全章复习与测试名师课堂实录

《生物膜的流动镶嵌模型》复习课教学设计

一、教学目标

（一）知识目标

1. 简述建立生物膜模型的过程；

2. 描述生物膜的流动镶嵌模型基本内容。

（二）能力目标

1. 分析科学家探究生物膜的科学史，尝试提出假说；

2. 通过观察、讨论和推测，体验科学探究建构生物膜模型的过程。

（三）情感态度和价值观

1. 树立生物结构与功能相适应的生物学观点；

2. 认同实验技术在促进科学发展中的作用；

3. 养成敢于质疑、勇于创新、严谨求实的科学精神，体会科学探究历程的艰辛。

二、教学重难点

（一）教学重点：

1. 分析科学实验，推理、想象构建生物膜的结构模型；

2. 探讨建立生物膜模型的过程中如何体现结构和功能相适应的观点。

（二）教学难点：

1. 磷脂、蛋白质在生物膜上的分布状态；

2. 探讨建立生物膜模型的过程中如何体现结构和功能相适应的观点。

三、教学策略

模型建构是生物教学中的一种重要教学方法，通过模型建构，可以培养学生观察、分析、解决问题的能力以及逻辑推理能力。因此，区别于新授课，在本节复习课中淡化了对流动镶嵌模型内容的阐述和强调，而是通过还原科学家做实验的情景，把对“生物膜结构的探究”划分为三个探究任务来帮助学生理清脉络，侧重引导学生从材料中主动发现问题并分析推理、提出假说，以此来培养学生的模型建构能力和科学思维的发展。其中，在每一个探究环节中紧密依托科学史实，以问题驱动教学，让学生亲历科学家进行探究的过程，体会科学探究历程的艰辛，掌握“推理想象——提出假说——进一步验证完善——不断发展”的科学探究方法并树立“结构与功能相适应”的生物学观点，提高学生的生物科学素养。

由于生物膜结构模型的建构历程比较长，呈现的资料比较多，要在一节课的时间内让学生掌握近两百年来科学家对膜结构的探究过程绝非易事。尤其是蛋白质的分布形式等内容学生理解起来难度大，但这部分内容能很好地反映结构跟

功能的联系，且有助于后续学生对物质运输方式的理解，因此，我通过精心整合教材资料，并适当补充相关的资料，例如蛋白质的亲水性和疏水性，蛋白质和脂质的密度等内容，使教学内容的呈现更有逻辑性，符合学生的认知结构，便于学生理解和接受。

四、教学过程

（一）探究一：细胞膜的组成成分

资料1：19世纪末，欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。

资料2：科学家发现：细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。

问题：结合资料1、2，推测组成细胞膜的物质中有__________。

教师引导学生通过以上事实推测细胞膜的组成成分，提出假说，明确假说的提出不仅需要有大胆的想象，还需通过实验进一步验证才能成为科学结论。进而引出实验证据：

20世纪初，科学家第一次将细胞膜从哺乳动物成熟的红细胞中分离出来，化学分析表明：膜的主要成分是脂质和蛋白质。

（二）探究二：脂质和蛋白质的分布状态

1.

脂质的分布状态

资料3：（教材第66页磷脂分子图）磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，易溶于水；脂肪酸“尾”部是疏水的，不溶于水。

根据磷脂分子的物理性质，围绕以下3个问题分组讨论，构建模型：

（1）将提取的磷脂在空气—水界面中铺开，磷脂分子的头尾将如何排列？

模型建构参考答案如图1：

图1 磷脂分子在空气—水界面中的分布

（2）将提取的磷脂滴注入水中，磷脂分子会如何排列？

模型建构参考答案如图2：

图2 磷脂滴在水中的分布

（3）细胞膜中的磷脂分子是怎样排列的呢？为什么？（提示：细胞内外两侧是怎样的环境？）

模型建构参考答案如图3：

图3

磷脂在细胞膜中的分布形式

在小组讨论的过程中，引导学生通过想象、推理，尝试构建磷脂分子在细胞膜中分布的模型并给出合理的解释。其中，问题1比较简单，经过讨论，几乎所有小组都能准确建构如图1所示模型，而问题2仅有个别小组能够绘制出来，通过选取部分典型的小组模型进行展示、评价、讲解，让学生体会磷脂分子的结构特点，进一步渗透结构与功能相适应的生物学观点。之后，师生共同围绕问题3进行分析、讨论，完善模型建构，并提供科学家曾经做过的实验证据——资料4：1925年，荷兰科学家用丙酮从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍。引导学生分析实验结果，得出“细胞膜是由两层磷脂分子构成”的结论。

2.

蛋白质的分布状态

出示资料5：1959年，罗伯特森利用电镜获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗的三层结构。

提问：推测“暗—明—暗”分别对应什么？

学生猜测：细胞膜的结构模型为“脂质-蛋白质-脂质”。

补充资料6：蛋白质的电子密度高，在电镜下显暗色；磷脂分子的电子密度低，显亮色。

结合资料6，学生不难发现，“暗—明—暗”对应的应是“蛋白质—脂类—蛋白质”。解释“蛋白质—脂类—蛋白质”的三明治模型，并借此让学生体会到假说即使能解释得通也不一定合理，必须通过相应的观察和实验论证才能变成可靠的科学结论。

提问：罗伯特森的“三明治”静态结构模型有什么不足之处?（提示：细胞生活在水溶液中，若细胞膜是由两层蛋白质夹着脂双层构成，那葡萄糖等水溶性的物质如何进入细胞？）

学生推测：脂双层中间应该能存在可以让水溶性物质通过的结构。

补充资料7：构成蛋白质的氨基酸的R基团有的疏水，有的亲水。若蛋白质中带有疏水氨基酸的部分被折叠到蛋白质内部，则使蛋白质表现为疏水；若带有亲水氨基酸的部分暴露在蛋白质分子表面与水接触，则该蛋白质亲水；有的蛋白质部分亲水，部分疏水。

提问：推测细胞膜中的蛋白质分子在空间上可能如何分布? 引导学生根据资料7讨论，完善细胞膜中蛋白质的分布状态。学生不难得出结论：蛋白质可以“镶嵌”、“嵌入”或者“贯穿”磷脂双分子层。同时出示用冰冻蚀刻技术下观察

的切片，据图总结蛋白质的三种分布形式及糖类的存在形式（构成糖蛋白、糖脂），进一步说明，蛋白质在膜中的分布是不对称的，并体会实验技术的进步对科学研究的推动作用。

图4

细胞膜冰冻蚀刻模式图

(三）探究三：脂质和蛋白质的运动状态

播放变形虫的运动、精卵结合的视频动画，让学生直观地感知细胞膜不是静态的刚性结构，而是一个动态的弹性结构，同时也让学生树立结构要与功能相适应的观点。引导学生敢于质疑科学家的观点，发展学生的批判性思维能力。

提问：有什么证据证明细胞膜中的物质是不断运动的呢? 出示资料8：结合教材67页图4-5，图文结合介绍荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验。提问：这种现象说明了什么?从而引出细胞膜具有流动性。进一步对加深细胞膜具有流动性的认识，体会结构和功能的适应性。

（四）总结生物膜结构的探究历程

1.

流动镶嵌模型的基本内容

通过以上一系列的探究和分析，细胞膜的结构已经呼之欲出，结合教材68页图4-6生物膜的结构模型示意图，引导学生从以下方面对流动镶嵌模型的基本内容进行总结：

（1）基本支架：磷脂双分子层

（2）蛋白质的分布形式：“镶嵌”、“嵌入”、“贯穿”

（3）糖类的分布：构成糖蛋白、糖脂，分布在细胞膜的外表面（与细胞的识别有关，进一步加深对“结构与功能相适应”的认识）

（4）膜结构特点：具有一定的流动性，体现在磷脂分子和大多数的蛋白质可以运动，简单介绍几种磷脂分子的运动方式：

图5

磷脂分子的运动方式

注：①侧向扩散

②旋转运动

③摆动运动

④伸缩震荡

⑤翻转运动⑥旋转异构

2.

讨论实验技术的进步对科学研究的作用

纵观生物膜结构的探究过程，学生各抒己见，讨论实验技术的进步起到怎样的作用。

（五）生物膜的结构模型在发展

展示资料9（教材74页科学前沿）：2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究细胞膜的美国科学家阿格雷和麦金农，以表彰他们研究细胞膜通道蛋白（水通道、离子通道）方面所做的贡献。

一方面回应前面学生对“脂双层中存在可以让水溶性物质通过的区域”的推测，体会推理成功的喜悦；另一方面，也是让学生进一步体会随着技术的发展，我们对生物膜的认识不断深入，明白人类对科学的探究是永无止境的。

五、习题巩固

1.

胞膜的结构特点是具有一定的流动性，下列实例中能反映该特点的是（

）

①高尔基体形成的囊泡与细胞膜融合

②变形虫能伸出伪足

③吞噬细胞吞噬病菌

④分泌蛋白的运输过程

⑤核糖体中合成的蛋白质进入到细胞核内

A.①②④

B.②③④

C.①②③④

D.①②③④⑤

2.如图所示为细胞亚显微结构模式图，下列有关叙述错误的是(

)

A．①表示细胞膜外面有些糖类分子与膜蛋白结合为糖蛋白

B．②和③大都是可以运动的，且膜功能的复杂程度主要由②决定

C．③构成细胞膜的基本支架，与物质进出无关

D．细胞膜为细胞的生命活动提供相对稳定的内部环境

参考文献：

[1]

翟中和,王喜忠等．细胞生物学[M].北京: 高等教育出版社，2007:83-96. [2]

陈阅增.普通生物学[M]北京: 高等教育出版社，2002:23-25. [3]

夏焦兵.“生物膜的流动镶嵌模型”单元式教学设计[J].生物学通报,2001,46(5):36-39.