以進(jìn)化為主線帶動“細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)”復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

嚴(yán)黎煒 （上海市曹楊第二中學(xué) 上海 200062）

1 教學(xué)內(nèi)容

課程標(biāo)準(zhǔn)一直倡導(dǎo)生物學(xué)教育要提高學(xué)生的生命科學(xué)素養(yǎng)。縱觀最近幾年高考也都有對細(xì)胞膜、細(xì)胞器和細(xì)胞核等基礎(chǔ)知識的考查，并兼顧檢測對復(fù)雜問題的理解程度和生命科學(xué)思維表達(dá)能力。本節(jié)課主要注重基礎(chǔ)即細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)，是對細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能學(xué)習(xí)之后延伸性的一節(jié)復(fù)習(xí)內(nèi)容，包括：細(xì)胞的膜的功能；生物的膜結(jié)構(gòu)和功能聯(lián)系、生物膜系統(tǒng)的概念。通過生物的進(jìn)化，建立具膜結(jié)構(gòu)相關(guān)各個(gè)概念和知識之間的聯(lián)系，提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識的能力，理解生物進(jìn)化的最終結(jié)果是適應(yīng)，同時(shí)培養(yǎng)生物的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的辯證思想。教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 以進(jìn)化為主線帶動“細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)”教學(xué)設(shè)計(jì)圖

2 學(xué)情分析

學(xué)生在高中生物學(xué)新課部分已經(jīng)對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能有了比較基礎(chǔ)的認(rèn)識，但部分內(nèi)容可能掌握不夠扎實(shí)，且對細(xì)胞各結(jié)構(gòu)的理解比較孤立，本次專題復(fù)習(xí)任務(wù)就是要讓學(xué)生在先前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上將細(xì)胞各結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系在一起。在復(fù)習(xí)階段，學(xué)生具備一定的歸納總結(jié)能力，也對進(jìn)化論等觀點(diǎn)了解于心。本節(jié)課的內(nèi)容重在分析和聯(lián)系，因此，在教學(xué)過程中教師應(yīng)盡量拋出問題，一步步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，并通過歸納總結(jié)建立知識的聯(lián)系，構(gòu)建知識框架。2017年是上海市高考第1次進(jìn)行等級考試，等級考試要求學(xué)生對概念理解比較扎實(shí)，強(qiáng)調(diào)對知識的理解和運(yùn)用，因此復(fù)習(xí)時(shí)教師補(bǔ)充了一些情境資料。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）知識目標(biāo)：①知道細(xì)胞膜的存在意義；②知道核膜的存在意義；③理解細(xì)胞的生物膜結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系；④理解細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的概念；⑤知道細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)在生命活動中的作用。

2）能力目標(biāo)：①了解生物進(jìn)化過程中形態(tài)和功能相適應(yīng)；②認(rèn)識分泌蛋白的形成和分泌過程，學(xué)習(xí)膜在功能上的聯(lián)系；③通過分析歸納，總結(jié)出細(xì)胞是一個(gè)統(tǒng)一整體的結(jié)構(gòu)，細(xì)胞完整才能完成各種生命活動。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：①領(lǐng)會生命物質(zhì)是不斷變化發(fā)展的、結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的等辯證唯物主義基本觀點(diǎn)；②通過學(xué)習(xí)科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法等，進(jìn)一步感悟科學(xué)素質(zhì)的本質(zhì)精神；③感悟生命的精巧和獨(dú)特，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)和分析思考的能力。

4 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

1）教學(xué)重點(diǎn)：理解細(xì)胞的生物膜結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。

2）教學(xué)難點(diǎn)：①理解細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)的概念；②理解細(xì)胞的生物膜結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系；③理解細(xì)胞的生物膜功能之間的聯(lián)系。

5 教學(xué)過程

5.1 引入進(jìn)化樹 先讓學(xué)生觀看圖2，由“生物是如何進(jìn)化的”，引出問題：細(xì)胞如何出現(xiàn)？學(xué)生已知構(gòu)成生物體的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)和核酸，這些大分子需要構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，必然需要有類似細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)以“隔離”外界環(huán)境。

圖2 生物進(jìn)化圖

5.2 細(xì)胞膜的存在意義 細(xì)胞與外界環(huán)境“隔離”以后，如何與外界進(jìn)行物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)換？請學(xué)生從細(xì)胞膜存在的意義回答細(xì)胞膜的作用（保護(hù)細(xì)胞、物質(zhì)交換和信息交流），并分別舉例說明。教師出示細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)示意圖，細(xì)胞膜的功能與成分有關(guān)，主要成分是磷脂分子與蛋白質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)不同細(xì)胞膜上的磷脂分子基本相同，而蛋白質(zhì)各有不同。補(bǔ)充資料：熒光抗體免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證明膜蛋白的流動性，教師講解實(shí)驗(yàn)過程，引出細(xì)胞膜的作用與半流動性有關(guān)，為后面了解各個(gè)膜之間的聯(lián)系打下基礎(chǔ)；同時(shí)補(bǔ)充關(guān)于細(xì)胞膜半流動性的習(xí)題：根據(jù)對細(xì)胞膜進(jìn)行熒光淬滅與恢復(fù)的速率可以推測出什么？

5.3 核膜的存在意義 真核細(xì)胞和原核細(xì)胞都有細(xì)胞膜，但原核細(xì)胞沒有核膜。復(fù)習(xí)原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提醒學(xué)生，DNA復(fù)制、mRNA的轉(zhuǎn)錄與蛋白質(zhì)的翻譯在時(shí)空上沒有分隔，可同時(shí)進(jìn)行。提問：這些特點(diǎn)有什么優(yōu)勢？學(xué)生回答：加快了繁殖速度。追問：真核細(xì)胞有核膜的意義是什么？讓學(xué)生討論后得出，真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯在2個(gè)不同場所進(jìn)行，因此需要核膜分開，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行,由于真核細(xì)胞DNA有內(nèi)含子和外顯子，且mRNA還要分步進(jìn)行處理，mRNA出核孔后再到核糖體上進(jìn)行，雖然速度變慢，但是更加精確。可見，從進(jìn)化角度來說，具有真核細(xì)胞的生物更加高等，需要產(chǎn)生更多種類蛋白質(zhì)，生物體也更復(fù)雜，以利于適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境。

5.4 線粒體和葉綠體雙層膜的來源和存在意義

真核生物的細(xì)胞器有很多種，有的沒有膜，有的有單、雙層膜，互相協(xié)作。教師出示線粒體和葉綠體的結(jié)構(gòu)圖，請學(xué)生回答兩者的作用；再補(bǔ)充資料：線粒體、葉綠體的內(nèi)膜和外膜存在明顯的性質(zhì)和成分差異。外膜與真核細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)具有性質(zhì)上的相似性，可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體融合溝通；而它們的內(nèi)膜則與細(xì)菌質(zhì)膜相似，內(nèi)陷折疊形成細(xì)菌的間體、線粒體的嵴和葉綠體的類囊體。在膜的化學(xué)成分上，線粒體和葉綠體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)/脂質(zhì)比遠(yuǎn)大于外膜，接近于細(xì)菌質(zhì)膜的成分［1］。

教師提問：為何線粒體和葉綠體是雙層膜？請學(xué)生嘗試?yán)蒙鲜鲑Y料，從進(jìn)化角度分析。待學(xué)生討論后，教師總結(jié)歸納：真核細(xì)胞是由原核細(xì)胞進(jìn)化而來的，這是生物學(xué)家的基本共識［2］。內(nèi)共生起源學(xué)說認(rèn)為，線粒體和葉綠體分別起源于原始真核細(xì)胞內(nèi)共生的行有氧呼吸的細(xì)菌和行光能自養(yǎng)的藍(lán)細(xì)菌。這些膜的特性都暗示線粒體和葉綠體的內(nèi)膜起源于最初的原核細(xì)胞，例如呼吸細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌的本身質(zhì)膜；而外膜則源于它們的宿主，即被吞噬進(jìn)入真核細(xì)胞時(shí)由細(xì)胞膜包被形成。學(xué)生一定會感嘆生物進(jìn)化的神奇，并引出進(jìn)入真核細(xì)胞的線粒體又如何與其他細(xì)胞器進(jìn)行聯(lián)系？

5.5 生物膜之間有結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系 各個(gè)細(xì)胞器之間是有聯(lián)系的，且真核細(xì)胞的核膜和細(xì)胞膜也會與這些結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，資料表明，從進(jìn)化角度來說，它們都有可能來源相同。實(shí)際上，它們有直接相連和間接相連，直接相連就是2種具膜生物結(jié)構(gòu)直接接觸產(chǎn)生的聯(lián)系，包括核膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜之間的聯(lián)系、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和細(xì)胞膜之間的聯(lián)系。間接相連通過具膜細(xì)胞結(jié)構(gòu)出芽或內(nèi)陷形成小泡相連，主要是高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞膜之間的聯(lián)系，如圖3。

圖3 生物膜之間有結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系

5.6 生物膜在功能上具有一定的連續(xù)性 滬科版的教材內(nèi)容本部分相對較少，可補(bǔ)充人教版資料：科學(xué)家在豚鼠的胰腺腺泡細(xì)胞中注射3H標(biāo)記的亮氨酸，3 min后，被標(biāo)記的氨基酸出現(xiàn)在附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中；17 min后，出現(xiàn)在高爾基體中，117 min后，出現(xiàn)在靠近細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的囊泡中，以及釋放到細(xì)胞外的分泌物中［3］。請學(xué)生分析該現(xiàn)象說明了什么？教師總結(jié)后說明：物質(zhì)從核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細(xì)胞膜，如圖4。

圖4 生物膜在功能上的連續(xù)性

再用一個(gè)資料題進(jìn)行鞏固。資料題：教師家里養(yǎng)了幾條蠶寶寶，研究發(fā)現(xiàn)蠶的絲腺細(xì)胞在5齡初期主要是細(xì)胞自身增大，這時(shí)細(xì)胞質(zhì)中的核糖體多為游離型，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)很貧乏，此時(shí)蠶并不會吐絲結(jié)繭；但到5齡后半期，腺細(xì)胞開始大量分泌絲心蛋白時(shí)，則核糖體都與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成發(fā)達(dá)的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。提問：上述事實(shí)說明什么？學(xué)生思考就會發(fā)現(xiàn)分泌蛋白和非分泌蛋白產(chǎn)生的所參與的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有所不同，此題目的是讓學(xué)生對新情境能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決問題。

5.7 生物膜系統(tǒng)的概念和作用 從前面所講的生物膜在結(jié)構(gòu)和功能上是有聯(lián)系的，引出生物膜系統(tǒng)的概念，生物膜包括細(xì)胞膜、核膜和各種細(xì)胞器膜，它們的化學(xué)成分相似，基本結(jié)構(gòu)大致相同，實(shí)際上進(jìn)化的來源也相似，統(tǒng)稱為生物膜。例題分析如圖5。

圖5 生物膜在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系

教師在課堂上可根據(jù)學(xué)生反應(yīng)，靈活機(jī)動地利用圖5提出各類問題，可以填空、選擇、描述，滿足學(xué)生的個(gè)性化需求；并適時(shí)總結(jié)生物膜系統(tǒng)在生命活動中的作用：

①細(xì)胞膜使細(xì)胞具有一個(gè)相對穩(wěn)定的環(huán)境，同時(shí)在進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸、能量交換和信息傳遞過程中起決定作用。

②細(xì)胞中許多重要的化學(xué)反應(yīng)都是在生物膜上進(jìn)行的。

③細(xì)胞內(nèi)的生物膜將細(xì)胞分隔成一個(gè)個(gè)小室，這樣使得多種化學(xué)反應(yīng)能夠同時(shí)進(jìn)行而互不干擾，保證了生命活動高效、有序進(jìn)行。

最后再補(bǔ)充2015年上海市高考第35題：在以下細(xì)胞結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)確挑選出相關(guān)結(jié)構(gòu)并用單向箭頭“→”寫出構(gòu)成染色體的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的翻譯及運(yùn)輸路徑……學(xué)生必然會用剛才所學(xué)知識，輕松將各個(gè)結(jié)構(gòu)用箭頭聯(lián)系起來。學(xué)生不僅學(xué)以致用，也體會到了進(jìn)化的力量、生命的復(fù)雜性和獨(dú)特性。

6 教學(xué)反思

本節(jié)課的設(shè)計(jì)從進(jìn)化樹引入，建立膜系統(tǒng)知識之間的連接，各類材料聯(lián)系生活實(shí)際，提高學(xué)生對知識的應(yīng)用能力等；重點(diǎn)和難點(diǎn)突出，同時(shí)也設(shè)計(jì)了很多問題，各個(gè)知識點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣，并適當(dāng)進(jìn)行了進(jìn)化等方面知識的拓展；課堂教學(xué)不僅僅是講授知識，還應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生感悟科學(xué)素質(zhì)的本質(zhì)精神，并感悟生命的精巧和獨(dú)特，領(lǐng)會生物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。

本課的設(shè)計(jì)既考慮了整體知識框架，又考慮了個(gè)別學(xué)生目前的學(xué)習(xí)狀態(tài)。但在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)，整節(jié)課的容量偏大，部分細(xì)胞的功能和細(xì)胞器的作用無法一一羅列，造成部分學(xué)生對某些知識點(diǎn)掌握不足。應(yīng)適當(dāng)刪減一些內(nèi)容，給學(xué)生更多思考的時(shí)間和空間，更有利于思維品質(zhì)的提升。

［1］翟中和,王喜忠，丁明孝.細(xì)胞生物學(xué).4版.北京:高等教育出版社,2011:108—109.

［2］王金發(fā).細(xì)胞生物學(xué).北京:科學(xué)出版社,2003:24.

［3］朱正威,趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書：生物：必修1:分子與細(xì)胞.北京:人民教育出版社,2007:48.

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