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2019-2020年人教版高一生物必修1比賽教學(xué)設(shè)計4-2生物膜的流動鑲嵌模型 一、教材分析 “生物膜的流動鑲嵌模型”是人教版必修1第4章的第2節(jié)內(nèi)容，本節(jié)主要是介紹了科學(xué)家對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，其中體現(xiàn)了科學(xué)探究中常用的提出假說、嚴(yán)謹(jǐn)推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等科學(xué)基本方法。這是一個很好的科學(xué)史教育素材，可以引導(dǎo)學(xué)生追隨科學(xué)家的腳印,進(jìn)入探究情境,嘗試自己一步步建立生物膜的模型,體驗(yàn)生物膜的建構(gòu)歷程,領(lǐng)會生物膜的流動鑲嵌模型的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。并且明白科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學(xué)家的辛勤工作；科學(xué)真理的提出必須通過實(shí)踐驗(yàn)證，還需要不斷修正、發(fā)展和完善；并且科學(xué)發(fā)展同時還需要科學(xué)技術(shù)的支撐。 二、學(xué)情分析 在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前，學(xué)生對細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)有了一定的了解，尤其對細(xì)胞膜的成分及功能有了相關(guān)的了解，這些可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。而且高中的學(xué)生已經(jīng)具備根據(jù)已知的知識和給定的事實(shí)和條件，來抽象、歸納出相關(guān)信息，對自然科學(xué)問題進(jìn)行邏輯推理和論證，得出相關(guān)的結(jié)論或做出相關(guān)的判斷，并能把推理過程表達(dá)出來的推理能力。雖然還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，但可以引導(dǎo)學(xué)生通過對科學(xué)史的探索過程來體驗(yàn)生物膜的建構(gòu)歷程，領(lǐng)會相關(guān)的科學(xué)方法。 三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 重點(diǎn)：1、科學(xué)家對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。 2、生物膜流動鑲嵌模型學(xué)說的基本內(nèi)容。 難點(diǎn)：生物膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程 四、課堂教學(xué)設(shè)計思路 引入：以猜謎語的形式引入使課堂帶有趣味性。謎底是細(xì)胞膜，但是在謎語中隱藏著細(xì)胞膜的三個功能，根據(jù)生物學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的，要具備這樣的功能，細(xì)胞膜應(yīng)該具備什么樣的結(jié)構(gòu)？ 重點(diǎn)、難點(diǎn)的突破：科學(xué)家對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程也就是如何進(jìn)行生物膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程，這是我們要解決的重難點(diǎn)。根據(jù)探索歷程，把生物膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程分成四個階段：生物膜成分分析→膜結(jié)構(gòu)的科學(xué)探索→膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的探索→生物膜結(jié)構(gòu)模型的提出。對每個階段突破主要采用“資料分析→提出問題（要求）→做出假設(shè)/假說（構(gòu)建模型）→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的教學(xué)模式。在教學(xué)設(shè)計上主要突出科學(xué)史的教育，在備課過程要細(xì)致策劃如何有效地引導(dǎo)學(xué)生分析不同時期不同科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)及假說，通過一連串的環(huán)環(huán)相扣的問題來引導(dǎo)學(xué)生思維，體現(xiàn)學(xué)生“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式，感受科學(xué)家探索的歷程和過程的艱辛。 小組活動安排：構(gòu)建模型或提出假說，修改模型，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計。（課前老師指導(dǎo)學(xué)生以小組的形式制備了磷脂分子和蛋白質(zhì)分子的模型），讓學(xué)生形象、直觀的了解了模型構(gòu)建的過程，同時也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗(yàn)了成功的喜悅。 1、根據(jù)相關(guān)資料讓學(xué)生課堂中以小組的形式自己來構(gòu)建生物膜中磷脂分子的排列方式。 2、讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自主構(gòu)建羅伯特森構(gòu)建的模型→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出質(zhì)疑→學(xué)生對已構(gòu)建的模型修改，展示出蛋白質(zhì)在脂雙層中的不同位置。（使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識假設(shè)需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）。 3、根據(jù)事實(shí)資料對羅伯特森的靜態(tài)統(tǒng)一模型提出質(zhì)疑，并大膽提出自己的假說，根據(jù)提供的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計，證明生物膜是可以流動的。 五、教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能 ①簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容； ②舉例說明生物膜具有的流動性的特點(diǎn)； ③通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程闡述科學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律。 2、過程與方法 ①分析科學(xué)家建立生物膜結(jié)構(gòu)模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設(shè)； ②發(fā)揮空間想象能力，構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。 3、情感、態(tài)度和價值觀 ①使學(xué)生樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)辨證觀點(diǎn)； ②培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰Γ? ③認(rèn)識到技術(shù)的發(fā)展在科學(xué)研究中的作用，尊重科學(xué)且用發(fā)展的觀點(diǎn)看待科學(xué)、樹立辨證的科學(xué)觀。 六、教具準(zhǔn)備 1、生物膜流動鑲嵌模型的多媒體演示課件 2、學(xué)生自制的磷脂分子、蛋白質(zhì)分子模型 七、課時安排：1課時 八、教學(xué)過程 教學(xué)內(nèi) 容 教師組織引導(dǎo) 學(xué)生活動 設(shè)計意圖 導(dǎo)入 猜謎語： 是誰,隔開了原始海洋的動蕩； 是誰,為我日夜守邊防； 是誰,為我傳信報安康。 沒有你,我——一個小小的細(xì)胞 會是何等模樣? 生物學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的？那么生物膜具有什么樣的結(jié)構(gòu)，使其能完成以上的功能呢？這是這節(jié)課我們要探究的內(nèi)容。 學(xué)生很快指出謎底是細(xì)胞膜，并在老師的指導(dǎo)下找出隱藏在謎語中細(xì)胞膜的三個功能。 以猜謎語的形式引入使課堂帶有趣味性。 對 細(xì) 胞 膜 等 生 物 膜 結(jié) 構(gòu) 的 探 索 歷 程 1、生物膜成分分析 分析資料 (E.Overton的實(shí)驗(yàn))→提出假說：膜是由脂質(zhì)組成的→實(shí)驗(yàn)論證：1925年，荷蘭科學(xué)家E. Gorter & F. Grendel 用有機(jī)溶劑提取了人類紅細(xì)胞的細(xì)胞膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細(xì)胞表面積。 學(xué)生分析資料，根據(jù)資料作出判斷。 讓學(xué)生初步明白根據(jù)“E.Overton的實(shí)驗(yàn)”提出的不是結(jié)論，而只能是一種猜測，即假說，這種猜測對不對，需要驗(yàn)證。 2、膜結(jié)構(gòu)的科學(xué)探索 (1) 磷脂分子的排列 資料分析：磷脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（親水的頭部和疏水的尾部） ↓ 提出探究問題： ①磷脂分子在水表面（空氣－水界面）上將怎樣排布？ ②磷脂分子在水體內(nèi)，呈球狀，又是怎樣排布的呢？ ③根據(jù)學(xué)生對問題②的解決提問學(xué)生的這種磷脂排列方式是不是和細(xì)胞膜？ 學(xué)生小組活動，提出假說，構(gòu)建相關(guān)模型——生物膜中的磷脂是雙分子層。 ↓ 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：提供科學(xué)家曾經(jīng)做過的實(shí)驗(yàn)（荷蘭科學(xué)家 E. Gorter & F. Grendel的實(shí)驗(yàn)）。 (2) 蛋白質(zhì)分子的在磷脂雙分子層中的分布 資料分析：羅伯特森實(shí)驗(yàn) ↓ 讓學(xué)生根據(jù)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自主構(gòu)建羅伯特森構(gòu)建的模型 ↓ 分析資料提出問題：如果蛋白質(zhì)只是鑲在生物膜的磷脂雙子層表面，能讓葡萄糖、氨基酸、鈉離子通過嗎？ ↓ 學(xué)生對已構(gòu)建的模型修改，展示出蛋白質(zhì)不光有鑲在表面的，還有部分或全部嵌入的，還有橫跨整個磷脂雙分子層的（使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識假設(shè)需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）。 ↓ 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：科學(xué)家用掃描電鏡技術(shù)和冰凍蝕刻技術(shù)揭示了:蛋白質(zhì)并不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的。 （1）磷脂分子的排列 ①學(xué)生分組活動：每組利用事先準(zhǔn)備好的磷脂分子模型，根據(jù)其特點(diǎn)擺出磷脂分子在水體內(nèi)，呈球狀的部面圖。（可分組展示并讓學(xué)生解說） ②學(xué)生分組活動：根據(jù)細(xì)胞膜內(nèi)外都有水環(huán)境的特點(diǎn)，提出假說，構(gòu)建相關(guān)模型——生物膜中的磷脂是雙分子層。(如圖) （2）蛋白質(zhì)分子的在磷脂雙分子層中的分布 ①學(xué)生根據(jù)羅伯特森實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自主構(gòu)建羅伯特森構(gòu)建的模型：“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的靜態(tài)統(tǒng)一模型。（如圖） ②學(xué)生對已構(gòu)建的模型修改。展示出蛋白質(zhì)不光有鑲在表面的，還有部分或全部嵌入的，還有橫跨整個磷脂雙分子層的 ①在膜結(jié)構(gòu)的科學(xué)探索中，通過學(xué)生自己動手用自制模型構(gòu)建磷脂分子和蛋白質(zhì)的排列方式，這可以讓學(xué)生形象、直觀的了解了模型構(gòu)建的過程，同時也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗(yàn)了成功的喜悅。 ②同時也讓我們的學(xué)生認(rèn)識到我們構(gòu)建的模型（也即假說）是需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的。 ③在蛋白質(zhì)分布的探討中同學(xué)們通過對已構(gòu)建的模型修改，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識假設(shè)需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，任何一個科學(xué)真理是要經(jīng)得起考驗(yàn)的。 3、膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的探索： 羅伯特森的靜態(tài)統(tǒng)一模型 →流動鑲嵌模型 資料分析，提出問題：細(xì)胞膜是靜止的，變形蟲為什么會運(yùn)動？ ↓ 提出假設(shè)：細(xì)胞膜等生物膜是可以流動的。 ↓ 科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：以實(shí)驗(yàn)探究的形式進(jìn)行（給學(xué)生提供以下的主要實(shí)驗(yàn)材料及用具 熒光染料：有紅色、綠色等不同顏色，可標(biāo)記細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)分子　 細(xì)胞：小鼠細(xì)胞、人細(xì)胞。 設(shè)計一探究細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)分子能否運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)方案）。 方案：不同顏色熒光標(biāo)記細(xì)胞融合觀察現(xiàn)象。 ↓ 教師引導(dǎo)總結(jié)得出：膜上蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動的。 ↓ 資料分析：動物細(xì)胞吸水膨脹時，磷脂雙分子層的厚度變小。得出結(jié)論磷脂分析具有流動性。 ↓ 總結(jié)：細(xì)胞膜等生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一定的流動性 ①根據(jù)老師給出的資料大膽地提出假設(shè)：細(xì)胞膜等生物膜是可以流動的。 ②讓學(xué)生以小組討論的形式，根據(jù)老師提供的材料設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，證明細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)分子是能運(yùn)動的。 ③與老師一起分析資料，得出結(jié)論磷脂分析具有流動性。 學(xué)生對科學(xué)探究的一般過程基本了解了之后，在膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的探索中，讓學(xué)生自己來感受一下這個過程：自己提出假設(shè)，自己來設(shè)計實(shí)驗(yàn)證明，有利于加深學(xué)生的印象，并且也鍛煉了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計的思維能力。 4、生物膜結(jié)構(gòu)模型的提出 ①建立流動鑲嵌模型：1972年，桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上提出“流動鑲嵌模型”。 ②比較流動鑲嵌模型與靜態(tài)統(tǒng)一模型的異同。 老師總結(jié)：雖然我們探討的是細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，但由于細(xì)胞膜與其他生物膜具有相似的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，所以我們又稱為“生物膜的流動鑲嵌模型” 比較流動鑲嵌模型與靜態(tài)統(tǒng)一模型的異同，并回答。 通過比較流動鑲嵌模型與靜態(tài)統(tǒng)一模型的異同，了解學(xué)生學(xué)習(xí)的掌握情況。 流動鑲嵌模型的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建并完成流動鑲嵌模型的相關(guān)概念圖。 繪制生物膜的概念圖 通過讓學(xué)生繪制生物膜的概念圖，不僅讓學(xué)生鞏固知識，而且?guī)椭鷮W(xué)生構(gòu)建相關(guān)的概念模型。 九、板書 生物膜的流動鑲嵌模型 細(xì)胞膜 磷脂雙分子層：基本骨架 （生物膜 ） （可以流動的） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動性 蛋白質(zhì)分子：鑲嵌、嵌插、貫穿 十、教學(xué)反思： 1、成功之處：科學(xué)家對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程,這是一個很好的科學(xué)史教育素材，通過引導(dǎo)學(xué)生一步一步地分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，宛如親歷科學(xué)家探索的歷程，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論。在教學(xué)中通過對教材和學(xué)生的分析，將探究性學(xué)習(xí)方式引入生物課堂，讓知識的生成主要通過學(xué)生的積極思考，通過自己的探究來獲得，而不是老師直接給予。該堂課上下來，我感覺學(xué)生是喜歡這種類型的課的，在老師的引導(dǎo)下，他們是積極參與，主動思考的，他們可以通過自己動手動腦來“做”科學(xué)，主動觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象，主動設(shè)計實(shí)驗(yàn)，主動預(yù)測結(jié)果等等，通過對“細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”的探究式學(xué)習(xí)，初步學(xué)會用實(shí)驗(yàn)去探究生物現(xiàn)象的能力，建立起“現(xiàn)象分析→提出問題（要求）→做出假設(shè)（構(gòu)建模型）→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的科學(xué)探究概念。并且在得出每一個結(jié)論與推論后，筆者問學(xué)生科學(xué)探究是不是接結(jié)束了，學(xué)生說不是，而是在得到的結(jié)論與推論的基礎(chǔ)上重新提出新的思考、新的問題，說明學(xué)生通過體驗(yàn)探究過程，明白什么是科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究。這個也正是我們老師想教給學(xué)生的一種科學(xué)探究的方法和理念，對于學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)、生活中都是有影響的。 2、不足之處：在生生互動上，小組之間的合作上還不夠。學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神還沒有得到充分的體現(xiàn)，如何從“精英教育”走向“大眾教育”面向全體學(xué)生，提高課堂參與度，是接下來要思考的問題。同時一堂課中如何把握好學(xué)生的活動時間，還需要仔細(xì)思考。