资源简介

3.1细胞膜的结构和功能 教学设计
——细胞膜的结构和功能
1概念分析
本节课是高中生物学新课改生物学必修1《分子与细胞》第三章第一节的教学内容。本节课安排在糖类、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三部分。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。
知识概括：细胞膜的功能——将细胞与外界环境分割开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流。
关于细胞膜的分子结构模型，辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型被大部分人接受。流动镶嵌模型认为，细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成的，其外表面还有糖类分子；细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性。
课标要求：聚焦课标，大概念要求学生认识到“细胞都由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流。”
联系前后：本节课的教学内容是在学习了细胞的化学组成的基础上进行的，主要包括细胞膜的功能、细胞膜的物质组成、细胞膜的探究历程、流动镶嵌模型等内容，这既有利于学生巩固前面所学的知识，又能为学生学习细胞的代谢作好铺垫，在教材中起着承上启下的桥梁作用。
地位作用：本节课安排在糖类、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，承前启后，并且为学生学习生物膜系统、物质进出细胞方式打下基础。本节课体现了结构决定功能的生物学特点，在教学中起着至关重要的作用。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学情分析
基于必修1前两章的学习和初中相关的知识基础，学生已知道细胞的基本结构、组成细胞的成分和各成分的功能、细胞成分鉴定的一般方法，为本节知识的学习奠定了基础。学生虽然具备了一定的观察和分析能力，思维的连续性和逻辑性也已初步建立，但还不是很严密，对探索事物的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考，故此节课积极引导学生观察分析实验现象，大胆提出实验假设。
3教学目标
3.1知识目标
阐述细胞膜的成分和功能；认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义；理解细胞膜流动镶嵌模型的基本内容。
3.2能力目标
通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试提出问题，作出假设；通过生物膜模型建立过程的一系列实验，培养学生根据实验现象进行分析推理的能力；尝试利用废旧物品制作生物膜模型。
3.3情感态度与价值观
通过各实验的资料分析，使学生体验科学工作的方法和过程，增强学生探索新知识的欲望和创新意识；探讨建立生物膜模型的过程中如何体现结构和功能相适应的关系；认同科学发展是在众多科学家共同探索、以及技术进步的基础上的。
4教学重点
细胞膜的功能；流动镶嵌模型的基本内容。
5教学难点
探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构和功能相适应的关系。
6教学过程
教学流程 教师活动 学生活动 设计意图
创设情境
导入新课
(2分钟) （展示摸脸图片）同学们摸摸自己的手和脸，你摸到什么了呢？
对，是皮肤，任何系统都有边界，而皮肤是隔绝我们人体内与外界的边界。细胞作为一个完整的系统，也是有边界的，那么细胞作为最基本的生命系统，它与外界的边界是？
【屏幕展示】真核生物细胞基本结构图片。
非常好，今天我们就一起来研究一下最基本的生命系统细胞的边界一细胞膜。 学生能回答皮肤。
学生通过识图能
准确齐答出：细胞膜。 展示图片，与学生互动，使之与生活实际联系，吸引学生注意力，将学生引入课堂情境之中，激发学习兴趣。
探究细胞
膜的作用
(10分钟) 【展示资料】科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出细胞。 【提问】伊红充满细胞却不能溢出细胞，说明了什么？
对，我们可以看出细胞膜将细胞与外界分隔开，导致伊红不能逸出细胞。
在原始海洋还是一片混沌的时候，有了细胞膜这个边界将细胞与动荡不安的原始海洋分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定，才使得原始生命的诞生成为可能。从而减小受到的各种外部干扰，才能正常的进行各种代谢活动。这就好比我们的学校的围墙，班级的墙壁，如果没有这些，喧嚣的街道，隔壁班级的活动直接影响到我们班级同学的学习，那么，我们的学习不可能正常进行。
细胞膜作为细胞的边界，它还具有什么样的功能呢？我们一起通过一段动画来了解一下。
【屏幕展示】动物细胞控制物质进出动画。
【教师讲述】这是一个动物细胞模式
图。橙黄色代表代谢废物，红色代表有用物质，绿色代表无用物质。
看完这个动画，请同学们总结下哪些物质能进出细胞，哪些不能进入细胞。 （教师及时肯定总结） 细胞膜像海关或边防检查站，对进出细胞的物质进行严格的检查，细胞需要的营养物质可以从外界进入，不需要的或者对细胞有害的物质“不容易”进入细胞，抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外；但是细胞内的DNA等重要成分却不会流失到细胞外。所以，细胞膜的第二个功能是能控制物质进出。
但是细胞膜的控制作用也是有限的，是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；所以有些病毒、细菌能侵入细胞，使生物体患病。
生物体作为一个繁忙有序的细胞社会，每个细胞都不是孤立存在的，与周围的环境关系密切，不断地与外界环境发生着物质和信息的交流。只有这样，细胞才能联合起来完成生命活动。而细胞之间的信息交流方式多种多样。 【屏幕展示】（直接交流）精子和卵细胞结合过程。
同学们可以看到精子和卵细胞是通过直接接触进行信息交流形成受精卵的，这种方式就是直接交流。即通过膜表面的信号分子进行识别和结合，达到信息交流的目的。
（间接交流）近距离的细胞可以直接交流，那相距较远的细胞怎么进行信息交流呢？
【屏幕展示】激素分泌传递作用过程。
教师引导学生识图，找出在这个过程中，哪些物质分别模拟寄信人、信件、邮差、收信人？
（教师总结陈述）这种方式就是间接交流。
【屏幕展示】胞间连丝图片
有的相邻两个细胞之间可以形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一细胞。例如高等植物细胞间通过胞间连丝相互连接形成通道，完成信息交流。
所以，细胞膜第三个功能是进行信息交流。
最后我们一起来总结细胞膜的功能。
学生阅读资料，思
考、分析，讨论回
答得出：细胞膜将
细胞与外界环境
分隔开。 学生观察动画，找
寻规律得出：代谢
废物排出细胞，有
用的物质进入细
胞，无用的物质不
能进入细胞。 学生观察图片，思
考讨论回答出：寄
信人是内分泌细
胞，信件是内分泌
细胞分泌的激素，
邮差是血液，收信
人是靶细胞。 学生回想前面学
到的细胞膜功能，
并和老师一起总
结巩固。 引导学生展开想像，理解细胞膜功能，认同细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义。树立功能与结构相适应的生物学观点。 学生积极参与课堂讨论，通过表达交流，让学生学有所得，有学习的成就感。 将细胞膜的成分和功能与生活实际联系，让学生注意理解生物科学与技术和社会之间的相互作用，重视理论联系实际。 引导学生识图，拓展视野，激发学生求知欲。进一步体会细胞膜的强大功能。 通过表达交流，让学生有所得，有学习的成就感。 归纳总结，巩固知识点。
探究细胞膜成分（8分钟） 细胞膜的功能由它的成分和结构决定，但是由于细胞膜非常薄，即使在高倍显微镜下依然看不清它的真面目，所以我们对细胞膜成分和结构的认识经历了很长过程，下面就让我们来重温科学家们的探索历程。
【屏幕展示】资料一:1859年,欧文
顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，容易穿过膜，反之，不易溶于脂质的物质，不易穿过膜。
【引导】结合学生学过的化学知识，根据相似相溶的原理，思考为什么脂质更容易通过细胞膜。
最初认识到细胞膜由脂质组成的，是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？那还有必要对膜成分进行提取、分离和鉴定吗？
【引导】教师介绍，提出假说的探究方法。
【引导】细胞膜由脂质组成，脂质在膜上又是如何排布的呢？ 学生讨论得出结
论：细胞膜由脂质
组成。
学生分析：最初认
识到细胞膜由脂
质组成的，是通过
对实验现象的推
理分析，因此有必
要对膜成分进行
提取和鉴定。 提出问题，
思考，激发
探究欲望，
学生学习兴
领悟“假设
是如何提
的。
【屏幕展示】资料二:1925年,荷兰科
学家戈特和格伦德尔从细胞膜中提取
脂质，铺成单层分子，发现其面积是细胞膜的2倍。
【引导】设置想象空间：以血液中的红细胞为例，在红细胞膜内外两侧都有水的存在，试推断构成红细胞膜的磷脂分子应是怎样排列的？（教师展示介绍磷脂分子的基本结构）
【引导】疏水性尾部部分和亲水性头部部分应该如何在水中分布？
【屏幕展示】资料三:1935年,英国
丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。 他们发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。由于人们已发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 【教师讲述】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，得出膜的主要成分是脂质和蛋白质。 学生讨论得出结
论：细胞膜中的脂
质分子排列成连
续的两层。 学生讨论得出结论；细胞膜由连续的两层磷脂分子组成，亲水性头部朝外，疏水性尾部朝内。 考察学生思维能力、发现问题的能力。
探究细胞
膜结构（8分钟） 指导学生阅读教材P43第二自然段。思考：
(1)1959年,罗伯特森在电镜下观察细胞膜，他看到了什么？
(2)然后大胆地提出了怎样的生物模型？
(3)这种模型有怎样的特点
(4)你是否支持这一生物膜模型
20世纪60年代后,科学家看到了一些现象。
【屏幕展示】变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、细胞分裂的动画。
【提出问题】看到这些现象，你们有什么想法？
【屏幕展示】呈现科学史料及相应动画。
1970年Freye和Edidin等人做了小鼠细胞人细胞融合实验，融合后的细胞一半发红色荧光，另一半细胞发绿色荧光。将细胞放在37℃环境中，培养40min，两种颜色均匀分布在融合后的细胞膜表面。 【提出问题】依据实验现象你能获得怎样的信息？ 学生阅读教材回
答提问：
(1)暗-亮-层结
构。
(2)蛋白质-脂质-
蛋白质。
(3)特点:静态的
统一结构。
思考并回答：膜结构不应该是静态的否则这些细胞膜表现出来的功能不能完成。结构和功能不相适应。 学生观察，得出结论：细胞膜具有流动性。 提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴
趣。
利用多媒体增加教学的直观性，促进学生对知识的理解。
让学生尝试提出问题。了解技术手段的进步对科学研究发展的推动作用；探究过程中体现结构与功能相适应等观点。
流动镶嵌
模型的基本内容（8分钟） 在参考前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出了一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年辛格(S.J.Singer)和尼科尔森(G.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
【屏幕展示】生物膜的流动镶嵌模型动态的部分示意图。
学生阅读教材P44-45
【提出问题】
①膜的组成成分有哪些？
②膜的基本支架是什么？
③蛋白质分子在磷脂双分子层上是如何排布的？
④膜的结构特点和功能特点有哪些？ 在这些过程中简单介绍糖蛋白的相关知识。流动镶嵌模型的基本内容。
【屏幕展示】膜物质分子的运动动画
请学生比较：流动镶嵌模型与蛋白质一脂质－蛋白质三层结构模型有何异同？ 看书，阅读教材，归纳出其基本内容，然后看图描述出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
①蛋白质和脂质组成（还有少量糖类）。
②磷脂双分子层。
③有的表面镶嵌，有的部分嵌插，有的贯穿。
④结构特点：流动性。功能特点：选择透过性。 观看动画，认识明确细胞膜的流动镶嵌模型。比较两种模型异同。 学生通过归纳、总结，主动获得流动镶嵌模型的基本内容。
小结
(4分钟) 带领学生共同回顾细胞膜的功能、结构探索历程。
绘制细胞膜亚显微结构示意图。 跟随老师一起回顾细胞膜的功能、结构探索历程。 巩固知识。
7 教学反思
本堂课的教学设计，以科学探究为主线，精心设置问题串，引导学生以探索者、研究者的身份投入学习的。学生通过思考与讨论，亲身体验科学是一个不断发展的动态过程，在科学领域没有终极真理，质疑和争论不仅是正常的，而且能促进科学的进步。通过多媒体的辅助活跃了课堂气氛。将一些本来不太好理解的问题简单化，取得了较好的效果。引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，激发学习兴趣。利用材料分析、资料讨论图片动画演示等多种教学形式引导学生自主学习，归纳总结科学家对细胞膜结构的探究历程和细胞膜的流动镶嵌模型的基本内容，从而建立结构与功能相适应的观点，让学生在获得知识的同时，培养了探究能力、分析比较能力和表达能力等。突出的亮点是安排大量的与“图”有关的学生活动，提高学生图文转换能力、正确解读图表数据的能力。且本次教学用新教材，先讲细胞膜的功能再讲成分结构，更符合学生认知。
但不足在于教师讲述过多，容易造成学生思维疲乏，注意力分散，不利于培养学生创新能力和学习能力，此点可以通过多设置活动、问题或者让学生自学来提高学生主动性和积极性。由于时间关系在课堂上没有给学生做练习，不能及时反馈教学信息。没有利用问题探讨的台盼蓝染色鉴别细胞死活，可以讲解这部的内容帮助学生理解细胞膜控制物质进出。此外，在教学过程中的板书也存在不足，体现为对ppt存在过多的依赖。在以后的教学过程中，应多注意板书的总结，不拘泥于多媒体。

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