“细胞膜的结构和功能”教学设计

李小玲

摘要 以细胞膜成分与结构的科学探究史为主线，以问题为引领，引导学生提出假说，构建模型、修正模型，旨在促进学生主动、合作、探究及可持续性学习，发展学生的生物学核心素养，实现生态育人目标。

关键词 科学史 物理模型 细胞膜流动镶嵌模型

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

1教材分析及设计思路

本节课是人教版生物学《必修1·分子与细胞》第三章第一节的内容，安排在糖类、脂质和蛋白质等有机化合物之后，又是细胞的基本结构开篇之作，主要包括细胞膜的功能、对细胞膜结构的探索、流动镶嵌模型的基本内容3部分。细胞膜成分、结构和功能的学习有助于学生理解有机物如何构建细胞结构，促使学生初步形成结构与功能相适应的生命观念，同时又是学习生物膜系统、物质进出细胞方式的基石。科学史的学习能够加深学生对科学研究方法和科学本质的理解，使学生感受技术发展在科研中的作用，发展学生的科学思维，是涵育学生生物学学科素养的极佳素材。

本节课运用科学史和模型建构相结合的教学策略，以细胞膜成分与结构的科学探究史为主线，以问题为引领，运用假说、求证等方法，引导学生提出假说、构建模型、修正模型，旨在促进学生主动、合作、探究、可持续的学习，发展学生的生物学学科核心素养，实现生态育人目标。

2教学目标

1通过亚甲基蓝染色法鉴别酵母菌细胞是否死亡，概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分开，结合实例分析，概述细胞膜能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流。

2基于观察实验现象及分析科学史，反复运用假

说、推理、模型与建模、批判性思维等方法，提出细胞膜结构的相应假说，领悟“提出假说”这一科学方法，提升科学思维和科学探究能力。

3通过构建模型，深入理解细胞膜流动镶嵌模型，通过对细胞膜成分、结构和功能的分析，体会细胞膜的结构与功能相适应，树立结构与功能观，发展生命观念。

4通过分析脂质体运载药物原理，培养社会责任素养。

3教学过程

3.1展示实验，导入新课

教师将显微镜与一体机连接，演示“亚甲基蓝染色法鉴别酵母菌细胞死活”实验，引导学生分析“死细胞会被染成蓝色，活细胞不着色”。学生据此，推测细胞膜（质膜）的功能。教师由此引出本节课题并学习细胞膜的3种功能及实例。

设计意图：教师以显微镜、一体机等装备为载体，利用真实的实验导入，为学生运用观察法搭建平台，迅速调动学生探究的热情、学习的欲望，使学生直观感受并理解“细胞膜能将细胞与外界环境分隔开”这一功能，并为细胞膜其他功能的学习做铺垫。

3.2史料求证，构建模型

科学家对生物膜成分与结构的探索历经百余年时间，教师引导学生按时间顺序重温科学家的探究过程，使学生体验“资料分析—提出假说—资料分析—验证假说—得出结论”的科学思维过程，自主探究细胞膜的成分及结构，构建相关模型（图1），从而锻炼学生的实践动手能力，增强学生的合作意识，使学生在实践中获取知识、在建模中领悟科学精神、发展科学思维。

3.2.1构建单个磷脂分子模型

教师提供欧文顿实验的资料。学生分析后，提出假说：细胞膜中可能存在脂质。接着，教师提供科学家开展的细胞膜的化学成分分析的资料。学生通过分析资料，验证假说，得出结论：脂质是细胞膜的成分，其中磷脂最丰富，介绍磷脂分子结构。

教师为学生提供若干直径2cm的泡沫球（表征磷脂头部）、毛根铁丝（表征磷脂尾部），要求每个学生构建2个磷脂分子物理模型（图2）。

设计意图：学生在问题引导下分析科学史料，体验提出假说、实验验证、得出结论的科学思维方法，从而为后续教学过程中应用“提出假说”这一科学方法铺路奠基，同时培养获取证据的能力。构建物理模型活动遵循由易到难、人人参与的设计思路，教师首先让每个学生构建两个磷脂分子，不仅符合学生的认知规律，也可以作为后续模型建构的材料。

3.2.2构建磷脂双分子层模型在学生认识到磷脂分子结构特征后，教师提出问

题：1画出磷脂分子在空气-水界面上的分布;2搅拌水面可使磷脂分子形成球体，画出球体的平面图。学生思考后，提出假说：细胞膜中的磷脂分子排列为两层。教师提供戈特和格伦德尔实验，学生分析资料，验证假说，得出结论：细胞膜上的磷脂分子为连续的两层。

学生利用细铁丝（用于固定泡沫球）、牙签（用于支撑）、及活动1中构建的磷脂分子，8人一组合作构建磷脂双分子层结构模型（图3）。

设计意图：教师设计问题串，逐步加深学生的思维含量，实现知识的深度学习。学生先分析磷脂单分子层的分布，搭建通往构建磷脂双分子层模型的桥梁。

3.2.3构建细胞膜三层结构模型

教师提供丹尼利和戴维森实验的资料。学生据此，提出假说：细胞膜成分有脂质和蛋白质。接着，教师提供罗伯特森实验的实验，学生分析资料，验证假说，得出结论：细胞膜由“蛋白质-脂质-蛋白质”三层结构构成。

学生利用太空泥制作蛋白质分子，在活动2的基础上小组合作构建细胞膜暗-亮-暗结构模型（图4）。

设计意图：教师精简整合科学史，便于学生短时间内提取关键信息，提高课堂效率。建模活动的设置是逐步推进的，由磷脂分子到磷脂双分子层，再到细胞膜暗-亮-暗结构模型，每个环节间联系紧密，层层递进，逐步引导学生揭开细胞膜结构的神秘面纱。

3.2.4修正模型

教师提出问题：细胞膜是否为静止的？学生能够想到用变形虫运动反驳细胞膜为静态这一观点，进而提出假说：细胞膜具有流动性。教师展示人鼠细胞融合实验，引导学生分析后得出结论：细胞膜具有流动性。通过阅读冰冻蚀刻技术研究细胞膜中蛋白质分布的资料，学生形成新知：蛋白質镶、嵌、横贯磷脂双分子层。

学生合作修正活动3中构建的细胞膜结构模型（图5）。

设计意图：修正模型可以培养学生的批判性思维、深化学生的证据意识，也让学生体会科学道路从无坦途。修正后的细胞膜结构模型作为流动镶嵌模型的基础，既可以重复利用，又能让学生在不断建模、修正模型的过程中体会科学是一个不断继承和发展的过程，科学的发展离不开技术的革新，也离不开众多科学家的不断探索，以此深化学生对科学本质的理解。

3.2.5完善流动镶嵌模型

教师提醒学生：随着对细胞膜的深入研究发现，细胞膜主要有脂质和蛋白质构成，还有少数糖类。并将提前准备好利用六角形纸片和铁丝制作的糖链装于信封中，每小组分发1个糖链。

学生合作，利用糖链（六角纸片代替，每组发1条）完善细胞膜的流动镶嵌模型（图6）。

设计意图：每小组发放1条糖链的目的是让学生自己想象糖链的连接部位，利于学生理解糖蛋白和糖脂的含义，也为讲解糖链只位于细胞膜外侧作铺垫。结合糖被与细胞间信息传递的联系、细胞膜的流动性与单细胞生物依靠膜的流动性完成生命活动的联系，不断强化学生的生命观念，促使学生形成结构与功能观。

3.3梳理知识，总结提升

学生經过一系列的建模活动，细胞膜的流动镶嵌模型已然呈现在眼前。学生结合教材，自主学习，结合模型展示学习成果。教师引领学生梳理知识，构建细胞膜结构与功能的知识框架图（图7）。

设计意图：历经一系列的建模活动，学生跟随科学家的脚步终于揭开了细胞膜流动镶嵌模型的面纱。流动镶嵌模型的基本内容作为本节课重点知识，是学生理解细胞膜功能的重要理论支撑。对该部分内容的梳理与讲解可以帮助学生形成结构与功能观。教师引导学生构建细胞膜相关知识框架图，挖掘知识间的内在联系，强化知识的整体观意识，让本节课重点内容跃然纸上，让学生思维认知更加系统。

3.4联系社会，关注生命

教师介绍：脂质体作为药物运输载体，具有良好的靶向性和生物相容性。学生分析，得出：亲水性化合物包埋在脂质体的水性核心，而亲脂性药物镶嵌于脂质疏水双层中。教师补充：脂质体的运用缓解了许多病患症状，减轻了病患的不良反应，但其研究仍存在诸多待解决的问题，如成本高、靶向性不足、不够稳定等。相信这个问题会随着技术的革新逐步解决，希望同学们将来能贡献自己的一份力量。

设计意图：教师引导学生分析脂质体的应用，实现学科知识向实践应用能力的转化，呼吁学生关注生命，促使学生认可“知识就是力量，知识的更新是为人类谋幸福的桥梁”。教师介绍脂质体研究中存在的问题，使学生体会科研无止境，感受科学本质。教师表达对学生的殷切期望，激发学生的社会责任感，唤醒学生的学习使命感。

4教学反思

本节课不仅注重引导学生亲历知识的形成过程，还抓住点滴机会渗透生物学学科核心素养，让学生进行有深度的学习。学生跟随科学家的脚步，逐步了解细胞膜的成分及结构，符合认知规律，加深对科学本质的理解。逻辑连贯又层层递进的模型建构活动使学生亲自探明了细胞膜的结构特点，真正实现了思维的连贯发展，参与了知识的形成过程。教师引导学生梳理构建细胞膜知识脉络图，使知识更系统，利于学生形成结构与功能相适应的观点，发展生命观念。脂质体的介绍促使学生解决真情实境中的新问题，实现知识的内化和迁移，潜移默化地唤醒学生的学习使命感，激发学生的社会责任感。

参考文献：

李秀英，曾凡等.脂质体药物递送系统的研究进展[J].中国新药杂志，2014，23（16）：74-81.

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