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2019-2020年人教版高一生物必修1比賽教學設計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)內容，本節(jié)主要是介紹了科學家對細胞膜結構的探索歷程，其中體現(xiàn)了科學探究中常用的提出假說、嚴謹推理和實驗驗證等科學基本方法。這是一個很好的科學史教育素材，可以引導學生追隨科學家的腳印,進入探究情境,嘗試自己一步步建立生物膜的模型,體驗生物膜的建構歷程,領會生物膜的流動鑲嵌模型的結構與功能相適應的特點。并且明白科學發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作；科學真理的提出必須通過實踐驗證，還需要不斷修正、發(fā)展和完善；并且科學發(fā)展同時還需要科學技術的支撐。 二、學情分析 在學習本節(jié)內容前，學生對細胞的基本結構有了一定的了解，尤其對細胞膜的成分及功能有了相關的了解，這些可以作為學生學習本節(jié)內容的基礎。而且高中的學生已經具備根據已知的知識和給定的事實和條件，來抽象、歸納出相關信息，對自然科學問題進行邏輯推理和論證，得出相關的結論或做出相關的判斷，并能把推理過程表達出來的推理能力。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，但可以引導學生通過對科學史的探索過程來體驗生物膜的建構歷程，領會相關的科學方法。 三、教學重點、難點 重點：1、科學家對生物膜結構的探索歷程。 2、生物膜流動鑲嵌模型學說的基本內容。 難點：生物膜結構的構建過程 四、課堂教學設計思路 引入：以猜謎語的形式引入使課堂帶有趣味性。謎底是細胞膜，但是在謎語中隱藏著細胞膜的三個功能，根據生物學觀點認為結構和功能是相適應的，要具備這樣的功能，細胞膜應該具備什么樣的結構？ 重點、難點的突破：科學家對生物膜結構的探索歷程也就是如何進行生物膜結構的構建過程，這是我們要解決的重難點。根據探索歷程，把生物膜結構的構建過程分成四個階段：生物膜成分分析→膜結構的科學探索→膜結構特點的探索→生物膜結構模型的提出。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/假說（構建模型）→實驗驗證”的教學模式。在教學設計上主要突出科學史的教育，在備課過程要細致策劃如何有效地引導學生分析不同時期不同科學家的實驗及假說，通過一連串的環(huán)環(huán)相扣的問題來引導學生思維，體現(xiàn)學生“自主、探究、合作”的學習方式，感受科學家探索的歷程和過程的艱辛。 小組活動安排：構建模型或提出假說，修改模型，進行實驗設計。（課前老師指導學生以小組的形式制備了磷脂分子和蛋白質分子的模型），讓學生形象、直觀的了解了模型構建的過程，同時也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗了成功的喜悅。 1、根據相關資料讓學生課堂中以小組的形式自己來構建生物膜中磷脂分子的排列方式。 2、讓學生根據實驗現(xiàn)象自主構建羅伯特森構建的模型→進行實驗驗證，提出質疑→學生對已構建的模型修改，展示出蛋白質在脂雙層中的不同位置。（使學生進一步認識假設需要實驗驗證）。 3、根據事實資料對羅伯特森的靜態(tài)統(tǒng)一模型提出質疑，并大膽提出自己的假說，根據提供的材料進行實驗設計，證明生物膜是可以流動的。 五、教學目標 1、知識與技能 ①簡述生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容； ②舉例說明生物膜具有的流動性的特點； ③通過分析科學家建立生物膜模型的過程闡述科學發(fā)展的一般規(guī)律。 2、過程與方法 ①分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設； ②發(fā)揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構。 3、情感、態(tài)度和價值觀 ①使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點； ②培養(yǎng)學生嚴謹?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰Γ? ③認識到技術的發(fā)展在科學研究中的作用，尊重科學且用發(fā)展的觀點看待科學、樹立辨證的科學觀。 六、教具準備 1、生物膜流動鑲嵌模型的多媒體演示課件 2、學生自制的磷脂分子、蛋白質分子模型 七、課時安排：1課時 八、教學過程 教學內 容 教師組織引導 學生活動 設計意圖 導入 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——一個小小的細胞 會是何等模樣? 生物學觀點認為結構和功能是相適應的？那么生物膜具有什么樣的結構，使其能完成以上的功能呢？這是這節(jié)課我們要探究的內容。 學生很快指出謎底是細胞膜，并在老師的指導下找出隱藏在謎語中細胞膜的三個功能。 以猜謎語的形式引入使課堂帶有趣味性。 對 細 胞 膜 等 生 物 膜 結 構 的 探 索 歷 程 1、生物膜成分分析 分析資料 (E.Overton的實驗)→提出假說：膜是由脂質組成的→實驗論證：1925年，荷蘭科學家E. Gorter & F. Grendel 用有機溶劑提取了人類紅細胞的細胞膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細胞表面積。 學生分析資料，根據資料作出判斷。 讓學生初步明白根據“E.Overton的實驗”提出的不是結論，而只能是一種猜測，即假說，這種猜測對不對，需要驗證。 2、膜結構的科學探索 (1) 磷脂分子的排列 資料分析：磷脂的結構特點（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，呈球狀，又是怎樣排布的呢？ ③根據學生對問題②的解決提問學生的這種磷脂排列方式是不是和細胞膜？ 學生小組活動，提出假說，構建相關模型——生物膜中的磷脂是雙分子層。 ↓ 實驗驗證：提供科學家曾經做過的實驗（荷蘭科學家 E. Gorter & F. Grendel的實驗）。 (2) 蛋白質分子的在磷脂雙分子層中的分布 資料分析：羅伯特森實驗 ↓ 讓學生根據該實驗現(xiàn)象自主構建羅伯特森構建的模型 ↓ 分析資料提出問題：如果蛋白質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？ ↓ 學生對已構建的模型修改，展示出蛋白質不光有鑲在表面的，還有部分或全部嵌入的，還有橫跨整個磷脂雙分子層的（使學生進一步認識假設需要實驗驗證）。 ↓ 實驗驗證：科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了:蛋白質并不是全部平鋪在脂質的表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中的。 （1）磷脂分子的排列 ①學生分組活動：每組利用事先準備好的磷脂分子模型，根據其特點擺出磷脂分子在水體內，呈球狀的部面圖。（可分組展示并讓學生解說） ②學生分組活動：根據細胞膜內外都有水環(huán)境的特點，提出假說，構建相關模型——生物膜中的磷脂是雙分子層。(如圖) （2）蛋白質分子的在磷脂雙分子層中的分布 ①學生根據羅伯特森實驗現(xiàn)象自主構建羅伯特森構建的模型：“蛋白質—脂質—蛋白質”的靜態(tài)統(tǒng)一模型。（如圖） ②學生對已構建的模型修改。展示出蛋白質不光有鑲在表面的，還有部分或全部嵌入的，還有橫跨整個磷脂雙分子層的 ①在膜結構的科學探索中，通過學生自己動手用自制模型構建磷脂分子和蛋白質的排列方式，這可以讓學生形象、直觀的了解了模型構建的過程，同時也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗了成功的喜悅。 ②同時也讓我們的學生認識到我們構建的模型（也即假說）是需要實驗驗證的。 ③在蛋白質分布的探討中同學們通過對已構建的模型修改，使學生進一步認識假設需要實驗驗證，任何一個科學真理是要經得起考驗的。 3、膜結構特點的探索： 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：細胞膜是靜止的，變形蟲為什么會運動？ ↓ 提出假設：細胞膜等生物膜是可以流動的。 ↓ 科學實驗證明：以實驗探究的形式進行（給學生提供以下的主要實驗材料及用具 熒光染料：有紅色、綠色等不同顏色，可標記細胞膜表面的蛋白質分子　 細胞：小鼠細胞、人細胞。 設計一探究細胞膜上蛋白質分子能否運動的實驗方案）。 方案：不同顏色熒光標記細胞融合觀察現(xiàn)象。 ↓ 教師引導總結得出：膜上蛋白質分子是可以運動的。 ↓ 資料分析：動物細胞吸水膨脹時，磷脂雙分子層的厚度變小。得出結論磷脂分析具有流動性。 ↓ 總結：細胞膜等生物膜的結構特點是具有一定的流動性 ①根據老師給出的資料大膽地提出假設：細胞膜等生物膜是可以流動的。 ②讓學生以小組討論的形式，根據老師提供的材料設計實驗方案，證明細胞膜上蛋白質分子是能運動的。 ③與老師一起分析資料，得出結論磷脂分析具有流動性。 學生對科學探究的一般過程基本了解了之后，在膜結構特點的探索中，讓學生自己來感受一下這個過程：自己提出假設，自己來設計實驗證明，有利于加深學生的印象，并且也鍛煉了學生實驗設計的思維能力。 4、生物膜結構模型的提出 ①建立流動鑲嵌模型：1972年，桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）在新的觀察和實驗證據的基礎上提出“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：雖然我們探討的是細胞膜的結構與特點，但由于細胞膜與其他生物膜具有相似的結構與特點，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，了解學生學習的掌握情況。 流動鑲嵌模型的主要內容及結構特點 指導學生構建并完成流動鑲嵌模型的相關概念圖。 繪制生物膜的概念圖 通過讓學生繪制生物膜的概念圖，不僅讓學生鞏固知識，而且?guī)椭鷮W生構建相關的概念模型。 九、板書 生物膜的流動鑲嵌模型 細胞膜 磷脂雙分子層：基本骨架 （生物膜 ） （可以流動的） 結構特點：具有一定的流動性 蛋白質分子：鑲嵌、嵌插、貫穿 十、教學反思： 1、成功之處：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，通過引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論。在教學中通過對教材和學生的分析，將探究性學習方式引入生物課堂，讓知識的生成主要通過學生的積極思考，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，我感覺學生是喜歡這種類型的課的，在老師的引導下，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，主動觀察現(xiàn)象、分析現(xiàn)象，主動設計實驗，主動預測結果等等，通過對“細胞膜結構的探索”的探究式學習，初步學會用實驗去探究生物現(xiàn)象的能力，建立起“現(xiàn)象分析→提出問題（要求）→做出假設（構建模型）→實驗驗證”的科學探究概念。并且在得出每一個結論與推論后，筆者問學生科學探究是不是接結束了，學生說不是，而是在得到的結論與推論的基礎上重新提出新的思考、新的問題，說明學生通過體驗探究過程，明白什么是科學實驗探究。這個也正是我們老師想教給學生的一種科學探究的方法和理念，對于學生在今后的學習、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。學生的團隊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生的活動時間，還需要仔細思考。