“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計(jì)

董平

【摘要】本節(jié)課采用“引導(dǎo)—觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—提出假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再分析”的教學(xué)模式，融合運(yùn)用引導(dǎo)啟發(fā)、觀察分析、對(duì)比歸納、聯(lián)系實(shí)例等方法，配以多媒體輔助教學(xué)，尤其在體驗(yàn)生物膜的探索歷程上給學(xué)生以動(dòng)態(tài)的感覺，輕松地講授本節(jié)的兩大知識(shí)板塊。

【關(guān)鍵詞】生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型；教學(xué)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G633.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）36-0256-02

一、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)目標(biāo)

1.簡(jiǎn)述生物膜的結(jié)構(gòu)

2.舉例說明生物膜具有流動(dòng)性的特點(diǎn)

（二）能力目標(biāo)

1.通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題、做出假設(shè)

2.嘗試構(gòu)建細(xì)胞膜的三維模型

（三）情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)

1.探討在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。

2.探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)和解決方法

（一）教學(xué)重點(diǎn)：流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。

（二）教學(xué)難點(diǎn)：探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

三、課時(shí)安排

1課時(shí)。

四、教學(xué)方法

講述法、啟發(fā)式。

五、教具準(zhǔn)備

ppt。

六、教學(xué)策略

以學(xué)生“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式來優(yōu)化課堂學(xué)習(xí)與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)課程三維目標(biāo)。教學(xué)流程：設(shè)問引入→“問題探討”→體驗(yàn)“生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”→闡述“流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容”。

七、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)置情境，復(fù)習(xí)并引出新知識(shí)

在此之前我們已經(jīng)進(jìn)行過對(duì)細(xì)胞膜提取的實(shí)驗(yàn)，其中應(yīng)用到了先進(jìn)的差速離心技術(shù)等等，最終從中分析得出了細(xì)胞膜的成分。但是時(shí)間倒退到十九世紀(jì)，沒有顯微鏡也沒有酶解技術(shù)，要對(duì)細(xì)胞膜（屬于生物膜）進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)的研究是非常困難的。但是一個(gè)非常重要的生物學(xué)觀點(diǎn)始終指引著科學(xué)家不斷探索前進(jìn)——即結(jié)構(gòu)決定功能，而功能在一定層面上會(huì)反映結(jié)構(gòu)這一觀點(diǎn)。這節(jié)課我們就穿越時(shí)空的隧道和科學(xué)家一起探究生物膜的相關(guān)知識(shí)，即第四章第二節(jié)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型。

（二）對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

1.從生理功能入手的科學(xué)探究

實(shí)驗(yàn)一：1895年E.Overton用植物細(xì)胞研究細(xì)胞膜的通透性。他選取用500多種化學(xué)物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次的研究，發(fā)現(xiàn)：脂溶性分子易透過細(xì)胞膜；而非脂溶性分子則難以通過。

師：你能推測(cè)細(xì)胞膜中含有什么成分呢？

生：膜是由脂質(zhì)構(gòu)成的。

師：補(bǔ)充說明這種推測(cè)的合理性。因?yàn)檫@正符合化學(xué)中的“相似相溶原理”

師：最初認(rèn)識(shí)到生物膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是通過膜成分的提取和鑒定？

生：對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析。

師：在推理分析得出結(jié)論后，還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？

生：有必要。

實(shí)驗(yàn)二：20世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞不但會(huì)被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶（能專一地分解蛋白質(zhì)的物質(zhì)）分解。

師：你能推測(cè)出什么結(jié)論？

生：膜中除了含有脂質(zhì)還含有蛋白質(zhì)。

師：下面我們就來研究脂質(zhì)中的磷脂和蛋白質(zhì)在生物中的排布方式。首先我們來認(rèn)識(shí)一下磷脂分子——親水性的頭部和疏水性的尾部。根據(jù)這一知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們大膽想象如果我將磷脂處理，使之分散成單分子切排布在水與空氣的交界面上，那么磷脂分子是如何排布的呢？請(qǐng)拿出你們手中的磷脂分子，向老師示意一下你的答案。

生：磷脂分子的疏水的頭部與空氣接觸，而親水的尾部和水接觸。

師，既然是這樣，那么磷脂分子如何在生物膜中排布呢？先給出一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)三：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提紅細(xì)胞膜脂質(zhì)實(shí)驗(yàn)：將抽提出的脂質(zhì)在空氣—水界面上鋪成單分子層，測(cè)得其分子所占的面積相當(dāng)于所用的紅細(xì)胞表面積的2倍。

師：你能推測(cè)出什么結(jié)論？

生：細(xì)胞中的磷脂分子必然排列為連續(xù)的兩層。

師：請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)發(fā)散思維想象細(xì)胞膜中的磷脂雙分子層中磷脂的排布方式。

師：我們已經(jīng)知道了生物膜中磷脂分子的排布方式，那么，生物膜上的蛋白質(zhì)又是如何排布的呢？直到二十世紀(jì)五十年代電子顯微鏡誕生，加之此時(shí)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，科學(xué)家羅伯特森運(yùn)用冰雕蝕刻技術(shù)在電子顯微鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)。請(qǐng)同學(xué)大膽想象一下，暗指的是？明指的是？

生：猜測(cè)兩種情況。

師：給出背景資料。分析剛剛的假設(shè)之一是正確的。

師：由此羅伯特森提出了單位膜結(jié)構(gòu)模型，并認(rèn)為生物膜是靜態(tài)的剛性的結(jié)構(gòu)。

師：?jiǎn)挝荒そY(jié)構(gòu)有什么缺陷？有哪些證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)的呢？

生：細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂、變形蟲的攝食等等。

師：20世紀(jì)60年代，有人對(duì)此靜態(tài)觀點(diǎn)提出異議。并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)蛋白質(zhì)的位置也提出了準(zhǔn)確的說法，指出蛋白質(zhì)不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。

生：上黑板添加上蛋白質(zhì)分子

2.新技術(shù)帶來新模型

實(shí)驗(yàn)四：展示1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)。

師：該實(shí)驗(yàn)表明什么？

生：構(gòu)成生物膜的蛋白質(zhì)分子是可以運(yùn)動(dòng)的。

師：隨著科技的不斷發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)構(gòu)成生物膜的磷脂分子也是可以運(yùn)動(dòng)的，這就決定著生物膜在結(jié)構(gòu)上具有流動(dòng)性。

基于以上觀點(diǎn)1972年桑格和尼克森提出的流動(dòng)鑲嵌模型示意圖

師：生物膜模型的基本內(nèi)容是？

設(shè)問：此生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是完美無缺呢？

師：科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說不是一成不變的，需要后人不斷修正和完善；時(shí)時(shí)刻刻要認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)在科學(xué)探索的過程中所起的關(guān)鍵作用；并要以發(fā)展的觀點(diǎn)看待科學(xué)。

八、習(xí)題

略。

九、板書設(shè)計(jì)

略。

參考文獻(xiàn)

[1]沈?qū)W華，楊中能，陳飛，等.“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”教學(xué)設(shè)計(jì)與案例[J].生物學(xué)教學(xué)，2010，35（6）：22-24.