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“生物膜的流動鑲嵌模型”一節整合科學史的教學設計.doc

'“生物膜的流動鑲嵌模型”一節整合科學史的教學設計.doc'
?“生物膜的流動鑲嵌模型”一節整合科學史的教學設計李高梅 (廣東省佛山市順德區華僑中學 528333)1 教材分析 本節內容選自人教版高中生物必修1《分子與細胞》第4章第2節。 該節內容在編排上按時間順序介紹了科學家對生物膜結構探索歷程的一些重要實驗和推論,旨在讓學生一步一步地分析科學家的實驗和結論,使學生宛如親歷科學家探索的歷程,自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論,同時加深對科學過程與方法的理解。2 教學目標 1)通過對科學史材料的分析與討論,使學生了解生物膜結構的探索歷程,知道生物膜流動鑲嵌模型的基本內容,加深對生物膜組成成分和結構特點的理解。 2)了解科學探究的一般方法,樹立結構與功能相適應的辨證思想,感受科學研究的艱辛歷程。3 教學重點和難點 1)重點:生物膜的結構特點、科學家探索生物膜結構歷程的經典實驗。 2)難點:流動鑲嵌模型的基本內容、結構與功能相適應的辨證思想。4 教學過程4.1 以史實背景設疑,導入新課,讓學生感受、學習科學家的創新精神 首先讓學生完成填空:細胞膜主要由____和______組成。此外,還有少量的____。 接著提出問題:19世紀末,科學家已經推知細胞膜的主要成分。但細胞膜很薄,光學顯微鏡觀察不到它細微的結構,電子顯微鏡又還沒誕生;且受當時物質分離提純技術的制約,也無法采用分離提純的方法來測定它的組成。在這樣的情況下,你知道科學家當初是怎樣得知細胞膜是由這些成分組成的嗎?由此引出科學家另劈新徑,從生理功能——膜的通透性入手,自然導入新課,同時讓學生感受、學習科學家的創新精神。4.2以史料分析為主線,再現生物膜結構探索歷程,讓學生自主建構知識 生物膜的流動鑲嵌模型是本節課的重點和難點,學生若不理解,就會陷入死記硬背的泥潭。若從科學史入手,循序漸進,讓學生了解知識的產生與發展過程,學生就能心領神會,自主完成知識的建構。在教學中我是這樣做的,首先出示資料1:19世紀末歐文頓(E.Overton)用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗,發現凡是溶于脂質的物質比不溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。提出問題1:根據物質相似相溶原理,分析上述材料,你能得出什么推論?科學家得出什么結論?你的結論與科學家一樣嗎?改變教材直接呈現科學家結論的做法,讓學生體驗科學家的思維過程,提升思維能力,自主建構知識。當學生得知自己的想法與科學家一致時,成功的喜悅溢于言表,學習的自信心和內驅力得到加強。解決問題1后,提出問題2:歐文頓的推論是否正確?最初認識到細胞膜是由脂質組成的,是通過對現象的推理分析得出的。有沒有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定呢?使學生在思考與討論中初步了解模型建構的一般方法。 提出問題3:歐文頓用500多種物質,通過上萬次實驗,這些數據又說明了什么?從而讓學生感知科學實驗的重復性、嚴謹性、艱巨性,得出的結論應該具有普遍性的道理,從中受到科學精神的熏陶。提出問題4:細胞膜中除含有脂質外,還有沒有其他成分呢?分析資料2:20世紀初,科學家第一次將膜從哺乳動物的紅細胞分離出來,通過化學分析表明,膜的主要成分是脂質和蛋白質。提出問題5:脂質和蛋白質分子是如何組成細胞膜的呢?激發學生進一步的探究欲望,過渡到資料3的學習。分析資料3:1925年荷蘭科學家Gorter和Grendel用丙酮從人的紅細胞膜中提取脂質,在空氣-水界面上鋪成單層分子,測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。依然采取改變教材直接呈現科學家結論的做法,給學生提出以下問題:由此,你得出什么結論?科學家得出什么結論?讓學生繼續體會科學家的思維過程。但這一次沒有資料1順暢,盡管我抓住“磷脂單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍”啟發學生思考,但仍有相當部分學生不理解推論,情急之中,我將一張練習紙對折,問學生:“對折前你們看到的紙的面積是對折后的幾倍?”——“2倍!”“原來這張紙是單層的,對折后變成幾層?”——“2層!”“那么根據材料3推測,脂質分子構成細胞膜應該排列成幾層?”——學生豁然開朗答:“2層!”。這樣學生順利從形象思維過度到抽象思維,自然而然得出推論。課后反思時,我把這一靈感記錄下來,作為對自己的褒獎。為了改變學生淺嘗輒止的學習習慣,學會將前后知識融會貫通,提升學生思維能力,我以史料3為引子進行變式訓練,問學生:1、若將資料3中的“紅細胞”改為“口腔上皮細胞”進行實驗,測得單分子層的面積仍然恰為口腔上皮細胞表面積的2倍嗎?或是大于、小于?為什么?2、若將資料3中的“人”改為“雞或去壁的原核細胞”進行實驗,結果又將怎樣呢?為什么?巧借科學史,實現知識的遷移運用,培養學生思維的靈活性、深刻性。接著提出問題2:兩層脂質分子又是如何排列的呢?并請學生在草稿紙上試著畫一畫。在學生畫圖的過程中,我提示學生:已知磷脂分子頭部是親水的,尾部是疏水的,而細胞內外都有水,想想該怎樣畫?當學生畫好后,我選取幾張有代表性的畫法展示出來進行講評,讓學生知道應該怎樣畫,為什么這樣畫。問題3:蛋白質位于脂雙層的什么位置呢?材料4:1959年羅伯特森(J.D.Robertsen)在電鏡下看到細胞膜由“暗—亮—暗”的三層結構構成。他大膽提出:生物膜是由“蛋白質—脂質—蛋白質”的三層結構構成的靜態統一結構。羅伯特森的“三明治”靜態結構模型解決了什么問題?有什么不足之處呢?我又以問題的形式啟發學生思考,培養學生的批判性思維能力。為了便于學生找出它的不足,我播放質壁分離與質壁分離復原,變形蟲吞噬纖毛蟲、酵母菌出芽生殖、精卵結合的視頻動畫,讓學生直觀地感知細胞膜不是靜態的剛性結構,而是一個動態的彈性結構,同時也讓學生樹立結構要與功能想適應的觀點。有什么證據證明細胞膜中的物質是不斷運動的呢? 資料5:圖文結合介紹熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗。問學生:看到了什么現象?這種現象說明了什么?再一次讓學生體會科學家的思維過程,讓學生自己得出結論。接著我讓學生在原來畫的脂雙層中添加蛋白質,畫出自己認為的細胞膜結構模型圖。當學生畫好后,我讓學生把自己畫的圖與桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型進行對照,明確脂雙層的排列方式和蛋白質的三種分布情況。請畫得比較好、與流動鑲嵌模型接近的學生舉手,給予充分的肯定,幽默地稱他們是當代的桑格、尼克森,并選出代表描述流動鑲嵌模型的基本內容。學生的成就感油然而生,課堂氣氛輕松活躍。4.3利用科學史素材,創設糖蛋白學習情景,指導學習方法教科書的特點是圖文并茂、互為補充,文字簡練,材料精選。但學生往往不善于圖文結合去閱讀理解知識。為了養成學生良好的學習習慣,當學生基本理解、接受了“生物膜的流動鑲嵌模型”學說后,我提醒學生看黑板,喚起他們的有意注意,接著在“生物膜的流動鑲嵌模型”示意圖中寫上水的分子式并加上一個箭頭(如圖1所示),問學生:你能告訴我這樣表示細胞吸水還是失水嗎?大部分學生表現出一臉茫然!只有個別學生怯生生的小聲回答:吸水。我及時抓住學生困惑之時機,再設一個問題作鋪墊:要判斷細胞吸水還是失水,我們必須先判斷哪一側是外側,哪一側是內側,那么根據什么來判斷膜的外側與內側呢?這樣利用科學史素材,創設新的問題情景,將學生的探究欲望再一次激發起來,為糖蛋白的學習創設了有利情景,對培養學生圖文結合深刻理解知識的習慣與能力也大有裨益。 圖14.4課堂小結為了加深學生對科學過程與方法的理解,在新課結束時,我再次以問題的形式啟發學生思考:1、縱觀生物膜結構的探索歷程,請大家想想科學家建構模型的一般方法是什么?2、在探索生物膜結構的過程中,科學家應用了哪些實驗技術?3、實驗技術的進步在科學探索中起到了怎樣的作用?使學生進一步理解建立模型的一般方法,明確實驗技術的進步在科學探索中所起的推動作用。5 教后反思該設計是高一年級的新課教學,是我們研究課題——“人教版高中生物,必修模塊里生物科學史在教學中的應用研究”和“信息技術環境下,生物科學史教學策略研究”中的一個課例。自我評價有五處亮點:1)以問題為引導,讓學生一步一步地分析科學家的實驗和結論,體驗科學家的思維過程,實現了“在過程中學習,在過程中生成知識”的教學思想。2)以史料3為引子設計變式訓練,將科學史與思維訓練有機地結合在一起。3)將紙對折幫助學生理解荷蘭科學家的推論,簡單有效。4)創設問題情境,讓學生得出與科學家一致的結論,體驗成功的喜悅,激起學習的熱情。5)創造性地利用流動鑲嵌模型示意圖,加注水的分子式與箭頭,問學生:表示細胞吸水還是失水?為糖蛋白的學習創設情景,效果很好,細中見巧。 有人說:課堂教學是一門遺憾的藝術。本節課的教學也不例外,有學生提出:羅伯特森在電鏡下看到細胞膜由“暗—亮—暗”的三層結構組成,為什么是蛋白質—脂質—蛋白質?而不是脂質—蛋白質—脂質,磷脂分子不是雙層的嗎?由于課前預設不足,當時沒作詳細解釋。
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