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第二节 “细胞膜和细胞壁”教学设计
浙江省嘉善高级中学 江生
一、教学理念
本节课在建构主义理论下进行了教学设计。建构主义理论强调学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。学生是主动地建构知识的意义，这种建构是无法由他人来代替的；学习不是被动接收信息刺激，而是主动地建构意义。外部信息本身没有什么意义，意义是学习者通过新旧知识经验间的反复的、双向的相互作用过程而建构成的；学习意义的获得，是每个学习者以自己原有的知识经验为基础，对新信息重新认识和编码，建构自己的理解；同化和顺应，是学习者认知结构发生变化的两种途径或方式。同化是认知结构的量变，而顺应则是认知结构的质变。同化－顺应－同化－顺应……循环往复，相互交替，人的认知水平的发展，就是这样的一个过程。学习过程不是简单的信息输入、存储和提取，是新旧知识经验之间的双向的相互作用过程，也就是学习者与学习环境之间互动的过程。
建构主义认为，学习者要想完成对所学知识的意义建构，即达到对该知识所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间联系的深刻理解，最好的办法是让学习者去感受、去体验，而不是仅仅聆听教师的介绍和讲解。所以在导入时本人采取了实验导入，让学生真真切切观察到玉米籽粒的着色情况，真真切切的感受到细胞膜的选择透过性。本节课以科学实验为主线贯穿始末，由实验导入→科学史教学，环环相扣，让学生也像科学家一样亲身经历细胞膜的模型构建过程，体验了学家探究之路。教学设计在突出学科特点的同时渗透了“结构决定功能”“结构与功能相统一”的辩证唯物主义观点。这样不仅强化知识结论的形成过程，完成对所学知识的意义建构，使学生能感受到形成知识的乐趣，更有利于培养学生科学的思维方式和能力，同时也符合高中生物课程标准提出了“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导自主、探究和合作性学习”这一理念，本节教学设计充分体现了该理念。
二、学习任务分析
细胞是生物新陈代谢结构和功能的基本单位。细胞膜位于细胞表面，是将细胞与外界环境区分开的界面，对于维持细胞内部环境的相对稳定，控制细胞的物质进出等起着重要作用。细胞内部的核被膜、内质网、高尔基体等细胞器，它们都有膜结构，这些单位膜的化学组成相似，基本结构大致相同。它是后面学习物质的跨膜运输和学习具有膜的细胞器等内容的基础。而各种化学成分并不能单独表现出生命活动，对于组成细胞膜的各种化合物如何有序组合而形成完整的结构，以及表现出的结构特点和与结构相适应的功能这些内容是学生首次接触的，是本节学习的主要任务。其中重点是质膜的结构，难点是质膜的流动镶嵌模型。
三、学习者分析
学生已经了解了细胞，知道了细胞的基本结构，知道细胞膜作为生命边界系统的相关知识，以及前一节课的学习，为本次课进一步深入奠定了基础。高中生已具备了一定的学习和认知能力，但还不够完善，尤其对科学的探索过程以及结论的形成缺乏正确的认识，需要进一步提高和完善。由于细胞膜的结构和细胞壁的结构都是肉眼看不见的，比较抽象，学生难以理解。在教学中应该将前面的活动很好的利用，还采取多媒体技术，展示细胞膜和细胞壁的结构模式图，激发学生的学习兴趣，将微观的内容具体化、形象化，有助于学生理解。采用让学生动手绘图的方法，让学生体会建立模型的科学思想并更深层次理解细胞膜的流动镶嵌模型。
四、教学目标
知识目标
1．概述细胞膜的“流动镶嵌模型”的基本内容。
2．举例说出细胞膜的选择透性。
3．说出植物细胞壁的组成和生理作用。
能力目标
1．运用对照方法于课堂实验，提高学生的实验能力。
2．利用分析、综合、比较的科学思维方法，通过实验和演示能分析现象、得出结论，提高解决问题的能力。
3．分析磷脂分子在不同条件下的排列方式，提高运用和处理信息能力。
4.尝试一步一步地分析科学家的实验和结论，亲历科学家探索的历程，从而切身感受科学的魅力，并加深对科学过程和方法的理解。
情感态度与价值观
1．探讨质膜结构模型，认同生物体结构与功能相统一的生物学观点，树立辩证唯物主义观点。
2.探讨细胞膜结构的发现史，认同科学技术发展的日新月异，激发探求生命科学奥秘的兴趣。
3．体验建立模型是解决问题的科学方法之一。
五、教学重难点
1．教学重点：质膜的结构和功能。
2．教学难点：质膜的流动镶嵌模型。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。
六、教学方法
采用问题研讨法、情境教学法、讨论法、多媒体演示等。
课时安排为2课时（含活动）。
七、教学过程
教学流程
教师活动
学生活动
教学意图
（一）引入新课

（二）细胞膜的选择透性

（三）细胞膜的结构

1．脂双层

2．膜蛋白

（四）细胞膜的流动性

(五)植物细胞壁

【情景导入】在大家的桌上有两个培养皿甲和乙（甲中放着两粒泡涨的玉米籽粒，乙中放着两粒泡涨并煮熟的玉米籽粒），稀释20倍的红墨水，镊子，刀片，装有清水的烧杯和废液缸。现在请大家动手将这两组玉米种子的胚进行染色，它们的结果是否相同？
染色期间，教师多媒体呈现：
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。
伊红为什么不会逸出细胞？
此实验说明了什么？

实验现象呈现，展示验证活细胞吸收物质的选择性的实验结果。
【提问】1.为什么这两组籽粒的胚着色情况不同？

2.是不是周围物质都不能进入到活细胞内部？
【小结】活细胞吸收物质具有选择性。活细胞吸收物质具有选择性与在细胞最外层的细胞膜（质膜）有关的。
【问题引导】质膜的选择透性到底是如何选择呢，我们知道结构与功能是相统一的，这需要从它的结构谈起，科学家常常会通过实验设计并设想出一些模型来解释。
材料一：1895年，欧文顿曾用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万过的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易进入细胞膜。你可以得出什么结论？
教师用多媒体展示欧文顿的结论：细胞膜是由一层连续的脂类物质所组成。

【讲述】教师明确提出磷脂分子是构成细胞膜的主要成分。供给学生磷脂分子的模式图片并进行适当说明。

【活动】根据欧文顿的结论，学生尝试画出磷脂分子在以下情况中的排列方式：
1.磷脂分子在空气――水界面上铺展成单分子层
2.磷脂分子置于水中（单层形式）
【问题引导】生命活动离不开水，细胞生活在液体环境中，细胞的内部也是液体的。
【活动】学生画出内外都是水的情况下，磷脂分子的排列方式

讨论欧文顿的结论：
细胞膜是由一层连续的脂类物质所组成，是否成立？

【问题引导】大家的结论与科学家的结论比较，有何区别？到底谁合理，我们一起来看一个比欧文顿晚40年的实验。

材料二：1925年，E.Gorter和F.grendel两位荷兰科学家用有机溶剂丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气---水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍。

【小结】由脂双层组成的膜称为单位膜，脂双层中的任何一层都不能称为膜。由此可见欧文顿的结论说细胞膜是由一层连续的脂类物质所组成并不准确。

人的消化液中含有许多能够水解蛋白质的物质，称为蛋白酶。用蛋白酶处理细胞膜，会使细胞膜分解。根据实验现象,你对膜化学成分在种类上认识是否还有新的结论?
蛋白质位于细胞膜的什么位置呢？请学生推测
材料三：电子显微镜用电子束照射被检样品。由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。由于蛋白质电子密度高，所以显暗带，磷脂分子则电子密度低呈亮带。

1959年，罗伯特森提出了质膜的“单位膜”结构模型,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。

【活动】展示草履虫分裂生殖动画和温度升高到一定程度，细胞膜厚度减小面积增大的动画。
请观察细胞的活动，想想细胞膜是静止的吗？

【讲述】冰冻蚀刻电子显微法：科学家将质膜冰冻，然后将其撕裂，发现撕裂面上有许多颗粒，即蛋白质。后来通过相关研究表明，蛋白质镶嵌、覆盖或者贯穿于脂双层中，内在膜蛋白露出膜外的部分含较多的极性氨基酸，属亲水性，与磷脂分子的亲水头部邻近；嵌入脂双层内部的膜蛋白由一些非极性的氨基酸组成，与脂质分子的疏水尾部相互结合，因此与膜结合非常紧密。

材料四：展示1970年弗雷和埃迪登的人---鼠细胞融合实验：荧光标记蛋白质 （注意：应在不破坏细胞结构，保持细胞活性的情况下观察。）
问题：人细胞与鼠细胞为什么能融合？这个过程发生了什么变化？是进行怎样的结果？这个实验反映了细胞膜的什么特点？

【小结】磷脂分子能侧向滑动，蛋白质分子也可以移动的，所以质膜就像是流体一样，具有流动性。这是细胞膜的一大结构特点。
磷脂分子和蛋白质分子的这种移动，会不会使质膜的结构变的很不稳定呢？
我们前面学过，质膜中还有一类脂质？
胆固醇不像磷脂和蛋白质分子那样会移动，它在细胞膜中是一种“刚性”的成分。刚性的胆固醇夹杂在细胞膜中，限制了磷脂的流动。所以，质膜具有流动性，但这种流动性是有限度的，我们叫做一定的流动性，同时质膜又是比较坚实。
【讲述】尽管近年来政府与社会一直提倡推广食用无胆固醇食品，但我们必须认识到胆固醇仍然是食物中必须摄取的一部分，因为它在保持细胞膜的稳定性方面起着重要的作用。

【活动】根据今天所获得的信息，你能否构建一个细胞膜模型？

材料五：1972年，桑格和尼克森构建
模型： 流动镶嵌模型

【活动】在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些启示?

【小结】建模的基本方法
【问题】：从细胞膜的位置和结构以及其特点分析细胞膜的功能及各种组分的作用。指导学生阅读膜中各种组分的作用。

流动镶嵌模型把细胞膜形容为细胞的弹性边界。但是植物细胞、真菌、细菌和一些原生生物还有一层边界---细胞壁。
【思考】阅读课本相关知识，
1.了解细胞壁的主要成分、作用。
2．细胞壁是否与细胞膜一样都有选择透性？
【小结】不同细胞的细胞壁成分不同，真菌的细胞壁主要成分是几丁质；细菌是肽聚糖。
【实验操作】学生按教材实验步骤进行实验，并观察现象。

学生回答教师引导，共同得出：细胞作为一个完整的系统，它有边界——细胞膜。

学生交流讨论，教师帮助归纳：
1.“红墨水分子”可以进入死细胞内部而不能进入活细胞的内部。
2水分子可以进去。

通过交流讨论，得出结论：根据相似相溶性原理，细胞膜是由脂质组成。

【活动】
1.

2.

【活动】

交流讨论，根据材料推结论：细胞膜是由脂双层组成，并不是一层脂类物质所组成，也不是多层组成。

构建脂双层模型---单位膜模型

学生讨论，推测：膜中可能还含有蛋白质等物质

学生归纳：把生物膜描述为静态的结构

学生推论：
细胞膜应该是流动的，“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构的模型构建不行

结论：蛋白质在膜中的分布是不对称的
蛋白质镶在、嵌入、横跨在脂双层中。

结论: 这是蛋白质分子运动的结果，体现出细胞膜的结构特点；具有一定的流动性。

画出细胞膜的结构模型简图（流动镶嵌模型）
（与老师之后呈现的流动镶嵌模型进行比对）

师生一起归纳基本内容

学生讨论

学生看书，并回答有关问题

1.细胞壁的主要成分、作用：主要成分---纤维素；作用---支持和保护。
2.水、离子和其他分子都极易通过纤维之间的空隙，与选择透性无关。

进行实验观察活种子与死种子染色情况的不同，得出活细胞吸收物质的选择性。

交流讨论

体会实验是解决生物学问题的常用方法

。

探究磷脂分子在不同条件下的排列方式，运用信息于处理问题中，提高解决问题能力。

质膜结构模型，认同生物体结构与功能相统一的生物学观点，树立辩证唯物主义观点

尝试一步一步地分析科学家的实验和结论，亲历科学家探索的历程，从而切身感受科学的魅力，并加深对科学过程和方法的理解。

树立辩证唯物主义观点

尝试构建模型

进行自学，收集信息，归纳总结能力得到提高。
(六) 教学反馈
多媒体展示（题目附后）

反馈和巩固

附：(六) 教学反馈，多媒体展示
1．下列有关细胞膜的结构特点的叙述，不正确的是 ( )
(A)构成细胞膜的脂质分子是可以运动的 (B)组成细胞膜的蛋白质分子是可以运动的
(C)细胞膜的各种生理功能与膜分子的运动无关 (D)从整体上看，细胞膜具有一定的流动性
2．异体器官移植手术往往很难成功，最大的障碍就是异体细胞间的排斥，这主要是由于细胞膜具有识别作用，这种生理功能的结构基础是 ( )
(A)细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成 (B)细胞膜的外表面有糖被
(C)细胞膜具有一定的流动性 (D)细胞膜具有一定的选择透过性
3．下列对于生物模型建立的完整过程的认识，错误的是 ( )
(A)科学家根据观察的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用现象和实验对假说或模型进行检验、修正和补充
(B)一种模型最终能否被普遍接受，取决于它能否与以后的现象和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象
(C)生物膜的流动镶嵌模型完美无缺
(D)随实验技术的不断创新和改进，对膜研究更加细致入微，有利于更完善地解释细胞膜的功能

4．根据右图，回答有关问题：
(1)该简图表示的是＿＿＿＿＿＿的分子组成结构示意图。
(2)图中1～3的化学成分为：①＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
②＿＿＿＿＿＿＿＿＿；③＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
(3)在该结构的外表面，还应具有的两种成分是＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿。
(4)[3]物质的合成场所为＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

板书设计
第二节 细胞膜和细胞壁
成分 结构 结构特点 → 功能特点
磷脂 → 脂双层
能移动

蛋白质 → 镶嵌、覆盖、
贯穿在在脂双层中 膜具有一定 → 选择透性
的流动性

胆固醇 →“刚性”限制移动

结构模型 脂双层模型 流动镶嵌模型