以进化为主线带动“细胞的生物膜系统”复习教学设计

严黎炜 （上海市曹杨第二中学 上海 200062）

1 教学内容

课程标准一直倡导生物学教育要提高学生的生命科学素养。纵观最近几年高考也都有对细胞膜、细胞器和细胞核等基础知识的考查，并兼顾检测对复杂问题的理解程度和生命科学思维表达能力。本节课主要注重基础即细胞的生物膜系统，是对细胞的形态结构和功能学习之后延伸性的一节复习内容，包括：细胞的膜的功能；生物的膜结构和功能联系、生物膜系统的概念。通过生物的进化，建立具膜结构相关各个概念和知识之间的联系，提高学生灵活运用知识的能力，理解生物进化的最终结果是适应，同时培养生物的结构与功能相适应的辩证思想。教学设计如图1。

图1 以进化为主线带动“细胞的生物膜系统”教学设计图

2 学情分析

学生在高中生物学新课部分已经对细胞的结构和功能有了比较基础的认识，但部分内容可能掌握不够扎实，且对细胞各结构的理解比较孤立，本次专题复习任务就是要让学生在先前学习的基础上将细胞各结构之间联系在一起。在复习阶段，学生具备一定的归纳总结能力，也对进化论等观点了解于心。本节课的内容重在分析和联系，因此，在教学过程中教师应尽量抛出问题，一步步引导学生进行思考，并通过归纳总结建立知识的联系，构建知识框架。2017年是上海市高考第1次进行等级考试，等级考试要求学生对概念理解比较扎实，强调对知识的理解和运用，因此复习时教师补充了一些情境资料。

3 教学目标

1）知识目标：①知道细胞膜的存在意义；②知道核膜的存在意义；③理解细胞的生物膜结构和功能之间的联系；④理解细胞的生物膜系统的概念；⑤知道细胞的生物膜系统在生命活动中的作用。

2）能力目标：①了解生物进化过程中形态和功能相适应；②认识分泌蛋白的形成和分泌过程，学习膜在功能上的联系；③通过分析归纳，总结出细胞是一个统一整体的结构，细胞完整才能完成各种生命活动。

3）情感态度与价值观目标：①领会生命物质是不断变化发展的、结构与功能是相适应的等辩证唯物主义基本观点；②通过学习科学态度、科学方法等，进一步感悟科学素质的本质精神；③感悟生命的精巧和独特，培养学生归纳总结和分析思考的能力。

4 教学重点、难点

1）教学重点：理解细胞的生物膜结构之间的联系。

2）教学难点：①理解细胞的生物膜系统的概念；②理解细胞的生物膜结构之间的联系；③理解细胞的生物膜功能之间的联系。

5 教学过程

5.1 引入进化树 先让学生观看图2，由“生物是如何进化的”，引出问题：细胞如何出现？学生已知构成生物体的主要物质是蛋白质和核酸，这些大分子需要构成一个独立的结构，必然需要有类似细胞膜的结构以“隔离”外界环境。

图2 生物进化图

5.2 细胞膜的存在意义 细胞与外界环境“隔离”以后，如何与外界进行物质交换和能量转换？请学生从细胞膜存在的意义回答细胞膜的作用（保护细胞、物质交换和信息交流），并分别举例说明。教师出示细胞膜的结构示意图，细胞膜的功能与成分有关，主要成分是磷脂分子与蛋白质，研究发现不同细胞膜上的磷脂分子基本相同，而蛋白质各有不同。补充资料：荧光抗体免疫标记实验证明膜蛋白的流动性，教师讲解实验过程，引出细胞膜的作用与半流动性有关，为后面了解各个膜之间的联系打下基础；同时补充关于细胞膜半流动性的习题：根据对细胞膜进行荧光淬灭与恢复的速率可以推测出什么？

5.3 核膜的存在意义 真核细胞和原核细胞都有细胞膜，但原核细胞没有核膜。复习原核细胞的结构，同时提醒学生，DNA复制、mRNA的转录与蛋白质的翻译在时空上没有分隔，可同时进行。提问：这些特点有什么优势？学生回答：加快了繁殖速度。追问：真核细胞有核膜的意义是什么？让学生讨论后得出，真核细胞转录和翻译在2个不同场所进行，因此需要核膜分开，转录在细胞核内进行,由于真核细胞DNA有内含子和外显子，且mRNA还要分步进行处理，mRNA出核孔后再到核糖体上进行，虽然速度变慢，但是更加精确。可见，从进化角度来说，具有真核细胞的生物更加高等，需要产生更多种类蛋白质，生物体也更复杂，以利于适应更加复杂的环境。

5.4 线粒体和叶绿体双层膜的来源和存在意义

真核生物的细胞器有很多种，有的没有膜，有的有单、双层膜，互相协作。教师出示线粒体和叶绿体的结构图，请学生回答两者的作用；再补充资料：线粒体、叶绿体的内膜和外膜存在明显的性质和成分差异。外膜与真核细胞的内膜系统具有性质上的相似性，可与内质网和高尔基体融合沟通；而它们的内膜则与细菌质膜相似，内陷折叠形成细菌的间体、线粒体的嵴和叶绿体的类囊体。在膜的化学成分上，线粒体和叶绿体内膜的蛋白质/脂质比远大于外膜，接近于细菌质膜的成分［1］。

教师提问：为何线粒体和叶绿体是双层膜？请学生尝试利用上述资料，从进化角度分析。待学生讨论后，教师总结归纳：真核细胞是由原核细胞进化而来的，这是生物学家的基本共识［2］。内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。这些膜的特性都暗示线粒体和叶绿体的内膜起源于最初的原核细胞，例如呼吸细菌和蓝细菌的本身质膜；而外膜则源于它们的宿主，即被吞噬进入真核细胞时由细胞膜包被形成。学生一定会感叹生物进化的神奇，并引出进入真核细胞的线粒体又如何与其他细胞器进行联系？

5.5 生物膜之间有结构上的联系 各个细胞器之间是有联系的，且真核细胞的核膜和细胞膜也会与这些结构相关联，资料表明，从进化角度来说，它们都有可能来源相同。实际上，它们有直接相连和间接相连，直接相连就是2种具膜生物结构直接接触产生的联系，包括核膜和内质网膜之间的联系、内质网膜和细胞膜之间的联系。间接相连通过具膜细胞结构出芽或内陷形成小泡相连，主要是高尔基体与内质网和细胞膜之间的联系，如图3。

图3 生物膜之间有结构上的联系

5.6 生物膜在功能上具有一定的连续性 沪科版的教材内容本部分相对较少，可补充人教版资料：科学家在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3 min后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中；17 min后，出现在高尔基体中，117 min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的囊泡中，以及释放到细胞外的分泌物中［3］。请学生分析该现象说明了什么？教师总结后说明：物质从核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜，如图4。

图4 生物膜在功能上的连续性

再用一个资料题进行巩固。资料题：教师家里养了几条蚕宝宝，研究发现蚕的丝腺细胞在5龄初期主要是细胞自身增大，这时细胞质中的核糖体多为游离型，而内质网很贫乏，此时蚕并不会吐丝结茧；但到5龄后半期，腺细胞开始大量分泌丝心蛋白时，则核糖体都与内质网结合，形成发达的粗面内质网。提问：上述事实说明什么？学生思考就会发现分泌蛋白和非分泌蛋白产生的所参与的细胞结构有所不同，此题目的是让学生对新情境能够灵活运用所学知识解决问题。

5.7 生物膜系统的概念和作用 从前面所讲的生物膜在结构和功能上是有联系的，引出生物膜系统的概念，生物膜包括细胞膜、核膜和各种细胞器膜，它们的化学成分相似，基本结构大致相同，实际上进化的来源也相似，统称为生物膜。例题分析如图5。

图5 生物膜在结构和功能上的联系

教师在课堂上可根据学生反应，灵活机动地利用图5提出各类问题，可以填空、选择、描述，满足学生的个性化需求；并适时总结生物膜系统在生命活动中的作用：

①细胞膜使细胞具有一个相对稳定的环境，同时在进行物质运输、能量交换和信息传递过程中起决定作用。

②细胞中许多重要的化学反应都是在生物膜上进行的。

③细胞内的生物膜将细胞分隔成一个个小室，这样使得多种化学反应能够同时进行而互不干扰，保证了生命活动高效、有序进行。

最后再补充2015年上海市高考第35题：在以下细胞结构中准确挑选出相关结构并用单向箭头“→”写出构成染色体的蛋白质在细胞内的翻译及运输路径……学生必然会用刚才所学知识，轻松将各个结构用箭头联系起来。学生不仅学以致用，也体会到了进化的力量、生命的复杂性和独特性。

6 教学反思

本节课的设计从进化树引入，建立膜系统知识之间的连接，各类材料联系生活实际，提高学生对知识的应用能力等；重点和难点突出，同时也设计了很多问题，各个知识点环环相扣，并适当进行了进化等方面知识的拓展；课堂教学不仅仅是讲授知识，还应注重引导学生感悟科学素质的本质精神，并感悟生命的精巧和独特，领会生物体的形态结构与功能相适应。

本课的设计既考虑了整体知识框架，又考虑了个别学生目前的学习状态。但在实际操作过程中发现，整节课的容量偏大，部分细胞的功能和细胞器的作用无法一一罗列，造成部分学生对某些知识点掌握不足。应适当删减一些内容，给学生更多思考的时间和空间，更有利于思维品质的提升。

［1］翟中和,王喜忠，丁明孝.细胞生物学.4版.北京:高等教育出版社,2011:108—109.

［2］王金发.细胞生物学.北京:科学出版社,2003:24.

［3］朱正威,赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物：必修1:分子与细胞.北京:人民教育出版社,2007:48.

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