“生物(细胞)膜的成分和结构”的教学设计

王国荣

(江苏省常州市北郊高级中学 213031)

1 教材分析

人教版高中生物学必修1“细胞膜——系统的边界”和“生物膜的流动镶嵌模型”(教材中以细胞膜为主)两节内容存在联系，可加以整合。主要涉及细胞膜的成分和功能、细胞膜的实验制备、对系统边界的认同和细胞膜的重要意义的认同、生物膜的结构、模型构建中生物技术作用的认同、结构与功能相适应的观点认同。其中细胞膜的成分和功能、细胞膜对于生命系统的重要意义、流动镶嵌模型的基本内容是本部分的教学重点；哺乳动物细胞膜的制备方法、细胞膜对于生命系统的意义和建立生物膜模型过程中如何体现结构与功能相适应等几个方面是教学难点。通过整合，在进行知识传授的同时，可有效进行理性思维训练，促进学生对生物学思想的领悟。

2 教学目标

2.1 知识目标 简述细胞膜的成分、功能和流动镶嵌模型的基本内容，举例说明生物膜的流动性的特点、结合科学家生物膜模型的建立过程说出科学发展的一般规律。

2.2 能力目标 初步尝试用哺乳动物红细胞制备细胞膜，结合科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题、作出假设、构建细胞膜的空间立体结构。

2.3 情感态度价值观目标 认同细胞膜是系统的边界，对细胞的重要意义；基于实验教学培养学生严谨治学的科学态度和学生的理性思维，培养学生推理和想象能力；树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点。

3 教学过程

3.1 对“细胞膜——系统的边界”的认同 投影动植物细胞模式图。利用学生已有细胞显微结构的基本知识，即除了植物细胞的细胞壁(由纤维素和果胶构成的，没有活性、起保护作用的透性结构)，细胞膜位于细胞的最外面，继而提出细胞膜是系统的边界。细胞是最基本的生命系统，指出此处系统就是指生命系统。

投影中国地图，以国界(边境)进行类比教学。教师阐述边界线及其功能，推理和认同细胞膜的功能。询问学生平常鸡蛋(未受精的)打入碗里时蛋黄的情况。播放用筷子挑破蛋黄的视频，证明细胞膜的存在。展示将颜料注入蛋黄中而颜料不出来的图片。

设计意图：通过类比和利用学生已有经验建构新知识，有利于学生认知结构的完善。视频展示细胞膜客观存在的实验过程，对学生进行由推论到实验证实的理性思维训练。

3.2 对细胞膜三大功能的习得 利用国境线的类比，投影动物细胞物质进出的模式图和教材P42图3-2细胞间信息交流的方式举例，在学生观察的基础上，结合生活中一些实例(如胰岛素)讲解细胞膜的功能。就控制物质进出，引导学生认真观察模式图，直接给出学生结论。控制物质进出这个功能具有一个特性——选择透过性。呈现教材P43拓展题第2题，要求学生阐述其中原理。提问学生：生活中有没有这方面的运用？联系初中生物学关于种子发芽率的调查，要求学生尝试设计一个调查方案(如将小麦种子泡软纵切，泡入红墨水中，看看胚是否染色。)并要求尝试分析某些种子胚被染成红色的原因。

设计意图：用国境线类比创设情境，构成前后教学呼应，促进学生领悟内化。利用学生的发现，让学生初步习得重要概念“选择透过性”。利用教材拓展题和实例设计的分析，帮助学生形成正确概念并纳入认知结构中。

3.3 对细胞膜成分探究的教学 呈现两段情境素材，即欧文顿动物细胞膜的通透性研究和细胞膜蛋白酶处理的实验素材。结合生物学功能、结构和物质关系的基本生物学思想，利用学生已有的生物和化学知识、生活实例，引导学生分析，初步接受科学家推测的细胞膜的组成成分。提出如何确定和证实细胞膜的组成成分，组织学生尝试探究。尝试分析生物实验材料如何选择(如常规动植物细胞、哺乳动物成熟红细胞、其他动物红细胞)，呈现和介绍哺乳动物成熟红细胞的结构，引导学生分析选择哺乳动物成熟的红细胞的理由，最后提炼出生物实验材料选择原则。视频展示制备细胞膜的方法，教师介绍吸水涨破、离心和丙酮提取等实验方法、原理。

设计意图：作为陈述性知识的细胞膜的成分相关内容，利用情境材料引导学生进行反思性学习和探究，主要训练学生的理性思维；同时利用视频和实验探究的分析，让学生初步体验和领悟实验探究的方法，培养学生的核心素养。

3.4 生物膜结构的探索历程 细胞膜的脂质中最多的是磷脂，磷脂和蛋白质是如何构成细胞膜从而实现细胞膜的功能呢？利用1917年的朗姆瓦(Langmuir)的磷脂溶于苯和水的实验和1925年荷兰科学家戈特和格伦德尔两位科学家用丙酮提取平铺水面实验创设情境，引导学生推理出磷脂分子包括亲水端和疏水端两部分，组织学生猜想和阐述磷脂如何构建基本骨架。至于蛋白质如何参与细胞膜的构成，展示1959年罗伯特森实验及其推论加以描述。尝试利用1970年的荧光标记的人鼠细胞融合实验，以及1972年桑格和尼克森利用冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜实验结果作为证据引导学生对罗伯特森的观点进行反驳，引导学生提出细胞膜的流动性结构特点和表述蛋白质在磷脂双分子层上的分布[1]。在此基础上，归纳细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容。

设计意图：按照三个线索展开构成细胞膜的科学史教学(磷脂如何构成基本骨架、蛋白质如何参与构建细胞膜以及细胞膜的结构特点及原因)。利用科学史的介绍，尝试通过实验素材引导学生进行理性思维训练。

4 教学反思

学生理性思维的训练可以渗透在课堂教学的各个环节中，譬如对细胞膜是系统的边界的认同。学生已经具备细胞膜知识，至于细胞膜的存在以及是不是系统的边界，缺少实证。就细胞膜成分和结构的教学，通过分析探究，提出假说，借助微实验视频和图片的展示，有效地对学生进行理性思维能力的培养。科学史的教学，尝试以科学家的发现素材作为材料，让学生分析、提出猜想和展示实验材料加以证实，让学生体验科学发现过程，进一步落实理性思维的训练[2]。要求学生尝试对出芽率进行实验设计，训练学生问题解决的能力并对控制物质进出功能提供实证的理性思维训练。