視頻簡介：
視頻標簽：東莞市,生物膜的,流動鑲嵌模型
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：東莞市高中生物優質課《生物膜的流動鑲嵌模型》陳嘉莉（附課件+
教學設計、課堂實錄及教案：東莞市高中生物優質課《生物膜的流動鑲嵌模型》東莞中學-陳嘉莉（附課件+教學設計）
生物膜的流動鑲嵌模型
——課題來源：人教版必修一 名稱：生物膜的流動鑲嵌模型 所屬單元章節：第四章第二節
教師姓名 陳嘉莉 所在學校 東莞市東莞中學
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一、教學分析
課標要求 1．知識與技能
①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。
②舉例說明生物膜具有流動性特點。
③簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。
2．過程與方法
①通過分析科學家建立生物膜模型的過程，學習科學研究的一般方法。
3．情感態度與價值觀
①生物膜結構的研究是以生物膜的功能作為切入點進行的，樹立生物結構與功能相適應的辯證唯物主義自然觀。
②正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據，需要有嚴謹的推理和大膽的想象，并要通過實驗進一步驗證。
③正確認識實驗技術手段的進步在促進科學的發展中的作用。
教材分析 “生物膜的流動鑲嵌模型”是人教版必修1第四章第2節的內容，第1節“物質跨膜運輸的實例”主要體現生物膜是選擇透過性膜。膜的功能與膜的結構是相適應的，于是很自然地過渡到第二節內容：探究膜的結構。而第二節內容又是解釋第三節內容“物質跨膜運輸的方式”的基礎。第四章的三節內容安排體現了膜的功能——結構——功能的內在聯系，由此可見，本節內容在第四章中起著承上啟下的作用，有助于幫助學生建立結構和功能相適應的觀點。
本節主要包括了兩大部分內容：一是科學家對細胞膜結構的探索歷程。這是一個很好的科學史教育素材，通過一步一步地分析科學家的實驗，學生可以體驗科學發現的探索過程，滲透生物科學史的教育理念，讓學生身臨其境仿佛自己就是科學家在進行著探究活動，在自主探索中主動獲取知識，充分調動學生的積極主動性，培養了學生科學推斷和知識遷移的能力。更重要的是讓學生加深對科學過程和方法的理解，明白科學發現的過程是一個長期的過程；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷修正、發展和完善；科學發展與技術有很大的關系，技術的發展可以推動科學的進步。二是生物膜流動鑲嵌模型的基本內容。
學情分析 1、學生已經了解了細胞，知道了組成細胞的元素和化合物，掌握了細胞的基本結構，尤其是細胞膜作為最基本生命系統的邊界等相關知識，為本節知識的學習奠定了基礎。
2、高中學生已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，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考。本節課利用科學史實驗資料，通過問題導學的方法將探究歷程一步一步地推進，能夠很好的幫助學生理清研究思路，按照學生的思維水平和能力達到一定深度，使學生對膜的結構順利由感性認識向理性認識過渡。
教學重點、難點 重點：流動鑲嵌模型的基本內容
難點：探討建立生物膜模型的過程；在此過程中如何體現結構和功能相適應的觀點。
教學策略 根據教學目標的要求，本課以“自主性、探究性、合作性”為學生學習的三個基本維度，培養學生的科學素質，側重對學生進行科學方法的教育。本節課采用“引導探究”教學模式，融合問題導學法、任務驅動法等多種教學方法，并配以多媒體輔助教學，引導學生模擬科學發現過程。與此同時注重教師與學生之間以及學生和學生之間的互動,適時適度的引導學生,讓學生自己去進行分析、討論、歸納和總結。
1、 探究式教學：經過精心設計的各位科學家實驗的資料，再加上一連串環環相扣的問題，引導學生對科學家的實驗進行分析，體驗科學發現的探索過程，滲透生物科學史的教育理念，讓學生身臨其境仿佛自己就是科學家，在進行著探究活動，在自主探索中主動獲取知識，充分調動學生的積極主動性，培養了學生科學推斷和知識遷移的能力。
2、 發現式學習模式：在探究歷程中，以學生為主體，讓學生體驗科學發現的探索過程，讓學生身臨其境仿佛自己就是科學家，在進行著探究活動，像科學家的發現一樣來體驗知識產生的過程。
3、 問題導學法：通過問題將探究歷程一步一步地推進，能夠很好地幫助學生理清研究思路，學習科學研究的思路和方法。
4、 任務驅動法：我在磷脂分子和蛋白質分子如何構成膜的這一環節，我還為學生準備了磷脂分子和蛋白質分子的模型，能夠加深學生對磷脂分子結構的認識，并且通過任務驅動的方式去引導學生擺出磷脂分子在空氣水界面的排布模型，磷脂分子如何構成膜結構的模型，以及擺出蛋白質在膜上位置的這一模型，這一些學生活動能提高學生的動手能力以及極大的激發他們的學習興趣以及探究熱情，通過擺模型能使他們對膜結構的認識從表象深入到實質，最后，通過整個探究歷程中，學生們也大致在腦海中構建好了生物膜的流動鑲嵌模型，老師只需在課堂的最后對此模型進行總結，而流動鑲嵌模型則呼之欲出，這對突破重難點起到了很好的作用。
教學目標 1．知識與技能
①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。
②舉例說明生物膜具有流動性特點。
③簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容。
2．過程與方法
①通過分析科學家建立生物膜模型的過程，學習做出假設。
3．情感態度與價值觀
①生物膜結構的研究是以生物膜的功能作為切入點進行的，樹立生物結構與功能相適應的辯證唯物主義自然觀。
②正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據，需要有嚴謹的推理和大膽的想象，并通過實驗進一步驗證。
③正確認識實驗技術手段的進步在促進科學的發展中的作用。
二、教學過程
教學內容 教師活動 學生活動 設計意圖
復習，引入課題 我們知道，生物膜都是選擇透過性膜，能讓水分子自由通過，一些離子和小分子也可以通過，而其他的離子，小分子和大分子則不能通過，也就是說生物膜有控制物質進出的功能，從結構和功能相適應的觀點來看，細胞膜應該有什么樣的結構才能與細胞膜的功能相適應？ 學生回顧“膜的功能特點”這一知識點 以膜的功能入手引入課題，激發學生興趣和思考，有助于幫助學生建立結構和功能相適應的觀點
【一】.對生物膜結構的探索 人們對事物的認識是有一個過程的，科學家當年正是懷著對物質跨膜運輸現象產生的疑問，開始了對生物膜結構的孜孜以求地探索，歷經了一百多年時間，走過了一條曲折的道路。現在讓我們將時間回到他們所存在的時代，來一同體驗一下這個漫長的探索歷程。
探究一：膜的組成成分
1、歐文頓假說
2、膜上還有蛋白質的探究 問題一：當我們對生物膜一無所知的時候，我們第一個要探究的問題是什么？
大家想想，如果你是科學家，你會從那個角度入手來研究生物膜的結構？比如說，要研究手表的結構,需要拆開手表,觀察其由什么零件組成,也就是說，研究一種物質的結構，實際上是研究其組成成分之間的組合形式，所以說，要知道生物膜的結構，我們首先要知道生物膜的成分。
問題二：那生物膜的組成成分是什么呢？當時科學家們是如何對膜成分進行探究的呢？直接分離提純鑒定?
限于當時的技術條件，人們都不能親眼看到生物膜，更別說對生物膜的成分進行分離提純了，那怎么辦呢？不能用直接的方法，我們可以嘗試從側面或是利用其他學科的知識去推敲膜的成分啊，比如說，我們可以研究什么物質能容易通過生物膜，化學上有個很出名的觀點：相似相溶，什么物質容易通過，那么膜的成分就和這種物質最相近。
在19世紀末時，歐文頓就想到了用這個辦法來探究膜的成分，他用了500多種化學物質對植物細胞膜的通透性進行了上萬次的實驗，他發現細胞膜對不同物質的通透性不一樣，不溶于脂質的物質不容易甚至不能通過細胞膜，而溶于脂質的物質能透過細胞膜。
我們先來了解一個化學上的小知識，叫做“相似相溶”，即分子結構越相似的物質，越是容易相互溶解。
提問：根據這個原理，結合歐文頓的實驗大家對細胞膜的組成能做出一個怎樣的猜測？
大家與100多年前的歐文頓不謀而合，他就提出了這樣的假說：膜是由脂質組成的。
生物膜的成分除了脂質外，還有沒有其他成分呢？其他科學家也在不斷的想辦法去推敲膜的成分，結果他們發現細胞膜不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶(能專一地分解蛋白質的物質)分解，所以科學家們也就根據這個實驗提出了“膜中還有蛋白質”這一猜測。
提問：為什么我們一直強調得出的這兩個只是猜測而已？通過這兩個實驗我們就能確定膜就是由脂質和蛋白質組成的嗎？
我們只是通過對這些現象的推理分析，用了一些側面的方法得出這兩個假說，對吧？假說是否成立，必須還要通過實驗的驗證
問題三：如何驗證膜的成分的確是脂質和蛋白質呢？
不可能做到
根據研究結果和學生已有的知識做出猜測：細胞膜是由脂質組成的。
回答：不能。因為我們一直都未能夠將膜的成分提取出來加以鑒定，
對膜進行提取分離和鑒定。 引導學生思考科學家們的探究思路：要研究結構，先研究膜的成分
那如何對膜成分進行研究呢？引導學生發散思維
突出科學技術的重要性
培養了分析能力，感受了探究的樂趣。
3、膜成分的提取和鑒定
4、提煉科學的研究方法 20世紀初，隨著科學技術的進步，科學家們第一次將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，進行化學分析，結果發現：膜的主要成分是脂質和蛋白質，也就通過實驗的方法驗證了歐文頓和其他科學家的假說是成立的。
探究到這里，其實這里就體現出了科學研究的一般方法：先觀察現象，再根據現象提出問題，提出假說，在通過實驗驗證，最后得出結論。
引導學生歸納科學研究方法
探究二：膜的結構
一、 磷脂的排布
1、朗姆瓦的實驗
A、磷脂在空氣—水界面上如何排布
B、膜上的磷脂分子如何排布
我們已經知道膜的成分了，而一個物質的結構是由他的組成成分的組成形式決定的，所以接下來要探究什么問題？這些物質是怎么組成膜的，即組成形式。
膜主要由脂質和蛋白質組成，我們就先來解決一下脂質是怎么組成膜的。
1917年朗姆瓦將磷脂溶于苯和水中，當苯揮發完以后，磷脂分子在空氣與水的界面上分布散亂，經過推擠排列成了連續的整齊的單層。磷脂分子是如何排列成完整的連續的單層的呢？
介紹磷脂分子的結構；
我們來看一下，這就是磷脂分子，它很明顯地分為兩個部分，頭部是親水的基團，尾部是疏水的基團。
根據朗姆瓦的實驗，大家認為磷脂分子在“空氣—水”的交界面的排布方式是怎樣的？
下面我們就進行第一個小組的活動：請根據朗姆瓦的實驗，構建磷脂分子在水—空氣界面中的模型。
要求：請同學們以兩個同學為一個小組，拿出白紙，上面有一條黑線代表空氣與水的交界面，上面是空氣，下面是水。拿出袋子里的磷脂分子，這是親水頭部這是疏水尾部。大家以小組為單位嘗試著擺一擺磷脂分子在空氣與水的交界面的排布形式。一會我請一個小組派一個代表上來給大家展示一下小組討論的結果。
大家所構建的這個在水空氣界面上的這個模型和朗姆瓦所得到的結構是相符的!
問題：請問磷脂又是如何排成膜結構的呢？膜上的磷脂分子是如何排布的呢？
下面我們就進行第二個小組的活動：請大家聯系我們之前學過的知識，排出磷脂分子構成膜結構的模型。
問題：一定是磷脂雙分子層構成膜結構嗎？有沒有其他可能？4層磷脂分子層能不能構成膜？6層呢？8層呢？
問題：但是如果4層，6層，8層的話，膜就太厚了，這可能會帶來什么后果？
所以我們剛剛構建的這個模型只是我們根據朗姆瓦的實驗和磷脂分子的結構推理出來的，這種猜測到底符不符合事實呢？我們說還要通過什么要驗證啊？ 學生被引導，進一步了解科學家們的探究思路
學生分組構建磷脂分子在“空氣—水”界面的排布模型。并展示小組合作的成果。
學生分組構建磷脂分子構成膜結構的模型。并展示小組合作的成果。
可以
物質跨膜運輸效率太低
實驗
培養學生對知識的應用遷移能力，對信息的交流能力。
讓學生親自動手構建磷脂分子排布模型，印象深刻。同時培養了動手能力，合作交流能力。
讓學生充分運用之前所學知識，如細胞是浸潤在以水為基礎的液體環境中的這一知識點，從而考慮磷脂分子頭部朝外，尾部朝內。
引導學生發散思維，對可能存在的一些情況作出否定
2、 荷蘭科學家的實驗 1925年兩位荷蘭科學家用丙酮從人的成熟紅細胞中提取脂質，在空氣—水界面上鋪成單分子層，并且測得磷脂單分子層的面積與紅細胞表面積之比為1.8—2.2。
問題：大家想想看這個實驗數據能說明什么問題？
展示細胞膜的局部放大圖以及對應整個細胞磷脂如何排列成膜結構
細胞膜中的磷脂分子必然排列為連續的兩層。
在學生探究過后，馬上給出實驗證據證明學生的猜想是正確的，使學生探索的信心增強，激發學生的求知欲望
探究二：膜的結構
二、蛋白質的排布
1、電子顯微鏡技術下羅伯森特提出的“三明治模型”
2、1970年電鏡冰凍蝕刻技術 問題：已經解決了脂質的排布方式，接下來要解決誰的排布方式？
蛋白質在細胞膜上究竟怎么排布。這個問題科學家們做出了各種各樣的假設，有的科學家推測，蛋白質是否覆蓋在磷脂分子的表面？但是沒有確定。我們之前說技術是科學發展的推動力，技術發展了，電子顯微鏡誕生了。借助電子顯微鏡，1959年，有位叫做羅伯特森的科學家觀察到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結構，暗的是什么？亮的是什么？羅伯特森根據電子顯微鏡的成像原理，他認為暗的是蛋白質，亮的是脂質；所以羅伯森特提出了這樣的假說，生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”的三層結構構成，一層蛋白質一層脂質一層蛋白質，好像三明治。所以也把它叫做“三明治結構模型”。我們發現它們是一層緊挨一層，動彈不得，羅伯特森把這個結構描述為一種靜態的剛性結構，認為細胞膜是靜止的。
問題：那蛋白質真的是均勻分布在磷脂雙分子層的兩側嗎？如果是全部平鋪在脂質表面，那蛋白質如何執行“運輸物質進出細胞”這一功能？
帶著這一些疑惑，科學家們又開始尋求其他方法來進一步探究蛋白質的位置。隨著科學的進步，出現了冰凍蝕刻電鏡技術，利用這種技術，科學家們可以清晰的知道蛋白質在膜上的位置，如圖所示，蛋白質不是平鋪在脂質表面，并且在膜中的分布是不對稱的，有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的嵌入或部分嵌入在磷脂雙分子層里，有的貫穿整個磷脂雙分子層。
下面我們來進行第三個小組活動：請大家在剛才的磷脂雙分子層的基礎上利用“蛋白質”的模型擺出蛋白質可能存在的方式。
回到羅伯特森的實驗，通過實驗推翻了羅伯特森的第一個觀點，那羅伯特森的第二個觀點呢？膜是靜止的嗎？大家結合結構與功能相適應這一觀點想想，如果膜是靜止的，那么膜的各種功能還能實現？比如說（播放白細胞吞噬病菌，變形蟲的運動的視頻），胞吞和胞吐，細胞生長，成熟植物細胞發生質壁分離和復原，靜態模型無法解釋這些現象，顯然靜態的結構和膜的功能是相矛盾的。
因此羅伯特森提出的模型很快又被新技術下的實驗所否定。 蛋白質。
學生分組構建蛋白質在膜上的分布位置的模型。并展示小組合作的成果。
聯系已學知識，舉例說明細胞膜動態的彈性結構 進一步引導學生思考探究思路
3、細胞膜融合實驗 在1970年，弗雷和埃迪登做了這樣的實驗，將人和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發紅色熒光、另一半發綠色熒光，放置一段時間后發現兩種熒光的蛋白質均勻分布。
提問：這個實驗我們可以得到什么樣的結論？
科學家發現不光蛋白質可以運動，磷脂分子也可以運動。（展示磷脂分子運動的幾種方式）
這些都說明細胞膜并非像最初羅伯森特描述的那樣，是個靜態的剛性結構，而應該是動態的彈性結構。 膜上的蛋白質有流動性。
4、流動鑲嵌模型 在新的觀察和實驗證據的基礎上，又有學者提出一些關于生物膜的分子結構模型。在1972年的時候，兩位科學家桑格爾和尼克森基于前人研究的基礎上提出了生物膜的“流動鑲嵌模型”，這個模型是被大多數人接受和認可的。
探索了那么久，那到底流動鑲嵌模型是怎樣的呢？這個模型的具體內容是什么呢？其實我們在分析科學家的探究歷程時也大致將這個模型構建起來了，現在我們就來總結一下
【二】．流動鑲嵌模型內容
學習“流動鑲嵌模型”的內容
鞏固檢測
總結
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