《生物膜的流動鑲嵌模型》教學實錄與評析

陳蘭桂 呂鏡珍

本課內容為人教版高中生物必修1《分子與細胞》第4章《細胞的物質輸入和輸出》第二節的內容。本課教學目標為簡述生物膜的結構，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，旨在培養學生善學、篤學、樂學的品質及生命觀念、科學思維和科學探究等學科核心素養。

一、以舊引新，問題導學

師：（課件展示各組學生制作的真核細胞三維結構模型）大家都非常認真地制作了真核細胞的三維結構模型，且完成得都很好。如果老師讓你們再次制作真核細胞的三維結構模型，你會選用塑料袋、普通布和彈力布中的哪一種材料來制作？選擇它的理由是什么？還有其他更好的材料嗎？

生1：我選擇彈力布。因為塑料袋不具有通透性，普通布不具有柔變性，彈力布既具有柔變性又具有一定的通透性。

生2：我覺得可以用玻璃紙，因為它是一種半透膜。

師：其實，選擇什么材料制作細胞膜，與生物膜本身的結構緊密相關。那么生物膜的結構是怎樣的呢？這些結構是怎么被人們發現的？接下來，我們就通過閱讀科學史，去“親歷”科學家的探索歷程。請同學們用4分鐘時間閱讀課本第65—68頁相關內容，然后討論并嘗試解決下列問題。

教師課件出示下列問題：①細胞膜具有哪些成分？②細胞膜成分是如何分布的？③細胞膜的結構具有什么特點？

學生自主閱讀教材內容，同桌之間展開討論。

【評析】點評作業，以舊引新，執教老師的表揚很好地激發了學生的探究興趣。三個導學問題由淺入深，引導學生基于教材進行文本閱讀，培養學生自主學習能力和溝通能力。

二、步步為營，展評提升

（一）生物膜的成分

師：任何物質的結構都體現了其成分間的組合形式。明確某物質的化學成分是認識物質結構的前提。那么，細胞膜的成分是什么呢？當時科學家為什么不直接用化學分析的方法來探究細胞膜的化學成分呢？

生1：限于當時的技術條件，那個時候人們還沒有對細胞膜的結構進行化學分析，科學家們只能從研究細胞膜的生理現象入手，探究其化學組成成分。

師：的確如此，我們看看當時的科學家是如何從生理現象入手來進行探究的。（課件出示資料1有關細胞膜的通透性實驗，以及實驗動態圖，如圖1）現在大家來討論兩個問題：一是資料中的實驗現象是什么？二是歐文頓提出了什么假說？（學生分組討論）誰來說說？

生2：實驗現象是，凡是可以溶于脂質的物質，都比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞;歐文頓提出的假說是，膜是由脂質組成的。

師：觀察非常細致，準確地描述了實驗現象。當時的科學家通過實驗觀察，才有了以上的推理和想象。但是，假說仍需進一步的實驗和觀察來驗證和完善。直至20世紀初，科學家才第一次從哺乳動物的紅細胞中分離出細胞膜，化學分析表明，脂質僅是細胞膜的主要成分之一。那么，細胞膜的主要成分還有哪些呢？請同學們閱讀資料2，教材第69頁基礎題第2題（科學家在實驗中發現：脂溶性物質能夠優先通過細胞膜，并且細胞膜會被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。這些事實說明，組成細胞膜的物質中有 ? ? ?）。

學生通過進一步閱讀資料2，可以得出結論：組成細胞膜的物質中既有脂質也有蛋白質。

（二）生物膜成分的分布狀態

師：研究表明，細胞膜中的脂質主要是磷脂。細胞內外都是有水的環境。那么，磷脂分子是如何排列的呢？請同學們完成教材第66頁的思考與討論第3題（磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。請運用相關化學知識，解釋為什么磷脂在空氣—水界面上鋪展成單分子層，而科學家是如何從這一現象推導出“脂質在細胞膜中必然排列為連續的兩層”這一結論的），通過畫圖來表示磷脂分子的排列。

生1：我們組研究出來的磷脂分子的排列一共有三種情況。（展示本組學習成果，如圖2）

生2：我們組認為磷脂分子的排列方式只有“排列三”這種方式。因為磷脂分子的“頭”部是親水的，“尾”部是疏水的，而且細胞內外都是有水的環境，于是我們猜想，細胞膜的磷脂分子應該是像“排列三”這樣排列，才符合細胞生存環境的要求。

師：點評非常到位！下面我們來看看科學家的實驗結果，請同學們閱讀資料3，教材第65頁第三段。

生閱讀教材中有關兩位荷蘭科學家的實驗;師演示該實驗的動態實驗結果（如圖3），加深學生對細胞膜磷脂分子雙層排列的認識。

師：接下來請閱讀資料4，教材第66頁倒數第二段。羅伯特森在電鏡下觀察到的細胞膜是一種“三明治”結構模型（如圖4）。請大家討論羅伯特森提出的生物膜模型是怎樣的？這個模型有什么局限性？

學生小組討論后得出一致結論：所有生物膜都是由“蛋白質—脂質—蛋白質”三層結構構成的靜態統一結構;該模型的局限性體現在，如果把生物膜描述為靜態的剛性結構，則解釋不了膜的許多生理功能。

師：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做出了新的判斷。（課件展示“資料5”：20世紀60年代，科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中的蛋白顆粒。標本用干冰等冰凍后用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面，實驗結果如圖5）。請同學們仔細觀察示意圖，然后描述蛋白質分子是怎樣排布在細胞膜上的？

生3：蛋白質并非全部平鋪在磷脂雙分子層表面，有的是部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的則貫穿在磷脂兩分子層。