“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計

江西省宜春中學 劉燊元

“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計

江西省宜春中學 劉燊元

“生物膜的流動鑲嵌模型”一節與以往的教材相比，不是平鋪直敘直接講述結果，而是在回顧生物膜發展歷史的同時，引導學生據其因究其果，并歸納總結出生物膜模型建構的基本方法。筆者對“生物膜的流動鑲嵌模型”一節的教學設計如下。

一、教材分析

本節以較多的篇幅介紹了對生物膜結構的探索歷程，并安排了兩個思考與討論，讓學生在認識細胞膜結構的同時，了解這些知識的來龍去脈，認識到可以通過對現象的推理分析提出假說，假說仍然需要觀察和實驗來驗證。隨著技術手段的改進研究不斷發現新的證據，原有的觀點或理論還會不斷得到修正和完善，并歸納總結出生物膜模型建構的基本方法。此外，還應重點理解和掌握生物膜的流動鑲嵌模型，學會運用該模型解釋相應的生理現象。

二、教學目標

1. 知識方面。課程標準中與本節內容有關的具體內容標準是“簡述細胞膜系統的結構和功能”。這項要求包括兩層含義：一是簡述細胞的生物膜系統的概念和功能，二是簡述生物膜的結構。因此本節在知識方面的教學目標可定為“簡述生物膜的結構”。

2. 能力方面。本節內容以細胞膜分子結構的探究歷程為主線，學生動腦分析實驗現象得出實驗結論并構建模型為重點，讓學生們從中體驗科學的實驗思想和實驗方法。因此本節在能力方面的教學目標可定為“嘗試提出問題作出假設”。

3. 情感態度與價值觀方面。本節教材介紹了人類探究生物膜結構的過程和方法，可以加深學生對科學的歷史和本質的認識，特別是這些內容中所體現的結構和功能相統一、技術手段的進步、促進科學的發展等觀點對于學生的情感態度與價值觀領域的發展有重要價值。因此本節在情感態度與價值觀方面的教學目標可定為“探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步所起的作用；探討建立生物膜模型的過程如何體現結構與功能相適應的觀點”。

三、教學過程

首先提出問題。從制作真核細胞三維結構模型的活動入手，提出問題：根據結構與功能相適應的觀點分析，用哪種材料（塑料袋、氣球、普通布、彈力布）做細胞膜，更適于體現細胞膜的功能？讓學生討論，引發學生探究細胞膜結構的好奇心。

引起學生的探究欲望后，如果直接將細胞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。此時可以設計一系列問題，引導學生一步步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索歷程，使學生切身感受到科學的魅力，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，并且加深對科學過程和方法的理解。

細胞膜中的化學組成成分是怎樣有機結合構成細胞膜的呢?其中涉及細胞膜中磷脂的排列方式和蛋白質的排列方式及模型的建構。

此處可以連續設疑，逐個突破。例如，在介紹了磷脂分子的性質后，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？如果脂質體內部有水，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構。

蛋白質分子又是怎樣分布在磷脂雙分子層上的呢？引導學生根據細胞膜的特性以及蛋白質分子的結構推測蛋白質在磷脂分子層上分布的各種可能。

從資料所提供的現象入手，體驗科學家對生物膜結構的探索歷程。在教學過程當中，把科學家已經做的這種工作，或者是科學家觀察到的這種現象，或者他們拿到的一些實驗的結果展示出來。這種展示，不是讓學生去死記硬背而是以它作為一個素材，作為一個情境，讓學生去思考一些問題，然后加入學生的這種思考，加入學生的這種推理、分析和他們的這種創意，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？在這個過程當中，學生不是簡單地記憶、背誦歷史上的一些現象或者一些事件，而是在這個過程中，讓學生去積極主動地去思考并解決問題。

資料1：1895年E.Overton用植物細胞研究細胞膜的通透性。他選取用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行上萬次的研究，發現脂溶性分子易透過細胞膜；而非脂溶性分子則難以通過，說明細胞膜中含有脂質成分。

資料2：1925年，兩位荷蘭科學家E.Goiter和F.Grendel作了丙酮抽提紅細胞膜脂質實驗。將抽提出的脂質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于所用的紅細胞表面積的2倍。說明細胞膜中的脂質必然排列為連續的兩層。

資料3：展示20世紀50年代電子顯微鏡誕生后拍攝的細胞膜結構的電鏡照片。讓學生根據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根據電鏡下觀察到的細胞膜暗—亮—暗的三層結構，提出單位膜結構模型。展示單位膜結構模型的主要內容，并引導學生分析該模型的局限性。此后指出，隨著科學技術的進步，人們從新的實驗現象入手對細胞膜的分子結構作出了新的判斷。

資料4：變形蟲的攝食過程（動畫）。說明細胞膜不是靜態的統一結構。

資料5：展示1970年LD.Frye和H.Edidin的人—鼠細胞融合實驗。說明細胞膜上的蛋白質分子能夠運動。

資料6：1972年S.J.Singer和G.Nicolson提出流動鑲嵌結構模型。

在引導學生層層探究的同時，利用各種教學手段，逐步構建生物膜模型。

在探究的過程中，使用了各種教學手段，如多媒體展示動畫，學生利用作圖的方式將自己推測的細胞膜中的結構表示出來，教師利用投影儀展示學生的推測并進行討論，尤其是教學中又利用自制的分子模型，使得整個教學過程緊緊圍繞教學核心，即逐步引導學生建立磷脂雙分子層模型，并進一步完成蛋白質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。從而讓學生通過自己建立模型，對生物膜的結構有更直觀的認識，并體驗模型的建立過程。