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摘要 以生物膜结构的探究历程为主线，在引导学生建立生物膜模型的过程中，以探索细胞膜的基本结构最后得到的4个科学结论为基本线索。充分利用教材引导学生从科学探究历程中归纳并深刻领悟科学探究的基本步骤。
关键词 科学探究 生物膜模型 教学设计
中图分类号 G633.91
文献标识码 B
1 教材分析
“生物膜的流动镶嵌模型”主要介绍了对生物膜结构的探索历程，目的是让学生在认识生物膜结构的同时，了解人类构建生物膜镶嵌模型的过程和方法，认识到可以根据实验现象和有关知识提出假说，并且假说仍然需要观察和实验来验证和完善；使学生体验在建立生物膜模型的过程中，实验技术进步在科学研究中的重要作用，最后深刻领悟科学探究的基本方法。
人教版《分子与细胞》第三章第一节“细胞膜——系统的边界”主要介绍生物膜的制备方法和功能。细胞膜的成分与结构在旧教材中在同一节，生物膜的成分与膜的结构之间自然承接，二者形成一个完整整体。鉴于此，建议教授完“细胞膜——系统的边界”后，直接进行“生物膜的流动镶嵌模型”教学。然后，进行第四章第一节内容“物质跨膜运输实例”。“物质跨膜运输实例”具体说明细胞膜的功能特点选择透过性。这三节内容的内在联系是：成分一结构——功能。由此可见，本节“生物膜的流动镶嵌模型”在三节内容之间起着承上启下的作用，并始终体现了结构与功能相统一的生物学观点。
2 教学目标
2.1 知识目标
本节内容课程标准要求是“简述细胞膜系统的结构和功能”。此要求包含两层含义：简述生物膜系统的概念和功能；描述生物膜的结构。因此，本节知识目标定为“简述生物膜的结构”。
2.2 能力目标
本节内容以生物膜结构的探究历程为主线，以获得细胞膜的基本结构中所涉及的4个科学结论为基本线索，充分引导学生分析每个结论的探究过程，体验科学的实验思想并从中提炼、初步掌握科学探究的基本方法。因此，本节能力目标定为“深刻领悟科学探究的基本方法”。
2.3 情感、态度与价值观目标
本节介绍了人类探究生物膜结构科学历程，可以加深学生对科学的历史和本质的认识，特别是这些内容中所体现的结构和功能相统一、技术手段的进步促进科学的发展等观点，对学生情感、态度与价值观领域的发展有重要价值。因此，本节情感、态度与价值观目标定为“探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用；探讨建立生物膜模型过程中如何体现结构与功能相适应的观点”。
3 教学的重点和难点
3.1 教学重点
流动镶嵌模型的基本内容。
3.2 教学难点
从建立生物膜模型过程中提炼科学探究的基本方法。
4 教学设计总体思路
科学探究的完整过程可以概括为“提出问题—实验观察—提出假设—实验验证—得出结论”五个步骤。
生物膜的基本结构中主要涉及以下4个科学结论：
(1)生物膜的成分主要是脂质和蛋白质；
(2)生物膜的基本支架是磷脂双分子层；
(3)生物膜上的蛋白质镶嵌、嵌插、横跨在磷脂双分子层上；
(4)生物膜的结构特点：具有一定流动性。
以上每个结论的探究历程都可以提炼为一个完成的科学探究历程，都具备科学探究的五个大步骤。教学中，教师以生物膜结构的探究历程为主线，在引导学生建立生物膜模型的流动镶嵌模型过程中，以探索细胞膜的结构最后形成的4个科学结论为基本线索，充分利用教材引导学生从科学探究历史中归纳并深刻体验科学探究的基本方法。
现把各个探究过程中的具体步骤整理如下。
(1)细胞膜的成分主要是脂质和蛋白质。
提出问题：生物膜能够物质进出细胞，这与生物膜的结构有什么关系，要构成生物膜，组成生物膜的成分又是什么呢?
实验观察：①19世纪欧文顿实验，发现脂溶性物质更容易透过细胞膜；②科学家用蛋白酶处理细胞后，细胞结构破坏。
提出假设：细胞膜的成分可能为脂质和蛋白质。
实验验证：制备细胞膜提纯，并利用化学方法鉴定细胞膜的主要成分为脂质和蛋白质。
得出结论：细胞膜的主要成分的确为脂质和蛋白质。
(2)生物膜的基本支架是磷脂双分子层。
，
提出问题：脂质在细胞膜中如何排布?
实验观察：细胞所在的环境中内外都为液体环境；磷脂分子一头为亲水端，一头为疏水端。如果磷脂分子散乱在水中会如何排布?
提出假设：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
实验验证：E.Gorter和F.Grendel对血影的研究。
得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
(3)生物膜上的蛋白质镶在、嵌插、横跨在磷脂双分子层上。
提出问题：蛋白质如何在细胞膜中排列?
实验观察：1959年，罗伯特森的“单位膜”模型认为：生物膜是由“蛋白质－脂质－蛋白质”构成的三层静态统一结构。
提出质疑：脂质与蛋白质一定按照“蛋白质—脂质—蛋白质”一定严格分开吗?
提出假设：脂质与蛋白质不按照“蛋白质—脂质—蛋白质”(暗—亮—暗)严格分开。
实验验证：科学家利用冰冻蚀刻技术进行研究。
得出结论：蛋白质镶在、嵌入、贯穿在磷脂双分子层中。
(4)生物膜的结构特点：具有一定流动性。
提出问题：由“三明治”结构模型的不足，质疑细胞膜一定是静止的吗?
实验观察：变形虫的变形运动。
提出假设：细胞膜的结构具有一定流动性。
实验验证：弗雷和埃迪登荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验。
得出结论：细胞膜具有流动性。
最后，由探索历程中获得的4条结论讨论建立生物膜的流动镶嵌完美模型。
教学中，教师可以提前在“细胞膜—系统的边界”一节中按照科学探究的一般思路进行教学设计。同时，教师可以将欧文顿的探究故事前置为“实验观察”阶段，将“体验制备细胞膜”设置在“实验验证”阶段。
在本节课开始时，教师可以先总结归纳出探究细胞膜成分过程中的基本探究思路和方法。然后，引导学生讨论归纳后3个结论所涉及的科学探究过程中的各个步骤。在具体探究过程中，教师可以一边引导学生建立生物膜流动镶嵌模型，一边探讨归纳科学探究的基本方法。4条线索引领的探索过程应与建立生物膜模型的过程有机结合。
5 教学反思
本节设计的突出亮点在于以细胞膜的结构中所涉及的4个科学结论为基本线索，充分利用教材引导学生从科学探究历史中归纳并生科领悟科学探究的基本方法。条理清晰，逻辑关系明确，能够比较好的利用教材使学生深刻领悟科学探究的基本方法，明确科学探究的大致步骤。四条线索最终可以根据在建立生物膜模型的过程中有机的整合，同时，通过整合最终能够完美构建出生物膜的流动镶嵌模型。具体教学实践中的难点就在于如何很好的将四条科学探究线索整合在构建生物膜的流动镶嵌模型过程中。需要教师做好前期准备，明确思路，理清逻辑关系。
关键词 科学探究 生物膜模型 教学设计
中图分类号 G633.91
文献标识码 B
1 教材分析
“生物膜的流动镶嵌模型”主要介绍了对生物膜结构的探索历程，目的是让学生在认识生物膜结构的同时，了解人类构建生物膜镶嵌模型的过程和方法，认识到可以根据实验现象和有关知识提出假说，并且假说仍然需要观察和实验来验证和完善；使学生体验在建立生物膜模型的过程中，实验技术进步在科学研究中的重要作用，最后深刻领悟科学探究的基本方法。
人教版《分子与细胞》第三章第一节“细胞膜——系统的边界”主要介绍生物膜的制备方法和功能。细胞膜的成分与结构在旧教材中在同一节，生物膜的成分与膜的结构之间自然承接，二者形成一个完整整体。鉴于此，建议教授完“细胞膜——系统的边界”后，直接进行“生物膜的流动镶嵌模型”教学。然后，进行第四章第一节内容“物质跨膜运输实例”。“物质跨膜运输实例”具体说明细胞膜的功能特点选择透过性。这三节内容的内在联系是：成分一结构——功能。由此可见，本节“生物膜的流动镶嵌模型”在三节内容之间起着承上启下的作用，并始终体现了结构与功能相统一的生物学观点。
2 教学目标
2.1 知识目标
本节内容课程标准要求是“简述细胞膜系统的结构和功能”。此要求包含两层含义：简述生物膜系统的概念和功能；描述生物膜的结构。因此，本节知识目标定为“简述生物膜的结构”。
2.2 能力目标
本节内容以生物膜结构的探究历程为主线，以获得细胞膜的基本结构中所涉及的4个科学结论为基本线索，充分引导学生分析每个结论的探究过程，体验科学的实验思想并从中提炼、初步掌握科学探究的基本方法。因此，本节能力目标定为“深刻领悟科学探究的基本方法”。
2.3 情感、态度与价值观目标
本节介绍了人类探究生物膜结构科学历程，可以加深学生对科学的历史和本质的认识，特别是这些内容中所体现的结构和功能相统一、技术手段的进步促进科学的发展等观点，对学生情感、态度与价值观领域的发展有重要价值。因此，本节情感、态度与价值观目标定为“探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用；探讨建立生物膜模型过程中如何体现结构与功能相适应的观点”。
3 教学的重点和难点
3.1 教学重点
流动镶嵌模型的基本内容。
3.2 教学难点
从建立生物膜模型过程中提炼科学探究的基本方法。
4 教学设计总体思路
科学探究的完整过程可以概括为“提出问题—实验观察—提出假设—实验验证—得出结论”五个步骤。
生物膜的基本结构中主要涉及以下4个科学结论：
(1)生物膜的成分主要是脂质和蛋白质；
(2)生物膜的基本支架是磷脂双分子层；
(3)生物膜上的蛋白质镶嵌、嵌插、横跨在磷脂双分子层上；
(4)生物膜的结构特点：具有一定流动性。
以上每个结论的探究历程都可以提炼为一个完成的科学探究历程，都具备科学探究的五个大步骤。教学中，教师以生物膜结构的探究历程为主线，在引导学生建立生物膜模型的流动镶嵌模型过程中，以探索细胞膜的结构最后形成的4个科学结论为基本线索，充分利用教材引导学生从科学探究历史中归纳并深刻体验科学探究的基本方法。
现把各个探究过程中的具体步骤整理如下。
(1)细胞膜的成分主要是脂质和蛋白质。
提出问题：生物膜能够物质进出细胞，这与生物膜的结构有什么关系，要构成生物膜，组成生物膜的成分又是什么呢?
实验观察：①19世纪欧文顿实验，发现脂溶性物质更容易透过细胞膜；②科学家用蛋白酶处理细胞后，细胞结构破坏。
提出假设：细胞膜的成分可能为脂质和蛋白质。
实验验证：制备细胞膜提纯，并利用化学方法鉴定细胞膜的主要成分为脂质和蛋白质。
得出结论：细胞膜的主要成分的确为脂质和蛋白质。
(2)生物膜的基本支架是磷脂双分子层。
，
提出问题：脂质在细胞膜中如何排布?
实验观察：细胞所在的环境中内外都为液体环境；磷脂分子一头为亲水端，一头为疏水端。如果磷脂分子散乱在水中会如何排布?
提出假设：细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。
实验验证：E.Gorter和F.Grendel对血影的研究。
得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
(3)生物膜上的蛋白质镶在、嵌插、横跨在磷脂双分子层上。
提出问题：蛋白质如何在细胞膜中排列?
实验观察：1959年，罗伯特森的“单位膜”模型认为：生物膜是由“蛋白质－脂质－蛋白质”构成的三层静态统一结构。
提出质疑：脂质与蛋白质一定按照“蛋白质—脂质—蛋白质”一定严格分开吗?
提出假设：脂质与蛋白质不按照“蛋白质—脂质—蛋白质”(暗—亮—暗)严格分开。
实验验证：科学家利用冰冻蚀刻技术进行研究。
得出结论：蛋白质镶在、嵌入、贯穿在磷脂双分子层中。
(4)生物膜的结构特点：具有一定流动性。
提出问题：由“三明治”结构模型的不足，质疑细胞膜一定是静止的吗?
实验观察：变形虫的变形运动。
提出假设：细胞膜的结构具有一定流动性。
实验验证：弗雷和埃迪登荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验。
得出结论：细胞膜具有流动性。
最后，由探索历程中获得的4条结论讨论建立生物膜的流动镶嵌完美模型。
教学中，教师可以提前在“细胞膜—系统的边界”一节中按照科学探究的一般思路进行教学设计。同时，教师可以将欧文顿的探究故事前置为“实验观察”阶段，将“体验制备细胞膜”设置在“实验验证”阶段。
在本节课开始时，教师可以先总结归纳出探究细胞膜成分过程中的基本探究思路和方法。然后，引导学生讨论归纳后3个结论所涉及的科学探究过程中的各个步骤。在具体探究过程中，教师可以一边引导学生建立生物膜流动镶嵌模型，一边探讨归纳科学探究的基本方法。4条线索引领的探索过程应与建立生物膜模型的过程有机结合。
5 教学反思
本节设计的突出亮点在于以细胞膜的结构中所涉及的4个科学结论为基本线索，充分利用教材引导学生从科学探究历史中归纳并生科领悟科学探究的基本方法。条理清晰，逻辑关系明确，能够比较好的利用教材使学生深刻领悟科学探究的基本方法，明确科学探究的大致步骤。四条线索最终可以根据在建立生物膜模型的过程中有机的整合，同时，通过整合最终能够完美构建出生物膜的流动镶嵌模型。具体教学实践中的难点就在于如何很好的将四条科学探究线索整合在构建生物膜的流动镶嵌模型过程中。需要教师做好前期准备，明确思路，理清逻辑关系。