《生物膜的流动镶嵌模型》教学实录与评析

陈兰桂 吕镜珍

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。