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本课内容为人教版高中生物必修1《分子与细胞》第4章《细胞的物质输入和输出》第二节的内容。本课教学目标为简述生物膜的结构，探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点，旨在培养学生善学、笃学、乐学的品质及生命观念、科学思维和科学探究等学科核心素养。
一、以旧引新，问题导学
师：（课件展示各组学生制作的真核细胞三维结构模型）大家都非常认真地制作了真核细胞的三维结构模型，且完成得都很好。如果老师让你们再次制作真核细胞的三维结构模型，你会选用塑料袋、普通布和弹力布中的哪一种材料来制作？选择它的理由是什么？还有其他更好的材料吗？
生1：我选择弹力布。因为塑料袋不具有通透性，普通布不具有柔变性，弹力布既具有柔变性又具有一定的通透性。
生2：我觉得可以用玻璃纸，因为它是一种半透膜。
师：其实，选择什么材料制作细胞膜，与生物膜本身的结构紧密相关。那么生物膜的结构是怎样的呢？这些结构是怎么被人们发现的？接下来，我们就通过阅读科学史，去“亲历”科学家的探索历程。请同学们用4分钟时间阅读课本第65—68页相关内容，然后讨论并尝试解决下列问题。
教师课件出示下列问题：①细胞膜具有哪些成分？②细胞膜成分是如何分布的？③细胞膜的结构具有什么特点？
学生自主阅读教材内容，同桌之间展开讨论。
【评析】点评作业，以旧引新，执教老师的表扬很好地激发了学生的探究兴趣。三个导学问题由浅入深，引导学生基于教材进行文本阅读，培养学生自主学习能力和沟通能力。
二、步步为营，展评提升
（一）生物膜的成分
师：任何物质的结构都体现了其成分间的组合形式。明确某物质的化学成分是认识物质结构的前提。那么，细胞膜的成分是什么呢？当时科学家为什么不直接用化学分析的方法来探究细胞膜的化学成分呢？
生1：限于当时的技术条件，那个时候人们还没有对细胞膜的结构进行化学分析，科学家们只能从研究细胞膜的生理现象入手，探究其化学组成成分。
师：的确如此，我们看看当时的科学家是如何从生理现象入手来进行探究的。（课件出示资料1有关细胞膜的通透性实验，以及实验动态图，如图1）现在大家来讨论两个问题：一是资料中的实验现象是什么？二是欧文顿提出了什么假说？（学生分组讨论）谁来说说？
生2：实验现象是，凡是可以溶于脂质的物质，都比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞;欧文顿提出的假说是，膜是由脂质组成的。
师：观察非常细致，准确地描述了实验现象。当时的科学家通过实验观察，才有了以上的推理和想象。但是，假说仍需进一步的实验和观察来验证和完善。直至20世纪初，科学家才第一次从哺乳动物的红细胞中分离出细胞膜，化学分析表明，脂质仅是细胞膜的主要成分之一。那么，细胞膜的主要成分还有哪些呢？请同学们阅读资料2，教材第69页基础题第2题（科学家在实验中发现：脂溶性物质能够优先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。这些事实说明，组成细胞膜的物质中有 ）。
学生通过进一步阅读资料2，可以得出结论：组成细胞膜的物质中既有脂质也有蛋白质。
（二）生物膜成分的分布状态
师：研究表明，细胞膜中的脂质主要是磷脂。细胞内外都是有水的环境。那么，磷脂分子是如何排列的呢？请同学们完成教材第66页的思考与讨论第3题（磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。请运用相关化学知识，解释为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层，而科学家是如何从这一现象推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的），通过画图来表示磷脂分子的排列。
生1：我们组研究出来的磷脂分子的排列一共有三种情况。（展示本组学习成果，如图2）
生2：我们组认为磷脂分子的排列方式只有“排列三”这种方式。因为磷脂分子的“头”部是亲水的，“尾”部是疏水的，而且细胞内外都是有水的环境，于是我们猜想，细胞膜的磷脂分子应该是像“排列三”这样排列，才符合细胞生存环境的要求。
师：点评非常到位！下面我们来看看科学家的实验结果，请同学们阅读资料3，教材第65页第三段。
生阅读教材中有關两位荷兰科学家的实验;师演示该实验的动态实验结果（如图3），加深学生对细胞膜磷脂分子双层排列的认识。
师：接下来请阅读资料4，教材第66页倒数第二段。罗伯特森在电镜下观察到的细胞膜是一种“三明治”结构模型（如图4）。请大家讨论罗伯特森提出的生物膜模型是怎样的？这个模型有什么局限性？
学生小组讨论后得出一致结论：所有生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成的静态统一结构;该模型的局限性体现在，如果把生物膜描述为静态的刚性结构，则解释不了膜的许多生理功能。
师：随着科学技术的进步，人们从新的实验现象入手，对细胞膜的分子结构做出了新的判断。（课件展示“资料5”：20世纪60年代，科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中的蛋白颗粒。标本用干冰等冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面，实验结果如图5）。请同学们仔细观察示意图，然后描述蛋白质分子是怎样排布在细胞膜上的？
生3：蛋白质并非全部平铺在磷脂双分子层表面，有的是部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的则贯穿在磷脂两分子层。 （三）生物膜的结构特点
师：通过刚才的学习，我们知道了生物膜的成分及排布方式，而且这些成分不是静态的。那么，如何证明生物膜的成分是动态的呢？请同学们阅读资料6，第67页第三段（生阅读课本中有关两位科学家采用免疫荧光技术进行人鼠细胞融合实验的内容，师课件展示动态图，如图6）。请同学们认真观察，说说该实验的结论是什么？还有其他例子进一步支持你的结论吗？
学生讨论后得出结论：通过观察发现，两种颜色的荧光分布均匀，这说明细胞膜中的成分可以运动，细胞膜具有流动性。比如，精子与卵细胞结合、白细胞吞噬细菌、变形虫运动等。
师：同学们描述的结论很合理，所举例子也具有一定的代表性。然而随着现代技术的进步，很多微观的现象我们也能够观察到。请同学们观看视频（播放显微镜下发生的“惨案”视频，截图如图7）
【评析】引导学生阅读资料和观看动图，以及生生讨论，体会科学家对生物膜结构的探索历程，有利于开拓学生的思维;而给予学生表现自我的机会，肯定学生，旨在鼓励学生积极参与课堂研习，大胆猜想、积极分享研习成果，同时便于教师及时发现学生学习中的问题，并经过生生互评、教师点评将问题当堂有效化解，让学生在获得正确知识的同时提高学习信心。此外，在教学中拓展新技术，明确模型建构思想，可以激励学生勇于探究，实现科学、技术和社会相互关系的教育。
三、基于生本，深度研思
师：刚才我们一起体验了科学家探索生物膜结构的曲折历程，大家还有什么问题吗？
生1：在人鼠细胞融合实验中，细胞膜的哪个成分在运动？
生2：在人鼠细胞融合实验中，为什么要选择37℃？
生3：人细胞膜上的蛋白质种类和数量与鼠细胞的是一样的吗？
师：关于问题1，我们先来阅读资料7（课件出示资料7，生快速阅读），科学家运用最新的实验技术证明了磷脂（膜脂）的运动有多种形式（课件展示实验动态图，如图8），而其他的科学研究也证明了组成细胞膜的蛋白质分子大多数都可以运动，因此，生物膜的结构必然具有一定的流动性;关于问题2，人鼠细胞融合实验选择的温度之所以是37℃是有依据的，因为人和鼠都是恒温生物，正常体温维持在37℃左右，这个温度有利于维持细胞的正常生理状态;关于问题3，在前面我们学习第三章“细胞膜—系统的边界”时，知道了蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多，由此可以推断，人细胞膜上的蛋白质种类和数量与鼠细胞的是有区别的。
師：同学们，体验了科学家探索生物膜结构的曲折历程，现在谁来跟大家分享一下学习体会？
生4：一代又一代科学家为揭开生物膜结构的真相勇敢探索，虽然历程艰辛，但他们坚持不懈，可见人类对自然界的认识永无止境，会随着实验技术的改进和创新，不断向前发展。比如，化学分析技术、显微镜技术、冰冻蚀刻技术的出现，大大加快了人类对生物膜探索研究的步伐。
师：体会很深刻啊！不过，还有一点，在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是关键，它指引着人们不断实践、认识，再实践、再认识，从而使人类一步步接近生物膜结构的真相。比如，生物膜中存在不同种类的蛋白质，蛋白质在生物膜中的不同分布情况等，决定了各种生物膜功能的不同。
【评析】关注学生的问题和学习体验，让课堂走向深度学习。教师恰当的补充、点拨使知识得以拓展、深化，确保了学生在切实掌握相关生物学知识的同时，思维的深度和研习的能力得到发展，潜移默化中培养了学生的科学探究精神和科学思维等学科核心素养。
四、小结提升，实践应用
师：现在，请同学们以小组为单位，结合刚才的探索历程，尝试绘制生物膜的概念图和细胞膜的亚显微结构示意图。
学生经过小组讨论后，各自完成了图形的绘制工作，但完成情况千差万别。最后教师选出完成较好的两幅图（如图9），再带着学生走一遍知识，核准相关概念图、结构图。
师：通过本课的学习，我们知道细胞膜的结构与功能密切相关，可以推断出如下结论：如果细胞膜的成分发生改变，它的功能就会发生改变。例如，当验血报告上有甲胎蛋白质，且癌胚抗原的含量超过正常值时，就需要做进一步检查，以确认体内是否出现了癌细胞。实践中，人们常常通过检查甲胎蛋白质和癌胚抗原的含量，作为判断细胞是否发生癌变的重要指标之一。最后，请同学们运用本课所学知识，以小组为单位，尝试利用废旧材料制作生物膜的流动镶嵌模型，下次课上再派小组代表来展示你们的作品。
【评析】让学生建构生物膜的概念模型，有利于培养学生的科学思维;绘制细胞膜图，可用来复习强化流动镶嵌模型的基本内容，突出教学重点;拓展延伸所学知识，帮助学生更好地理解细胞癌变的检测方法;让学生运用所学知识自制模型，旨在让学生运用生物体的结构与功能相适应等的生命观念去探索生命活动的规律，解决实际问题。
【总评】
我校生物学科在实践中建构了“导学—展评—研思—实践”四步教学法，切实解决了教师在课堂教学中包办过多、不注重对学生学习成果的展示和评价等问题，把握住了在课堂上及时纠正学生的认知错误和利用课堂生成的问题促进学生深度学习的最佳时机。本课在运用四步教学法时有三个突出亮点。
一是利用真实情景导入新课。所谓真实情景，就是学生在上次课后自制的真核细胞模型，既肯定了学生课外活动的学习成果，又明确了课堂探究的核心问题，有效激发了学生的学习兴趣。
二是深挖科学史的育人素材。生命科学发展史对于培养学生生物学科核心素养，有着不可替代的作用。充分利用教材提供的对生物膜结构探究历程科学史素材设计问题串，让学生随着彼时彼刻科学家的思维一起参与探索过程，体会其中的科学方法和科学精神，总结出生物学研究的基本规律和方法，比如怎样搜集资料，怎样描述和呈现研究成果等。
三是重视评价与反馈。以展示成果和自主建构生物膜模型的方式，引领学生积极参与课堂实践活动，培养学生的创新精神和实践能力;教师相机捕捉学生思维的闪光点，帮助学生认识自我、建立自信、改进学习方式，可有效促进学生学科核心素养的形成。
（该课在2018年秋季学期玉林市生物教师优质课比赛中获一等奖第一名）
（责编 蒋海兰）
一、以旧引新，问题导学
师：（课件展示各组学生制作的真核细胞三维结构模型）大家都非常认真地制作了真核细胞的三维结构模型，且完成得都很好。如果老师让你们再次制作真核细胞的三维结构模型，你会选用塑料袋、普通布和弹力布中的哪一种材料来制作？选择它的理由是什么？还有其他更好的材料吗？
生1：我选择弹力布。因为塑料袋不具有通透性，普通布不具有柔变性，弹力布既具有柔变性又具有一定的通透性。
生2：我觉得可以用玻璃纸，因为它是一种半透膜。
师：其实，选择什么材料制作细胞膜，与生物膜本身的结构紧密相关。那么生物膜的结构是怎样的呢？这些结构是怎么被人们发现的？接下来，我们就通过阅读科学史，去“亲历”科学家的探索历程。请同学们用4分钟时间阅读课本第65—68页相关内容，然后讨论并尝试解决下列问题。
教师课件出示下列问题：①细胞膜具有哪些成分？②细胞膜成分是如何分布的？③细胞膜的结构具有什么特点？
学生自主阅读教材内容，同桌之间展开讨论。
【评析】点评作业，以旧引新，执教老师的表扬很好地激发了学生的探究兴趣。三个导学问题由浅入深，引导学生基于教材进行文本阅读，培养学生自主学习能力和沟通能力。
二、步步为营，展评提升
（一）生物膜的成分
师：任何物质的结构都体现了其成分间的组合形式。明确某物质的化学成分是认识物质结构的前提。那么，细胞膜的成分是什么呢？当时科学家为什么不直接用化学分析的方法来探究细胞膜的化学成分呢？
生1：限于当时的技术条件，那个时候人们还没有对细胞膜的结构进行化学分析，科学家们只能从研究细胞膜的生理现象入手，探究其化学组成成分。
师：的确如此，我们看看当时的科学家是如何从生理现象入手来进行探究的。（课件出示资料1有关细胞膜的通透性实验，以及实验动态图，如图1）现在大家来讨论两个问题：一是资料中的实验现象是什么？二是欧文顿提出了什么假说？（学生分组讨论）谁来说说？
生2：实验现象是，凡是可以溶于脂质的物质，都比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞;欧文顿提出的假说是，膜是由脂质组成的。
师：观察非常细致，准确地描述了实验现象。当时的科学家通过实验观察，才有了以上的推理和想象。但是，假说仍需进一步的实验和观察来验证和完善。直至20世纪初，科学家才第一次从哺乳动物的红细胞中分离出细胞膜，化学分析表明，脂质仅是细胞膜的主要成分之一。那么，细胞膜的主要成分还有哪些呢？请同学们阅读资料2，教材第69页基础题第2题（科学家在实验中发现：脂溶性物质能够优先通过细胞膜，并且细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解。这些事实说明，组成细胞膜的物质中有 ）。
学生通过进一步阅读资料2，可以得出结论：组成细胞膜的物质中既有脂质也有蛋白质。
（二）生物膜成分的分布状态
师：研究表明，细胞膜中的脂质主要是磷脂。细胞内外都是有水的环境。那么，磷脂分子是如何排列的呢？请同学们完成教材第66页的思考与讨论第3题（磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。请运用相关化学知识，解释为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层，而科学家是如何从这一现象推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的），通过画图来表示磷脂分子的排列。
生1：我们组研究出来的磷脂分子的排列一共有三种情况。（展示本组学习成果，如图2）
生2：我们组认为磷脂分子的排列方式只有“排列三”这种方式。因为磷脂分子的“头”部是亲水的，“尾”部是疏水的，而且细胞内外都是有水的环境，于是我们猜想，细胞膜的磷脂分子应该是像“排列三”这样排列，才符合细胞生存环境的要求。
师：点评非常到位！下面我们来看看科学家的实验结果，请同学们阅读资料3，教材第65页第三段。
生阅读教材中有關两位荷兰科学家的实验;师演示该实验的动态实验结果（如图3），加深学生对细胞膜磷脂分子双层排列的认识。
师：接下来请阅读资料4，教材第66页倒数第二段。罗伯特森在电镜下观察到的细胞膜是一种“三明治”结构模型（如图4）。请大家讨论罗伯特森提出的生物膜模型是怎样的？这个模型有什么局限性？
学生小组讨论后得出一致结论：所有生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成的静态统一结构;该模型的局限性体现在，如果把生物膜描述为静态的刚性结构，则解释不了膜的许多生理功能。
师：随着科学技术的进步，人们从新的实验现象入手，对细胞膜的分子结构做出了新的判断。（课件展示“资料5”：20世纪60年代，科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中的蛋白颗粒。标本用干冰等冰冻后用冷刀断开，升温后暴露断裂面，实验结果如图5）。请同学们仔细观察示意图，然后描述蛋白质分子是怎样排布在细胞膜上的？
生3：蛋白质并非全部平铺在磷脂双分子层表面，有的是部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的则贯穿在磷脂两分子层。 （三）生物膜的结构特点
师：通过刚才的学习，我们知道了生物膜的成分及排布方式，而且这些成分不是静态的。那么，如何证明生物膜的成分是动态的呢？请同学们阅读资料6，第67页第三段（生阅读课本中有关两位科学家采用免疫荧光技术进行人鼠细胞融合实验的内容，师课件展示动态图，如图6）。请同学们认真观察，说说该实验的结论是什么？还有其他例子进一步支持你的结论吗？
学生讨论后得出结论：通过观察发现，两种颜色的荧光分布均匀，这说明细胞膜中的成分可以运动，细胞膜具有流动性。比如，精子与卵细胞结合、白细胞吞噬细菌、变形虫运动等。
师：同学们描述的结论很合理，所举例子也具有一定的代表性。然而随着现代技术的进步，很多微观的现象我们也能够观察到。请同学们观看视频（播放显微镜下发生的“惨案”视频，截图如图7）
【评析】引导学生阅读资料和观看动图，以及生生讨论，体会科学家对生物膜结构的探索历程，有利于开拓学生的思维;而给予学生表现自我的机会，肯定学生，旨在鼓励学生积极参与课堂研习，大胆猜想、积极分享研习成果，同时便于教师及时发现学生学习中的问题，并经过生生互评、教师点评将问题当堂有效化解，让学生在获得正确知识的同时提高学习信心。此外，在教学中拓展新技术，明确模型建构思想，可以激励学生勇于探究，实现科学、技术和社会相互关系的教育。
三、基于生本，深度研思
师：刚才我们一起体验了科学家探索生物膜结构的曲折历程，大家还有什么问题吗？
生1：在人鼠细胞融合实验中，细胞膜的哪个成分在运动？
生2：在人鼠细胞融合实验中，为什么要选择37℃？
生3：人细胞膜上的蛋白质种类和数量与鼠细胞的是一样的吗？
师：关于问题1，我们先来阅读资料7（课件出示资料7，生快速阅读），科学家运用最新的实验技术证明了磷脂（膜脂）的运动有多种形式（课件展示实验动态图，如图8），而其他的科学研究也证明了组成细胞膜的蛋白质分子大多数都可以运动，因此，生物膜的结构必然具有一定的流动性;关于问题2，人鼠细胞融合实验选择的温度之所以是37℃是有依据的，因为人和鼠都是恒温生物，正常体温维持在37℃左右，这个温度有利于维持细胞的正常生理状态;关于问题3，在前面我们学习第三章“细胞膜—系统的边界”时，知道了蛋白质在细胞膜行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多，由此可以推断，人细胞膜上的蛋白质种类和数量与鼠细胞的是有区别的。
師：同学们，体验了科学家探索生物膜结构的曲折历程，现在谁来跟大家分享一下学习体会？
生4：一代又一代科学家为揭开生物膜结构的真相勇敢探索，虽然历程艰辛，但他们坚持不懈，可见人类对自然界的认识永无止境，会随着实验技术的改进和创新，不断向前发展。比如，化学分析技术、显微镜技术、冰冻蚀刻技术的出现，大大加快了人类对生物膜探索研究的步伐。
师：体会很深刻啊！不过，还有一点，在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是关键，它指引着人们不断实践、认识，再实践、再认识，从而使人类一步步接近生物膜结构的真相。比如，生物膜中存在不同种类的蛋白质，蛋白质在生物膜中的不同分布情况等，决定了各种生物膜功能的不同。
【评析】关注学生的问题和学习体验，让课堂走向深度学习。教师恰当的补充、点拨使知识得以拓展、深化，确保了学生在切实掌握相关生物学知识的同时，思维的深度和研习的能力得到发展，潜移默化中培养了学生的科学探究精神和科学思维等学科核心素养。
四、小结提升，实践应用
师：现在，请同学们以小组为单位，结合刚才的探索历程，尝试绘制生物膜的概念图和细胞膜的亚显微结构示意图。
学生经过小组讨论后，各自完成了图形的绘制工作，但完成情况千差万别。最后教师选出完成较好的两幅图（如图9），再带着学生走一遍知识，核准相关概念图、结构图。
师：通过本课的学习，我们知道细胞膜的结构与功能密切相关，可以推断出如下结论：如果细胞膜的成分发生改变，它的功能就会发生改变。例如，当验血报告上有甲胎蛋白质，且癌胚抗原的含量超过正常值时，就需要做进一步检查，以确认体内是否出现了癌细胞。实践中，人们常常通过检查甲胎蛋白质和癌胚抗原的含量，作为判断细胞是否发生癌变的重要指标之一。最后，请同学们运用本课所学知识，以小组为单位，尝试利用废旧材料制作生物膜的流动镶嵌模型，下次课上再派小组代表来展示你们的作品。
【评析】让学生建构生物膜的概念模型，有利于培养学生的科学思维;绘制细胞膜图，可用来复习强化流动镶嵌模型的基本内容，突出教学重点;拓展延伸所学知识，帮助学生更好地理解细胞癌变的检测方法;让学生运用所学知识自制模型，旨在让学生运用生物体的结构与功能相适应等的生命观念去探索生命活动的规律，解决实际问题。
【总评】
我校生物学科在实践中建构了“导学—展评—研思—实践”四步教学法，切实解决了教师在课堂教学中包办过多、不注重对学生学习成果的展示和评价等问题，把握住了在课堂上及时纠正学生的认知错误和利用课堂生成的问题促进学生深度学习的最佳时机。本课在运用四步教学法时有三个突出亮点。
一是利用真实情景导入新课。所谓真实情景，就是学生在上次课后自制的真核细胞模型，既肯定了学生课外活动的学习成果，又明确了课堂探究的核心问题，有效激发了学生的学习兴趣。
二是深挖科学史的育人素材。生命科学发展史对于培养学生生物学科核心素养，有着不可替代的作用。充分利用教材提供的对生物膜结构探究历程科学史素材设计问题串，让学生随着彼时彼刻科学家的思维一起参与探索过程，体会其中的科学方法和科学精神，总结出生物学研究的基本规律和方法，比如怎样搜集资料，怎样描述和呈现研究成果等。
三是重视评价与反馈。以展示成果和自主建构生物膜模型的方式，引领学生积极参与课堂实践活动，培养学生的创新精神和实践能力;教师相机捕捉学生思维的闪光点，帮助学生认识自我、建立自信、改进学习方式，可有效促进学生学科核心素养的形成。
（该课在2018年秋季学期玉林市生物教师优质课比赛中获一等奖第一名）
（责编 蒋海兰）