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2019-2020年高中生物 “細胞膜和細胞壁”教學設計 浙教版必修1 一、教學理念 本節(jié)課在建構主義理論下進行了教學設計。建構主義理論強調學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程。學生是主動地建構知識的意義，這種建構是無法由他人來代替的；學習不是被動接收信息刺激，而是主動地建構意義。外部信息本身沒有什么意義，意義是學習者通過新舊知識經驗間的反復的、雙向的相互作用過程而建構成的；學習意義的獲得，是每個學習者以自己原有的知識經驗為基礎，對新信息重新認識和編碼，建構自己的理解；同化和順應，是學習者認知結構發(fā)生變化的兩種途徑或方式。同化是認知結構的量變，而順應則是認知結構的質變。同化－順應－同化－順應……循環(huán)往復，相互交替，人的認知水平的發(fā)展，就是這樣的一個過程。學習過程不是簡單的信息輸入、存儲和提取，是新舊知識經驗之間的雙向的相互作用過程，也就是學習者與學習環(huán)境之間互動的過程。 建構主義認為，學習者要想完成對所學知識的意義建構，即達到對該知識所反映事物的性質、規(guī)律以及該事物與其它事物之間聯(lián)系的深刻理解，最好的辦法是讓學習者去感受、去體驗，而不是僅僅聆聽教師的介紹和講解。所以在導入時本人采取了實驗導入，讓學生真真切切觀察到玉米籽粒的著色情況，真真切切的感受到細胞膜的選擇透過性。本節(jié)課以科學實驗為主線貫穿始末，由實驗導入→科學史教學，環(huán)環(huán)相扣，讓學生也像科學家一樣親身經歷細胞膜的模型構建過程，體驗了學家探究之路。教學設計在突出學科特點的同時滲透了“結構決定功能”“結構與功能相統(tǒng)一”的辯證唯物主義觀點。這樣不僅強化知識結論的形成過程，完成對所學知識的意義建構，使學生能感受到形成知識的樂趣，更有利于培養(yǎng)學生科學的思維方式和能力，同時也符合高中生物課程標準提出了“提高生物科學素養(yǎng)，面向全體學生，倡導自主、探究和合作性學習”這一理念，本節(jié)教學設計充分體現(xiàn)了該理念。 二、學習任務分析 細胞是生物新陳代謝結構和功能的基本單位。細胞膜位于細胞表面，是將細胞與外界環(huán)境區(qū)分開的界面，對于維持細胞內部環(huán)境的相對穩(wěn)定，控制細胞的物質進出等起著重要作用。細胞內部的核被膜、內質網、高爾基體等細胞器，它們都有膜結構，這些單位膜的化學組成相似，基本結構大致相同。它是后面學習物質的跨膜運輸和學習具有膜的細胞器等內容的基礎。而各種化學成分并不能單獨表現(xiàn)出生命活動，對于組成細胞膜的各種化合物如何有序組合而形成完整的結構，以及表現(xiàn)出的結構特點和與結構相適應的功能這些內容是學生首次接觸的，是本節(jié)學習的主要任務。其中重點是質膜的結構，難點是質膜的流動鑲嵌模型。 三、學習者分析 學生已經了解了細胞，知道了細胞的基本結構，知道細胞膜作為生命邊界系統(tǒng)的相關知識，以及前一節(jié)課的學習，為本次課進一步深入奠定了基礎。高中生已具備了一定的學習和認知能力，但還不夠完善，尤其對科學的探索過程以及結論的形成缺乏正確的認識，需要進一步提高和完善。由于細胞膜的結構和細胞壁的結構都是肉眼看不見的，比較抽象，學生難以理解。在教學中應該將前面的活動很好的利用，還采取多媒體技術，展示細胞膜和細胞壁的結構模式圖，激發(fā)學生的學習興趣，將微觀的內容具體化、形象化，有助于學生理解。采用讓學生動手繪圖的方法，讓學生體會建立模型的科學思想并更深層次理解細胞膜的流動鑲嵌模型。 四、教學目標 知識目標 1．概述細胞膜的“流動鑲嵌模型”的基本內容。 2．舉例說出細胞膜的選擇透性。 3．說出植物細胞壁的組成和生理作用。 能力目標 1．運用對照方法于課堂實驗，提高學生的實驗能力。 2．利用分析、綜合、比較的科學思維方法，通過實驗和演示能分析現(xiàn)象、得出結論，提高解決問題的能力。 3．分析磷脂分子在不同條件下的排列方式，提高運用和處理信息能力。 4.嘗試一步一步地分析科學家的實驗和結論，親歷科學家探索的歷程，從而切身感受科學的魅力，并加深對科學過程和方法的理解。 情感態(tài)度與價值觀 1．探討質膜結構模型，認同生物體結構與功能相統(tǒng)一的生物學觀點，樹立辯證唯物主義觀點。 2.探討細胞膜結構的發(fā)現(xiàn)史，認同科學技術發(fā)展的日新月異，激發(fā)探求生命科學奧秘的興趣。 3．體驗建立模型是解決問題的科學方法之一。 五、教學重難點 1．教學重點：質膜的結構和功能。 2．教學難點：質膜的流動鑲嵌模型。探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結構與功能相適應的觀點。 六、教學方法 采用問題研討法、情境教學法、討論法、多媒體演示等。 課時安排為2課時（含活動）。 七、教學過程 教學流程 教師活動 學生活動 教學意圖 （一）引入新課 （二）細胞膜的選擇透性 （三）細胞膜的結構 1．脂雙層 2．膜蛋白 （四）細胞膜的流動性 (五)植物細胞壁 【情景導入】在大家的桌上有兩個培養(yǎng)皿甲和乙（甲中放著兩粒泡漲的玉米籽粒，乙中放著兩粒泡漲并煮熟的玉米籽粒），稀釋20倍的紅墨水，鑷子，刀片，裝有清水的燒杯和廢液缸。現(xiàn)在請大家動手將這兩組玉米種子的胚進行染色，它們的結果是否相同？ 染色期間，教師多媒體呈現(xiàn)： 科學家用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質注入變形蟲體內,伊紅很快擴散到整個細胞,卻不能逸出細胞。 伊紅為什么不會逸出細胞？ 此實驗說明了什么？ 實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)，展示驗證活細胞吸收物質的選擇性的實驗結果。 【提問】1.為什么這兩組籽粒的胚著色情況不同？ 2.是不是周圍物質都不能進入到活細胞內部？ 【小結】活細胞吸收物質具有選擇性?；罴毎瘴镔|具有選擇性與在細胞最外層的細胞膜（質膜）有關的。 【問題引導】質膜的選擇透性到底是如何選擇呢，我們知道結構與功能是相統(tǒng)一的，這需要從它的結構談起，科學家常常會通過實驗設計并設想出一些模型來解釋。 材料一：1895年，歐文頓曾用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行上萬過的實驗，發(fā)現(xiàn)細胞膜對不同物質的通透性不一樣：凡是可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易進入細胞膜。你可以得出什么結論？ 教師用多媒體展示歐文頓的結論：細胞膜是由一層連續(xù)的脂類物質所組成。 【講述】教師明確提出磷脂分子是構成細胞膜的主要成分。供給學生磷脂分子的模式圖片并進行適當說明。 【活動】根據歐文頓的結論，學生嘗試畫出磷脂分子在以下情況中的排列方式： 1.磷脂分子在空氣――水界面上鋪展成單分子層 2.磷脂分子置于水中（單層形式） 【問題引導】生命活動離不開水，細胞生活在液體環(huán)境中，細胞的內部也是液體的。 【活動】學生畫出內外都是水的情況下，磷脂分子的排列方式 討論歐文頓的結論： 細胞膜是由一層連續(xù)的脂類物質所組成，是否成立？ 【問題引導】大家的結論與科學家的結論比較，有何區(qū)別？到底誰合理，我們一起來看一個比歐文頓晚40年的實驗。 材料二：1925年，E.Gorter和F.grendel兩位荷蘭科學家用有機溶劑丙酮從人的紅細胞中提取脂質，在空氣---水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的兩倍。 【小結】由脂雙層組成的膜稱為單位膜，脂雙層中的任何一層都不能稱為膜。由此可見歐文頓的結論說細胞膜是由一層連續(xù)的脂類物質所組成并不準確。 人的消化液中含有許多能夠水解蛋白質的物質，稱為蛋白酶。用蛋白酶處理細胞膜，會使細胞膜分解。根據實驗現(xiàn)象,你對膜化學成分在種類上認識是否還有新的結論? 蛋白質位于細胞膜的什么位置呢？請學生推測 材料三：電子顯微鏡用電子束照射被檢樣品。由于電子與不同物質發(fā)生碰撞而產生不同散射度。由于蛋白質電子密度高，所以顯暗帶，磷脂分子則電子密度低呈亮帶。 1959年，羅伯特森提出了質膜的“單位膜”結構模型,認為生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”構成的三層靜態(tài)統(tǒng)一結構。 【活動】展示草履蟲分裂生殖動畫和溫度升高到一定程度，細胞膜厚度減小面積增大的動畫。 請觀察細胞的活動，想想細胞膜是靜止的嗎？ 【講述】冰凍蝕刻電子顯微法：科學家將質膜冰凍，然后將其撕裂，發(fā)現(xiàn)撕裂面上有許多顆粒，即蛋白質。后來通過相關研究表明，蛋白質鑲嵌、覆蓋或者貫穿于脂雙層中，內在膜蛋白露出膜外的部分含較多的極性氨基酸，屬親水性，與磷脂分子的親水頭部鄰近；嵌入脂雙層內部的膜蛋白由一些非極性的氨基酸組成，與脂質分子的疏水尾部相互結合，因此與膜結合非常緊密。 材料四：展示1970年弗雷和埃迪登的人---鼠細胞融合實驗：熒光標記蛋白質 （注意：應在不破壞細胞結構，保持細胞活性的情況下觀察。） 問題：人細胞與鼠細胞為什么能融合？這個過程發(fā)生了什么變化？是進行怎樣的結果？這個實驗反映了細胞膜的什么特點？ 【小結】磷脂分子能側向滑動，蛋白質分子也可以移動的，所以質膜就像是流體一樣，具有流動性。這是細胞膜的一大結構特點。 磷脂分子和蛋白質分子的這種移動，會不會使質膜的結構變的很不穩(wěn)定呢？ 我們前面學過，質膜中還有一類脂質？ 膽固醇不像磷脂和蛋白質分子那樣會移動，它在細胞膜中是一種“剛性”的成分。剛性的膽固醇夾雜在細胞膜中，限制了磷脂的流動。所以，質膜具有流動性，但這種流動性是有限度的，我們叫做一定的流動性，同時質膜又是比較堅實。 【講述】盡管近年來政府與社會一直提倡推廣食用無膽固醇食品，但我們必須認識到膽固醇仍然是食物中必須攝取的一部分，因為它在保持細胞膜的穩(wěn)定性方面起著重要的作用。 【活動】根據今天所獲得的信息，你能否構建一個細胞膜模型？ 材料五：1972年，桑格和尼克森構建 模型： 流動鑲嵌模型 【活動】在生物膜模型的建立和完善過程中，你受到哪些啟示? 【小結】建模的基本方法 【問題】：從細胞膜的位置和結構以及其特點分析細胞膜的功能及各種組分的作用。指導學生閱讀膜中各種組分的作用。 流動鑲嵌模型把細胞膜形容為細胞的彈性邊界。但是植物細胞、真菌、細菌和一些原生生物還有一層邊界---細胞壁。 【思考】閱讀課本相關知識， 1.了解細胞壁的主要成分、作用。 2．細胞壁是否與細胞膜一樣都有選擇透性？ 【小結】不同細胞的細胞壁成分不同，真菌的細胞壁主要成分是幾丁質；細菌是肽聚糖。 【實驗操作】學生按教材實驗步驟進行實驗，并觀察現(xiàn)象。 學生回答教師引導，共同得出：細胞作為一個完整的系統(tǒng)，它有邊界——細胞膜。 學生交流討論，教師幫助歸納： 1.“紅墨水分子”可以進入死細胞內部而不能進入活細胞的內部。 2水分子可以進去。 通過交流討論，得出結論：根據相似相溶性原理，細胞膜是由脂質組成。 【活動】 1. 2. 【活動】 交流討論，根據材料推結論：細胞膜是由脂雙層組成，并不是一層脂類物質所組成，也不是多層組成。 構建脂雙層模型---單位膜模型 學生討論，推測：膜中可能還含有蛋白質等物質 學生歸納：把生物膜描述為靜態(tài)的結構 學生推論： 細胞膜應該是流動的，“蛋白質—脂質—蛋白質”構成的三層靜態(tài)統(tǒng)一結構的模型構建不行 結論：蛋白質在膜中的分布是不對稱的 蛋白質鑲在、嵌入、橫跨在脂雙層中。 結論: 這是蛋白質分子運動的結果，體現(xiàn)出細胞膜的結構特點；具有一定的流動性。 畫出細胞膜的結構模型簡圖（流動鑲嵌模型） （與老師之后呈現(xiàn)的流動鑲嵌模型進行比對） 師生一起歸納基本內容 學生討論 學生看書，并回答有關問題 1.細胞壁的主要成分、作用：主要成分---纖維素；作用---支持和保護。 2.水、離子和其他分子都極易通過纖維之間的空隙，與選擇透性無關。 進行實驗觀察活種子與死種子染色情況的不同，得出活細胞吸收物質的選擇性。 交流討論 體會實驗是解決生物學問題的常用方法 。 探究磷脂分子在不同條件下的排列方式，運用信息于處理問題中，提高解決問題能力。 質膜結構模型，認同生物體結構與功能相統(tǒng)一的生物學觀點，樹立辯證唯物主義觀點 嘗試一步一步地分析科學家的實驗和結論，親歷科學家探索的歷程，從而切身感受科學的魅力，并加深對科學過程和方法的理解。 樹立辯證唯物主義觀點 嘗試構建模型 進行自學，收集信息，歸納總結能力得到提高。 (六) 教學反饋 多媒體展示（題目附后） 反饋和鞏固 附：(六) 教學反饋，多媒體展示 1．下列有關細胞膜的結構特點的敘述，不正確的是 ( ) (A)構成細胞膜的脂質分子是可以運動的 (B)組成細胞膜的蛋白質分子是可以運動的 (C)細胞膜的各種生理功能與膜分子的運動無關 (D)從整體上看，細胞膜具有一定的流動性 2．異體器官移植手術往往很難成功，最大的障礙就是異體細胞間的排斥，這主要是由于細胞膜具有識別作用，這種生理功能的結構基礎是 ( ) (A)細胞膜由磷脂分子和蛋白質分子構成 (B)細胞膜的外表面有糖被 (C)細胞膜具有一定的流動性 (D)細胞膜具有一定的選擇透過性 3．下列對于生物模型建立的完整過程的認識，錯誤的是 ( ) (A)科學家根據觀察的現(xiàn)象和已有的知識提出解釋某一生物學問題的假說或模型，用現(xiàn)象和實驗對假說或模型進行檢驗、修正和補充 (B)一種模型最終能否被普遍接受，取決于它能否與以后的現(xiàn)象和實驗結果相吻合，能否很好地解釋相關現(xiàn)象 (C)生物膜的流動鑲嵌模型完美無缺 (D)隨實驗技術的不斷創(chuàng)新和改進，對膜研究更加細致入微，有利于更完善地解釋細胞膜的功能 4．根據右圖，回答有關問題： (1)該簡圖表示的是＿＿＿＿＿＿的分子組成結構示意圖。 (2)圖中1～3的化學成分為：①＿＿＿＿＿＿＿＿＿； ②＿＿＿＿＿＿＿＿＿；③＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 (3)在該結構的外表面，還應具有的兩種成分是＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿。 (4)[3]物質的合成場所為＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 板書設計 第二節(jié) 細胞膜和細胞壁 成分 結構 結構特點 → 功能特點 磷脂 → 脂雙層 能移動 蛋白質 → 鑲嵌、覆蓋、 貫穿在在脂雙層中 膜具有一定 → 選擇透性 的流動性 膽固醇 →“剛性”限制移動 結構模型 脂雙層模型 流動鑲嵌模型