生物膜的流動鑲嵌模型
邢台市第二中學尚雙娥
教學設想 ：
一、調動學生已有的知識和經驗，激發學生的**慾望。
學生在第2章的學習中曾經製作真核細胞的三維結構模型，當時就遇到過用什麼材料做細胞膜的問題。本節課可以從這個問題入手，讓學生從結構與功能相適應的角度分析，用什麼材料做細胞膜，能更好地體現細胞膜的功能。關於這個問題，學生已有的知識是：
細胞膜很薄，是細胞這個生命系統的邊界；細胞膜能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過；植物細胞質壁分離和復原的實驗告訴學生，細胞能夠在一定範圍內漲大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。教材中「問題**」欄目列出了三種材料：塑膠袋、普通布和彈力布，其中塑膠袋只能滿足作為系統邊界的要求，普通布能夠滿足系統的邊界和讓一部分物質透過這兩項功能的要求，只有彈力布能夠滿足上述三項功能的要求。
通過這個問題的討論，學生就會認識到建立細胞膜的結構模型，必須從結構與功能相適應的觀點出發來思考。當然，細胞膜不可能是由彈力布構成的。細胞膜到底具有怎樣的結構，才能使它具有上述功能呢？
這就會引起學生進一步**的興趣。此時可以讓學生討論「問題**」中第二個討論題：「你還能想出更好的材料做細胞膜嗎？
」讓學生更廣泛地調動已有的知識和生活經驗，通過聯想和想像，進行更廣闊和深入的思考，以培養他們發散思維的能力，同時進一步強化**慾望。
二、設計問題串，分析科學家探索生物膜結構的曲折歷程。
引起學生的**慾望後，如果直接將生物膜流動鑲嵌模型的內容告訴學生，學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。因此，設計問題串，引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力，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，並且加深對科學過程和方法的理解。
問題串的設計可參照以下思路。
一種物質或物體的結構，實際上是指其組成成分之間的組合形式。比如細胞的結構是指細胞膜、細胞質、細胞器和細胞核之間的組合形式，氨基酸的結構是指組成它的各種原子之間的組合形式。要弄清一種物質或物體的結構，首先要弄清其組成成分。
那麼，細胞膜的組成成分是什麼呢？（介紹歐文頓的實驗和推論）
歐文頓的推論是否正確呢？細胞膜中除含有脂質外，還有沒有其他成分呢？（介紹科學家的化學分析結果，指出膜主要由脂質和蛋白質組成；分析假說是如何提出的，假說與觀察和實驗證據的關係）
脂質和蛋白質是怎樣形成膜的呢？（介紹兩位荷蘭科學家的實驗，分析脂雙層這一結論的由來）
蛋白質位於脂雙層的什麼位置呢？（簡介20世紀40年代的推測和羅伯特森2023年提出的「三明治」結構模型）
指出「三明治」結構模型的不足，說明細胞膜不應是靜態的剛性的結構，而應當是動態的彈性的結構。
有什麼證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢？（重點介紹螢光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗，指出細胞膜具有流動性；並討論技術的進步在細胞膜研究中的作用，強化結構與功能相適應的觀點）
至此，流動鑲嵌模型已經呼之欲出了。
三、歸納總結，**並重，闡述流動鑲嵌模型的基本內容。
在上述問題串的分析討論之後，可讓學生歸納總結流動鑲嵌模型的基本要點，教師再呈現生物膜的結構模型示意圖，結合該圖闡述流動鑲嵌模型的基本內容。這幅圖呈現的只是生物膜的區域性結構，可讓學生展開想像力，想像乙個近似球形的細胞的細胞膜的三維立體結構。最後可簡介糖被的內容，此內容也可讓學生自己閱讀。
教學目標：
一、 知識與技能
（一）簡述生物膜的結構。
（二）嘗試利用廢舊物製作生物膜模型。
（三）通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發現的一般規律。
二、過程與方法
（一）通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，作出假設，並初步掌握科學研究的方法。
（二）通過製作模型，鍛鍊學生的空間想象力和動手能力。
三、情感態度價值觀
（一）理解在建立生物膜模型的過程中實驗技術的進步所起的作用。
（二）理解在建立生物膜模型的過程中如何體現結構和功能相適應的觀點，進一步確立生物體結構和功能相適應的辯證觀點。
（三）通過科學史的學習，激勵學生學習科學堅持不懈的科學精神和嚴謹細緻的工作作風，培養學生的質疑精神和**意識，使學生懂得人類對事物的認識是不斷深化和完善的，樹立實踐出真知的觀念。
學情分析：學生在第三章的學習中曾做真核細胞的三維結構模型，已經知道細胞膜很薄，細胞膜是最基本生命系統的邊界，控制物質的進出，具有選擇透過性。在第四章第一節的學習中做過植物細胞的質壁分離和復原實驗，已經了解細胞膜具有一定的彈性，這些已有的知識和經驗為本屆奠定了學習的基礎。
高一的學生已經具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善；對事物的探索好奇，又具有盲目性。缺乏目的性，對探索科學的過程和方法及結論的形成還缺乏理性的思考。
教學方法：
一、教法：講述、引導啟發、觀察分析、對比歸納、聯絡例項，可配合多**教學。
二、學法：觀察、閱讀、思考、分析、討論、**
課時安排：1課時
教學過程：
一、 創設情境，匯入新課
教師：由以前製作細胞的三維結構模型的材料引入問題：用哪種材料做細胞膜，更適合於體現細胞膜的功能？
學生：通過三種材料與細胞膜的功能的模擬分析，得出結論：三種材料比較，彈力布更能體現細胞膜的柔變性和一定的通透性，相對好一些。
當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。
教師：有沒有更合適的細胞膜材料？
學生：？
教師：要想知道答案，就要進一步了解細胞膜的結構。
二、師生互動，研究學習
教師：細胞膜很薄，我們看不見摸不著，那麼，我們應如何研究細胞膜的結構呢？
學生：？
教師：細胞膜在結構和功能上是緊密聯絡的，而且細胞膜對物質進出細胞是有選擇性的。為什麼細胞膜能夠控制物質的進出呢？
它與細胞膜的結構有聯絡嗎？細胞膜的組成成分有哪些？結構如何？
又有什麼特殊的結構特點呢？讓我們一起坐上時光飛船去尋找當年科學家的探索足跡。
關於細胞膜的組成成分
（一）歐文頓實驗（學生閱讀）
19世紀末，歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行上萬次實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：可以溶於脂質的物質比不能溶於脂質的物質更容易通過細胞膜。
教師：如果你是歐文頓你會得出什麼結論？
學生：膜是由脂質組成的。
（二） 其他科學家的實驗（學生閱讀）
20世紀初，科學家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，然後用蛋白酶處理。發現細胞膜被破壞。（提示：已知蛋白酶能專一性的催化蛋白質的分解）
教師提問：從中你可以得出什麼結論呢？
學生：細胞膜中含有蛋白質。
三 、教師歸納指導
細胞膜的主要成分是脂質和蛋白質組成，其中含量最多的脂質是磷脂。
關於細胞膜的結構
（一） 磷脂分子的結構與特性
教師首先利用圖示引導學生了解磷脂分子的結構與特性。圖示（略）磷脂分子的結構
教師提問：如果將磷脂分子放於水中結果會怎樣？它的頭部和尾部的位置如何？
學生思考繪圖。圖示（略）。
教師引導：生物膜的內外環境有無水？其上的磷脂分子會如何分布？
學生：（答案可能多樣）
教師：（二） 荷蘭科學家實驗（學生閱讀）
2023年兩位荷蘭科學家用丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣-水面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰好為紅細胞表面積的2倍。
教師：細胞膜中的脂質是怎樣排列的呢？
學生：細胞膜中的脂質分子排列為連續的兩層。
教師：兩層脂質分子（主要是磷脂）應頭對頭，還是尾對尾，還是頭對尾呢？圖示（略）。
學生討論：結論是尾對尾。
教師質疑：蛋白質又會在細胞膜的什麼位置呢？
（三）羅伯特森實驗（教師介紹）
2023年，羅伯特森在電子顯微鏡下看到了細胞膜清晰的暗-亮-暗的三層結構，他結合其他科學家的工作，大膽提出生物膜的模型：所有的生物膜都由蛋白質-脂質-蛋白質三層結構構成，電鏡下看到的中間的亮層是脂質分子，兩邊的暗層是蛋白質分子，生物膜是靜態的統一結構。（羅伯特森的生物膜模型展示）
教師：假如真像羅伯特森所提出的蛋白質是均勻分布在膜兩側，且是靜態膜結構，那麼這能解釋細胞膜複雜的功能嗎？能解釋細胞的生長、植物細胞的質壁分離和復原以及變形蟲的運動嗎？
學生：不能。
教師：隨著新的技術手段不斷運用於生物膜的研究，科學家又進行了更深入的研究。科學家發現當細胞膜斷裂後其斷裂面並不是均勻的。
經研究得知，蛋白質在膜中是不對稱分布的，可以平鋪在脂質表面，還有鑲嵌、橫跨在脂質雙分子層中。
關於細胞膜的結構特點
人鼠細胞融合實驗（學生閱讀）
2023年螢光標記的小鼠細胞和人細胞融合實驗。
教師提問：這個實驗說明了細胞膜有何特點？
學生：細胞膜不是靜止的，而是具有一定的流動性。
教師：那麼現在可以解釋變形蟲的運動了嗎？
學生：略
教師：根據分析的實驗，說說如果你是科學家，你會怎樣描述生物膜？
（學生發言，教師給予一定的引導）
教師：隨著科技的不斷進步，後來又有一些科學家做了相關的研究與觀察，提出了一些關於生物膜的分子結構模型。其中，2023年桑格（和尼克森（g..
nicolson）提出的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。
四、 教師精講
教師總結：（一）磷脂雙分子層構成膜的基本支架。（其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側，疏水性的尾部朝向內側）
（二）蛋白質分子有的平鋪在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。（體現了膜結構內外的不對稱性）
（三）磷脂分子是可以運動的，具有一定的流動性。（其分子的運動有多種形式）
（四）大多數的蛋白質分子也是可以運動的。（也體現了膜的流動性）
（五）細胞膜外表，有一層由細胞膜上的蛋白質與醣類結合形成的醣蛋白，叫做糖被。（糖被與細胞識別、胞間資訊交流等有密切聯絡）
五、 學生分組討論
（一）分析生物膜模型的建立和完善過程，你受到哪些啟示？
（二）生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？
（三）結構和功能是如何相適應的？
學生將討論結果整理歸納，匯報。教師點評。
板書設計生物膜的流動鑲嵌模型
一、 細胞膜的組成成分
（一）脂質，主要是磷脂
（二）蛋白質
二、 細胞膜的結構
蛋白質在膜中是不對稱分布的，可以鑲在、嵌入、橫跨在磷脂雙分子層中。
三、 細胞膜的結構特點
細胞膜不是靜止的，而是具有一定的流動性。
教學反思：（應依實際課堂效果總結）
2010.01
12 第四章第二節細胞膜的流動鑲嵌模型 導學案
第四章第二節生物膜的流動鑲嵌模型 學習目標 簡述生物膜的結構。學習過程 一 對生物膜結構的探索歷程 合作 一 從生理功能入手的科學 1.資料一 時間 19世紀末 1895年 人物 歐文頓 實驗 用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗，發現脂質更容易通過細胞膜。歐文頓的結論是 2.資料二 2...
細胞膜系統的邊界 教學設計
一 設計思路 課題從新課程理念出發，創設情境，以疑激趣，理論聯絡生活實際，以生活常識入手，溫故而知新，引導學生在已有知識背景下主動建構新知識，讓學生認同細胞膜是系統的邊界。為了讓學生有切實的情感體驗，我們給學生提供實驗素材，讓學生通過體驗細胞膜的製備過程。實驗前引導學生進行正確選材，規範實驗操作。當...
「細胞膜的結構與功能」教學設計與案例
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，細胞膜的結構與功能 細胞膜的結構與功能 教學設計與案例 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...