高中生物生物膜的结构教学设计学情分析教材分析课后反思文档格式.docx
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加深学生对科学的历史和本质的认识,特别是这些内容中所体现的结构和功能相适应的观点。
实验技术的进步推动科学的进步等观点对于学生的情感态度与价值观领域的发展有重要价值。
3.教学建议与学法指导说明
本节内容以细胞膜分子结构的探究历程为主线,学生动脑分析实验现象得出实验结论并构建模型为重点,让学生从中体验科学的实验思想和实验方法。
使学生认识到在建立生物膜模型的进程中,实验技术的进步所起的作用;
理解在建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。
学情分析
高中学生具备了一定的观察和认知能力,分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立,但还很不完善,对事物的探索好奇,又往往具有盲目性,缺乏目的性,并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。
学生已经了解了细胞、知道了组成细胞的分子、掌握了细胞的基本结构,尤其是细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识,为本节知识的学习奠定了基础。
本节通过回顾生物膜发展的历史,教学中要抓住主线,有效地引导学生思考、分析科学家所做的实验及假说,通过环环相扣的问题启发、引导学生,使其感到身临其境,仿佛自己就是科学家在思考在研究,最后自然而然地得出规律,并归纳总结出生物膜的流动镶嵌模型建构的基本方法。
此外,还应重点理解和掌握生物膜的流动镶嵌模型,学会运用模型解释相应的生生物学现象。
教学目标
1、简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
理解生物膜的结构特点是具有一定的流动性(包括膜脂的流动性和膜蛋白的运动性),这种流动性对于活细胞的生命活动,有着十分重要的意义
;
2、举例说明生物膜具有的流动性的特点
3、通过分析科学家建立生物膜模型的过程,尝试提出问题、做出假设,理解假说的提出要有实验和观察的依据,需要严谨的推理和大胆的想象,并通过观察和实验进一步验证和完善
4、使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点
重点难点
1.教学重点
①科学家对生物膜结构的探索历程。
②生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。
2.教学难点
①对科学探究过程的分析,如何体现生物膜的结构与功能相统一;
②生物膜的流动性特点。
教学环境
1.生物膜流动镶嵌模型的多媒体演示课件
2.自制质膜中磷脂分子、蛋白质分子排列模型
3.自制流动镶嵌模型
教学方法
归纳探究法,自主、合作学习。
教学思路
1.调动学生已有的知识和经验,激发学生的探究欲望。
2.本节课在教学设计上主要突出科学史的教育,科学史的教学是在新教材中特别强调和突出的。
老师备课过程要细致策划如何有效地引导学生分析不同时期不同科学家的实验及假说,评价他们的贡献;
要能通过一连串的环环相扣的问题来引导学生思维,要让学生感到身临其境,仿佛自己就是那个科学家在思考研究;
最后让学生从中总结出科学发现的一般规律。
3.生物膜结构模型的构建是本节要突破的一个难点问题。
本节课中,让学生根据科学家的实验现象自己来构建磷脂分子的排列方式、蛋白质与磷脂的组合方式,这样让学生不但形象、直观的了解了模型构建的过程、也让他们置身其中、探索奥妙并体验了成功的喜悦。
4.细胞膜的流动镶嵌模型这个难点的讲解可通过多媒体课件来突破,有顺序和层次地介绍。
通过幻灯片放映各个科学家研究的图片、动画,增强了这些内容的立体感、丰富了教学内容、使学生在乐趣中学、在轻松中学。
教学过程
环节1
教师:
同学们,在前面我们学习了质膜的成分、生物膜系统的功能,给大家2min中复习有关内容,进行课前热身。
学生:
质膜的成分是脂质、蛋白质和糖类
生物膜系统包括质膜、细胞器膜以及核膜
①质膜不仅把细胞与外界环境分隔开,使细胞具有相对稳定的内部环境,还在细胞与外界环境进行物质交换、能量转换和信息交流的过程中发挥着重要作用。
②生物膜系统增加了细胞内酶的附着面积,有利于细胞内代谢的顺利进行;
同时把各种细胞器分隔开,使细胞内生化反应区域化、秩序化,保证了细胞生命活动高效有序地进行。
通过前面的学习我们知道生物膜系统在生命活动中有着不可替代的作用,但是生物膜有如此强大的功能与生物膜的结构是分不开的,结构决定功能。
这节课我们就来学习一下生物膜的结构。
设计意图:
通过简单的提问,创设情景,引入新课。
环节2
人们对事物的认识是有一个过程的,科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问,开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索,历经了一百多年时间,走过了一条曲折的道路,直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。
让我们一起重温一下这段历史,会让大家对科学过程和本质的理解有所启发。
首先我们解决第一个问题质膜的成分是什么?
请同学们阅读学案资料一与资料二,分析得出质膜的成分有哪些?
展示材料①:
欧文顿的实验及其相关的图片
时间:
19世纪末
1895年
人物:
欧文顿(E.Overton)
实验:
用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验,发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的:
凡可以溶于脂质的物质,比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
②资料2.20世纪初,科学家将质膜从哺乳动物成熟红细胞中分离出来,发现质膜不但会被溶解脂质的物质溶解,也会被蛋白酶(能专一分解蛋白质的物质)分解。
质膜的成分主要有脂质和蛋白质
在得出结论之后,20世纪初,科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来进行化学分析,得出结论:
组成质膜的脂质中有磷脂和胆固醇,其中磷脂的含量最大。
那磷脂是什么物质呢?
磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子,磷酸基团“头”部是亲水的,脂肪酸“尾”部是疏水的。
请同学们根据磷脂分子这一特性想一想:
磷脂分子在空气-水界面上会怎么样铺展?
完成合作探究一
小组代表上黑板演示,并且给出这样建构的理由。
磷脂分子在空气与水的界面是呈单层排列的,那么在质膜中磷脂分子是如何排列的呢?
展示材料③:
戈特和格伦德
1925年
荷兰科学家Gorter和Grendel
两位科学分离纯化了红细胞,从一定数量的红细胞中抽提脂类,按Langmuir的方法进行展层,并比较展层后的脂单层的面积和根据体积所推算的总面积,发现提取的脂铺展后所测的面积同实际测量的红细胞的表面积之比为(1.8~2.2)∶1,约为两倍。
实验结论:
质膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。
假如你是当时的科学家,当你做实验时发现单分子的磷脂分子正好是红细胞的两倍时,大胆地展开你的想象力,你能做出什么假说?
质膜中的磷脂是两层的。
那这两层磷脂分子在细胞中又是怎样排布的呢?
结合组织细胞生活的环境,再分小组讨论、利用你手中的模型摆出来吧,完成合作探究二。
分组讨论,并根据质膜应两面都处于水环境中,所以讨论得到正确的排布方式。
质膜中除了有脂质外,还有蛋白质。
质膜中的蛋白质是如何排布的呢?
展示材料④:
罗伯特森的单位膜模型
1959年
J.D.Robertson罗伯特森
用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片,显示暗—明—暗三层结构。
生物膜由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成
请同学们根据罗伯特森的实验结论完成学案有关罗伯特森相关问题的前两个问题。
(1)暗带和明带分别代表什么物质?
(2)蛋白质在质膜上怎么排列?
暗带代表蛋白质,亮带代表脂质,根据罗伯特森的结论得出蛋白质是分布在脂质两侧,呈对称分布。
随着科学技术的发展,科学家利用冰冻蚀刻电子显微法发现蛋白质的分布方式
由此可以得出结论:
蛋白质在膜中的分布是不对称的
罗伯特森还提出所有生物膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质组成的静态的“三明治”式结构,化学成分一直不变。
如果生物膜是静态的能完成下面这些功能吗?
不可以。
既然大家推测生物膜不是静止的,那么我们需要拿出证据证明生物膜是运动的。
展示材料⑤:
荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验
1970年
LarryFrye等
将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后,让两种细胞融合,杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光,放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。
生物膜具有流动性,由此推翻了罗伯特森的静态模型。
生物膜具有流动性的原因是什么呢?
请同学们从课本找出问题的答案。
原因是组成生物膜的磷脂分子和大部分蛋白质分子并不是静止不动的,而是运动的。
很好,在继承前人的结论基础上,结合新的观察和实验证据,又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。
其中1972年桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
学习流动镶嵌模型的创立过程和内容。
环节3
请同学们根据预习内容建构生物膜的流动镶嵌模型,完成合作探究三。
那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢?
(1)磷脂双分子层是生物膜的基本支架。
其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧,疏水性的尾部相对朝向内侧。
(2)蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面,有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中,有的横跨整个磷脂双分子层。
这里体现了膜结构内外的不对称性。
(3)磷脂分子是可以运动的,具有流动性。
大多数的蛋白质也是可以运动的,也体现了膜的流动性。
生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢?
生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。
的确,流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的,但它无法完美地回答生物膜的所有功能。
展示材料⑥
在细胞膜的外侧,有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白,叫做糖被。
糖被与细胞识别、保护和润滑有密切联系。
在质膜的外表(判断细胞内外的标准)
糖脂:
细胞表面糖类和脂质分子结合成的。
纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程,我们得出被大多数人所接受的模型。
分析生物膜模型的建立过程中,总结:
请同学们完成学案表格
时间
科学家
贡献
20世纪初
1925年
1935年
1959年
1970年
1972年
现代发展
2、生物膜结构特点:
生物膜功能特点:
质膜的脂质中有
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