细胞膜的流动镶嵌模型

细胞膜的流动镶嵌模型汤烨1、内容和地位1.1 “生物膜的流动镶嵌模型”一节是人教版《必修1分子与细胞》第四章《细胞的物质输入和输出》之第二节，与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。

所以，这节的内容安排很巧妙，对整个章节的知识起到了承上启下的作用。

1.2 本节主要包括了两大部分内容：①.科学家对细胞膜结构的探索历程。

这是一个很好的科学史教育素材，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力，自然而然地接受流动镶嵌模型的理论，更重要的是让学生加深对科学过程和方法的理解，明白科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工作；科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一成不变的，需要不断修正、发展和完善；科学发展与技术有很大的关系，技术的进步可以更好地促进科学的发展。

②.细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容。

在众多对细胞膜结构的假说中，细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍接受认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识，学生必须展开想象力，在头脑中构建细胞膜的空间结构，理解和掌握流动镶嵌模型的基本要点，这对于更好的理解下一节物质跨膜运输的方式有很重要的联系。

2、学情分析2.1 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。

2.2 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。

3、设计思路3.1 调动学生已有的知识和经验，激发学生的探究欲望。

学生在第2章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型，当时就遇到过用什么材料做细胞膜的问题。

本节课可以从这个问题入手，让学生从结构与功能相适应的角度分析，用什么材料做细胞膜，能更好地体现细胞膜的功能。

关于这个问题，学生已有的知识是：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界；细胞膜能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过；植物细胞质壁分离和复原的实验告诉学生，细胞能够在一定范围内涨大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。

教材中“问题探讨”栏目列出了三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，其中塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足上述三项功能的要求。

通过这个问题的讨论，学生就会认识到建立细胞膜的结构模型，必须从结构与功能相适应的观点出发来思考。

当然，细胞膜不可能是由弹力布构成的。

细胞膜到底具有怎样的结构，才能使它具有上述功能呢？3.2 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，在旧教材中涉及不多，要教好不容易。

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。

3.3 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，教师自制了磷脂分子和蛋白质分子的模型，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。

3.4 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。

[教学目标1、知识与技能①简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容；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阐述科学发展的一般规律。

2、过程与方法①分析科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题，大胆作出假设；②发挥空间想象能力，构建细胞膜的空间立体结构。

3、情感、态度和价值观①使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点；②培养学生严谨的推理和大胆想象能力；③认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学、树立辨证的科学观。

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。

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、生物膜的空间立体结构；3、生物膜的流动性特点。

教具准备1、生物膜流动镶嵌模型的多媒体演示课件2、自制磷脂分子、蛋白质分子模型教学流程设问引入→“问题探讨”→体验“生物膜结构的探索历程”→阐述“流动镶嵌模型的基本内容教学课时1课时教师活动学生活动设计意图1.导入3min同学们，我们在第三章学习过细胞膜，主要了解了它的主要成分和功能，同学们请回忆之前学过的内容，快速的回答细胞膜的主要成分是什么？它有什么功能？好，我们根据细胞膜的功能再来看在前面我们制作真核细胞的三维结构模型中，遇到过用什么材料做细胞膜的问题，现在有三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你选用哪种材料呢？为什么？教师解答：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。

细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。

植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。

当大家进行选择作为细胞膜的材料时，依据是细胞膜的功能，这体现了什么样的生物学思想呢？回答：细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，功能有①将细胞与外界分离开②控制物质的进出③进行细胞间的交流。

回答：弹力布复习已学的内容并引起学生学习兴趣生物体结构和功能相适应的思想。

实际上，弹力布也并不能完全代替生物膜。

要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。

这就是我们学习这节课的目的，了解细胞膜的结构，大家看书，这节课的题目，细胞膜的流动镶嵌模型，这就是科学家们经过很多年的研究得出的细胞膜结构的模型，这其中到底有什么研究方法，科学家们是怎么一步步得到这个模型。

今天我们就来重新走一遍他们走过的路。

2、细胞膜的探索过程A.首先要知道细胞膜的结构，要先知道是什么成分构成的，我们刚才回忆了细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，这又是怎么发现和确定的呢？展示材料时间：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。

提出假说：膜是由脂质构成的。

依据什么知识和事实提出这一假说：相似相容性教师：1.最初认识到生物膜是由脂质组成的，是通过现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？在得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？教师：那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？教师：这说明什么问题呢？教师：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。

从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。

学生：有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。

学生：当时的技术不能实现。

学生：这说明技术对科学研究的重要作用。

也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。

B.探究这些物质是如何组成膜的？出示资料②：1917年欧文·朗缪尔将提取的膜质铺展在水盘的水面上，发现脂在水面上形成一薄层，单脂层亲水的头朝向水面，疏水的尾背离水面。

于是他提出：磷脂分子是一种由甘油、脂肪酸和磷酸所组成的分子，结构既有疏水基团（尾部），又有亲水基团（头部）。

因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水—空气界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。

这样磷脂分子可以在空气和水的界面上展开为一层。

展示材料③：戈特和格伦德对血影的研究时间：1925年人物：荷兰科学家Gorter和Grendel实验：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学生根据教师的讲解摆出模型（1.8～2.2）∶1，约为两倍。

教师：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？学生：细胞膜中的磷脂是两层的。

教师：那这两层磷脂分子在细胞中又是怎样排布的呢？再分小组讨论、利用你手中的模型摆出来吧。

学生：分组讨论并提出细胞膜应两面都处于水环境中，所以讨论得到正确的排布方式。

C。

：那蛋白质和磷脂的位置关系又是如何的呢？展示材料④：罗伯特森的单位膜模型时间：1959年人物：J. D. Robertson罗伯特森实验：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，厚约7.5 nm，它由厚约3.5 nm的双层脂质分子和内外表面各为厚约2 nm的蛋白质构成。

提出假说：连续的脂质双分子层组成膜的主学生：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。

人类对自然界的认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。

体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。

他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。

单位膜模型的主要不足在于：把生物膜的结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾。

单位膜结构模型继承了前人的有关结论，又成功地利用了先进的电子显微镜的观察结果作为证据。

但是他将生物膜描述为静态的刚性的结构，这一点很快又被新的技术手段下的实验所否定。

问题（4）：有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？教师放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、细胞分裂的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。

展示材料⑤：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验时间：1970年人物：Larry Frye等实验：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。

提出假说：细胞膜具有流动性。

教师：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。