。教師由此引出本節(jié)課題并學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的3種功能及實(shí)例。

設(shè)計意圖：教師以顯微鏡、一體機(jī)等裝備為載體，利用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，為學(xué)生運(yùn)用觀察法搭建平臺，迅速調(diào)動學(xué)生探究的熱情、學(xué)習(xí)的欲望，使學(xué)生直觀感受并理解“細(xì)胞膜能將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開”這一功能，并為細(xì)胞膜其他功能的學(xué)習(xí)做鋪墊。

3.2史料求證，構(gòu)建模型

科學(xué)家對生物膜成分與結(jié)構(gòu)的探索歷經(jīng)百余年時間，教師引導(dǎo)學(xué)生按時間順序重溫科學(xué)家的探究過程，使學(xué)生體驗(yàn)“資料分析—提出假說—資料分析—驗(yàn)證假說—得出結(jié)論”的科學(xué)思維過程，自主探究細(xì)胞膜的成分及結(jié)構(gòu)，構(gòu)建相關(guān)模型（圖1），從而鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動手能力，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識，使學(xué)生在實(shí)踐中獲取知識、在建模中領(lǐng)悟科學(xué)精神、發(fā)展科學(xué)思維。

3.2.1構(gòu)建單個磷脂分子模型

教師提供歐文頓實(shí)驗(yàn)的資料。學(xué)生分析后，提出假說：細(xì)胞膜中可能存在脂質(zhì)。接著，教師提供科學(xué)家開展的細(xì)胞膜的化學(xué)成分分析的資料。學(xué)生通過分析資料，驗(yàn)證假說，得出結(jié)論：脂質(zhì)是細(xì)胞膜的成分，其中磷脂最豐富，介紹磷脂分子結(jié)構(gòu)。

教師為學(xué)生提供若干直徑2cm的泡沫球（表征磷脂頭部）、毛根鐵絲（表征磷脂尾部），要求每個學(xué)生構(gòu)建2個磷脂分子物理模型（圖2）。

設(shè)計意圖：學(xué)生在問題引導(dǎo)下分析科學(xué)史料，體驗(yàn)提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、得出結(jié)論的科學(xué)思維方法，從而為后續(xù)教學(xué)過程中應(yīng)用“提出假說”這一科學(xué)方法鋪路奠基，同時培養(yǎng)獲取證據(jù)的能力。構(gòu)建物理模型活動遵循由易到難、人人參與的設(shè)計思路，教師首先讓每個學(xué)生構(gòu)建兩個磷脂分子，不僅符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也可以作為后續(xù)模型建構(gòu)的材料。

3.2.2構(gòu)建磷脂雙分子層模型在學(xué)生認(rèn)識到磷脂分子結(jié)構(gòu)特征后，教師提出問

題：1畫出磷脂分子在空氣-水界面上的分布;2攪拌水面可使磷脂分子形成球體，畫出球體的平面圖。學(xué)生思考后，提出假說：細(xì)胞膜中的磷脂分子排列為兩層。教師提供戈特和格倫德爾實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分析資料，驗(yàn)證假說，得出結(jié)論：細(xì)胞膜上的磷脂分子為連續(xù)的兩層。

學(xué)生利用細(xì)鐵絲（用于固定泡沫球）、牙簽（用于支撐）、及活動1中構(gòu)建的磷脂分子，8人一組合作構(gòu)建磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)模型（圖3）。

設(shè)計意圖：教師設(shè)計問題串，逐步加深學(xué)生的思維含量，實(shí)現(xiàn)知識的深度學(xué)習(xí)。學(xué)生先分析磷脂單分子層的分布，搭建通往構(gòu)建磷脂雙分子層模型的橋梁。

3.2.3構(gòu)建細(xì)胞膜三層結(jié)構(gòu)模型

教師提供丹尼利和戴維森實(shí)驗(yàn)的資料。學(xué)生據(jù)此，提出假說：細(xì)胞膜成分有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。接著，教師提供羅伯特森實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分析資料，驗(yàn)證假說，得出結(jié)論：細(xì)胞膜由“蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

學(xué)生利用太空泥制作蛋白質(zhì)分子，在活動2的基礎(chǔ)上小組合作構(gòu)建細(xì)胞膜暗-亮-暗結(jié)構(gòu)模型（圖4）。

設(shè)計意圖：教師精簡整合科學(xué)史，便于學(xué)生短時間內(nèi)提取關(guān)鍵信息，提高課堂效率。建?；顒拥脑O(shè)置是逐步推進(jìn)的，由磷脂分子到磷脂雙分子層，再到細(xì)胞膜暗-亮-暗結(jié)構(gòu)模型，每個環(huán)節(jié)間聯(lián)系緊密，層層遞進(jìn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生揭開細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的神秘面紗。

3.2.4修正模型

教師提出問題：細(xì)胞膜是否為靜止的？學(xué)生能夠想到用變形蟲運(yùn)動反駁細(xì)胞膜為靜態(tài)這一觀點(diǎn)，進(jìn)而提出假說：細(xì)胞膜具有流動性。教師展示人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析后得出結(jié)論：細(xì)胞膜具有流動性。通過閱讀冰凍蝕刻技術(shù)研究細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)分布的資料，學(xué)生形成新知：蛋白質(zhì)鑲、嵌、橫貫磷脂雙分子層。

學(xué)生合作修正活動3中構(gòu)建的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型（圖5）。

設(shè)計意圖：修正模型可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、深化學(xué)生的證據(jù)意識，也讓學(xué)生體會科學(xué)道路從無坦途。修正后的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型作為流動鑲嵌模型的基礎(chǔ)，既可以重復(fù)利用，又能讓學(xué)生在不斷建模、修正模型的過程中體會科學(xué)是一個不斷繼承和發(fā)展的過程，科學(xué)的發(fā)展離不開技術(shù)的革新，也離不開眾多科學(xué)家的不斷探索，以此深化學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解。

3.2.5完善流動鑲嵌模型

教師提醒學(xué)生：隨著對細(xì)胞膜的深入研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜主要有脂質(zhì)和蛋白質(zhì)構(gòu)成，還有少數(shù)糖類。并將提前準(zhǔn)備好利用六角形紙片和鐵絲制作的糖鏈裝于信封中，每小組分發(fā)1個糖鏈。

學(xué)生合作，利用糖鏈（六角紙片代替，每組發(fā)1條）完善細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型（圖6）。

設(shè)計意圖：每小組發(fā)放1條糖鏈的目的是讓學(xué)生自己想象糖鏈的連接部位，利于學(xué)生理解糖蛋白和糖脂的含義，也為講解糖鏈只位于細(xì)胞膜外側(cè)作鋪墊。結(jié)合糖被與細(xì)胞間信息傳遞的聯(lián)系、細(xì)胞膜的流動性與單細(xì)胞生物依靠膜的流動性完成生命活動的聯(lián)系，不斷強(qiáng)化學(xué)生的生命觀念，促使學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

3.3梳理知識，總結(jié)提升

學(xué)生經(jīng)過一系列的建?；顒?，細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型已然呈現(xiàn)在眼前。學(xué)生結(jié)合教材，自主學(xué)習(xí)，結(jié)合模型展示學(xué)習(xí)成果。教師引領(lǐng)學(xué)生梳理知識，構(gòu)建細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的知識框架圖（圖7）。

設(shè)計意圖：歷經(jīng)一系列的建?；顒?，學(xué)生跟隨科學(xué)家的腳步終于揭開了細(xì)胞膜流動鑲嵌模型的面紗。流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容作為本節(jié)課重點(diǎn)知識，是學(xué)生理解細(xì)胞膜功能的重要理論支撐。對該部分內(nèi)容的梳理與講解可以幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀。教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建細(xì)胞膜相關(guān)知識框架圖，挖掘知識間的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)化知識的整體觀意識，讓本節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容躍然紙上，讓學(xué)生思維認(rèn)知更加系統(tǒng)。

3.4聯(lián)系社會，關(guān)注生命

教師介紹：脂質(zhì)體作為藥物運(yùn)輸載體，具有良好的靶向性和生物相容性。學(xué)生分析，得出：親水性化合物包埋在脂質(zhì)體的水性核心，而親脂性藥物鑲嵌于脂質(zhì)疏水雙層中。教師補(bǔ)充：脂質(zhì)體的運(yùn)用緩解了許多病患癥狀，減輕了病患的不良反應(yīng)，但其研究仍存在諸多待解決的問題，如成本高、靶向性不足、不夠穩(wěn)定等。相信這個問題會隨著技術(shù)的革新逐步解決，希望同學(xué)們將來能貢獻(xiàn)自己的一份力量。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生分析脂質(zhì)體的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識向?qū)嵺`應(yīng)用能力的轉(zhuǎn)化，呼吁學(xué)生關(guān)注生命，促使學(xué)生認(rèn)可“知識就是力量，知識的更新是為人類謀幸福的橋梁”。教師介紹脂質(zhì)體研究中存在的問題，使學(xué)生體會科研無止境，感受科學(xué)本質(zhì)。教師表達(dá)對學(xué)生的殷切期望，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感，喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)使命感。

4教學(xué)反思

本節(jié)課不僅注重引導(dǎo)學(xué)生親歷知識的形成過程，還抓住點(diǎn)滴機(jī)會滲透生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生進(jìn)行有深度的學(xué)習(xí)。學(xué)生跟隨科學(xué)家的腳步，逐步了解細(xì)胞膜的成分及結(jié)構(gòu)，符合認(rèn)知規(guī)律，加深對科學(xué)本質(zhì)的理解。邏輯連貫又層層遞進(jìn)的模型建構(gòu)活動使學(xué)生親自探明了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了思維的連貫發(fā)展，參與了知識的形成過程。教師引導(dǎo)學(xué)生梳理構(gòu)建細(xì)胞膜知識脈絡(luò)圖，使知識更系統(tǒng)，利于學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，發(fā)展生命觀念。脂質(zhì)體的介紹促使學(xué)生解決真情實(shí)境中的新問題，實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化和遷移，潛移默化地喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)使命感，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)：

李秀英，曾凡等.脂質(zhì)體藥物遞送系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].中國新藥雜志，2014，23（16）：74-81.

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