3.1 细胞膜的结构和功能教学设计2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

《细胞膜的结构和功能》教学设计 一、教材分析 《细胞膜的结构和功能》是高中生物新教材必修一第三章第 1 节的教学内容，本节是在学习了生物的物质基础和细胞的种类的基础上进行的，包括三部分内容：细胞膜的功能、科学家对细胞膜结构的探究历程、细胞膜的流动镶嵌模型。学习本节内容既涉及到前面章节的“组成细胞的元素化合物 ”相关知识，又能为学生学习后面细胞的物质运输、能量供应和细胞分裂等作铺垫， 在必修一大单元教学中起着非常重要的作用。本节内容的学习可以体现“结构与功能相适应 ”的生物学重要观点,也贯穿着生物学的始终。 本课为第二课时的教学。 二、学情分析及对策 基于必修 1 前两章的学习以及初中知识，学生已知道细胞的基本结构、组成细胞的分子及其功能等， 为本节知识的学习奠定了基础。高一学生虽然具备了一定的观察和分析能力，思维逻辑性也已初步建立，但还不是很严密，对探索事物的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。所以本节课设计将科学家们的探索历程， 以 7 个资料的形式通过图片、文字等一步一步呈现给学生，并引导学生分析、探究；同时让学生把参照资料分析所得出的结论，在希沃白板上形象的绘制出来，以及分小组制作出模型，最终一点点的把流动镶嵌模型逐步完善并直观呈现在白板上。在构建模型的过程中， 体验科学家探索的科学历程，并树立“结构与功能相适应”的生物学观念。 三、教学目标 【知识与技能】 ①了解科学家探索细胞膜结构的科学史。 ②简述流动镶嵌模型的基本内容。 ③运用流动镶嵌模型的内容解释有关生物学现象。 【过程与方法】 ①分析研究资料，锻炼逻辑推理能力。 ②通过观察、讨论、推测和画图， 体验科学探究建构生物膜模型的过 程。 【情感态度与价值观】 ①培养严谨的推理和大胆想象能力，树立“结构与功能相适应 ”的生物学观点。 ②通过小组共同构建和逐步完善流动镶嵌模型，培养学生合作意识。 ③认识到技术的发展在科学研究中的作用，认识科学研究是传承、发展及艰辛的历程。 四、教学重难点 【教学重点】 ① 通过细胞膜的学习，理解“结构与功能相适应”。 ② 流动镶嵌模型学说的基本内容。 【教学难点】 探讨在建立细胞膜模型的过程，如何体现“结构与功能相适应 ”的生物学核心素养。 五、课型 新授课 六、教学时间分配 教师讲解、引导:约 25 分钟 学生阅读、讨论:约8 分钟 学生模型构建:约 10 分钟 小结、练习：约 2 分钟 七、教学准备 硬纸板模型材料，教学课件 PPT，希沃电子白板课件，教师和学生平板 八、教学方法 模型构建法、讲授法、阅读法、讨论法等 九、教学过程 教学 环节 教学内容 教师引导 学生活动 平板使用 引入 从生物膜的功能入手， 引入新课内容。 读诗句，猜谜语， 引出细胞膜的功能。 引导学生思考：细胞膜如何实现这一功能？ 引入：结构与功能相适应 学生齐读诗句，猜出谜语：细胞膜。 学生回答：3 句诗分别对应细胞膜的什么功能。 学生思考：结构与功能相适应 随机回答 生 物 膜 结 构 的 探 索 历 程 资料一、1895 年，欧文顿膜的通透性实验 引导学生阅读、分析膜的通透性实验资料，展示动画。 提示:相似相溶原理 学生分析推断出：膜是由脂质组成的。 抢答 提问过渡：到底是什么脂质呢？还需要化学分析来验证。 资料二、20 世纪初，细胞膜成分的化学分析 提问： 为什么选择哺乳动物红细胞来提取细胞膜？通过什么方法获得纯净的细胞膜？ 展示磷脂的分子结构图。 引导思考： 磷脂分子平铺在水和空气界面，会怎么分布？ 学生思考、回答问题。 学生观察、掌握磷脂的结构图。 理解疏水、亲水的意义。 学生尝试在水-空气界面上铺一层磷脂分子。（分小组进行模型构建、拍照上传）（请一位同学在电子白板上进行构建） 学生分组构建，拍照上传，找出学生可能的错误（如磷脂分子横躺在水面）， 帮助学生理解“疏水、亲水 ”概念， 从而正确构建模型。 提问过渡：细胞膜中的磷脂就是这样铺成一层吗？ 生 物 膜 结 构 的 探 索 历 程 资料三、1925 年，单层磷脂分子面积是细胞表面积的 2 倍 展示实验资料，引导思考 ： 由此能推断出什么？ 问题： 为什么细胞膜的磷脂排列为 2 层？ 引导思考： 我们知道细胞膜内主要是水，那么细胞膜外有没有水？ 指导学生构建模型。 展示磷脂双分子层的立体结构，加深学生空间结构理解。 学生推测出：细胞膜中的脂质分子排列为两层。 分析细胞膜所处的内、外环境都有水的存在，从而理解为什么构成细胞膜的磷脂排列为 2 层。 学生在一层磷脂分子平铺的基础上，尝试构建磷脂双分子层结构的模型。 （分小组进行模型构建、拍照上传） （请一位 同学在 电子 白板上进行构建） 学生通过动手掌握磷脂双分子层的排布规律。 通过平板拍照上传功能，展示各小组铺出的双层磷脂分子，及时评价各组成果。 提问过渡：细胞膜上除了脂质还有其他分子吗？ 资料四、1935 年表面张力实验 简单介绍油-水界面、表面张力的含义。 引导学生思考、得出结论。 学生讨论并推测：细胞膜除含有脂质分子外，还附有蛋白质。 提问过渡：那么蛋白质分子在细胞膜上怎么分布？ 资料五、1959 年,罗伯特森模型假说 引导学生观察电镜下的照片，引导学生根据 2个已知条件进行分析推测。 提问讨论：罗伯特森的2 个观点（蛋白质对称分布，静态）有没有什么漏洞？ 学生观察电镜下的照片，结合 2 个已知条件，讨论、分析“暗-亮-暗 ”三层结构可能是什么物质，并画出模型图。 学生思考:哪些现象无法用罗伯特森模型解释。认识到这一假说的不足。 (学生可能只分析出静态结构的不合理) 学生在磷脂双分子层模型上尝试按罗伯特森假说模型铺上蛋白质。 通过平板拍照上传 生物膜结构的探索历程 资料六、人、鼠细胞融合实验 观察、分析人鼠细胞融合实验示意图及视频。 思考： 由此推测出什么结论？ 指 出 :其他实验证 明磷脂分子可以运动。 得出结论：膜上的蛋白质大多是可以运动的。 (可能的错误:直接得出细胞膜有流动性) 学生综合分析得出: 细胞膜具有流动性。 播放动画视频 直观展现膜的流动性。 过渡：罗伯特森认为“蛋白质-脂质-蛋白质”对称分布，是否如此？ 资料七、冰冻蚀刻电子显微法 展示冰冻蚀刻电子显微法的电镜照片、示意图，分析蛋白质是否为对称分布？ 提问：蛋白质有哪 3 种分布方式？ 引导学生看图思考：糖类如何分布？（P68） 展示细胞膜的立体结构，加深学生理解。 观察得出：蛋白质分布不对称。 蛋白质镶在、嵌入、贯穿磷脂双分子层中。 学生利用模型尝试把蛋白质镶在、嵌入、贯穿于磷脂双分子层上。 学生把多糖链模型加入细胞膜外层。 多糖链与细胞膜外表的蛋白质、磷脂结合。 通过平板拍照上传，评价各组成果 （至此完成流动镶嵌模型结构的构建过程） 流 动 镶 嵌 模 型 流动镶嵌模型的基本内容 引导学生阅读、掌握流动镶嵌模型的内容。 阅读：膜的流动镶嵌模型的基本内容。 填空：学生齐答，并重点加深记忆此处知识点。 结构特点—流动性， 功能特点—选择透过性。 回顾探索历程 展示细胞膜探索历程的阶梯图。 引导讨论：你能找出科学探索的什么规律？你有何感触？ 学生讨论后，在平板上发表自己的观点。 利用讨论功能把学生的观点展示在平板上，逐一点评,充分肯定。 小结 结构与功能相适应 回顾本课开头的细胞膜功能，引导学生思考：细胞膜的 3 个功能需要细胞膜的什么结构来与之相适应？ 结合学生回答，逐一给出详细分析。 学生讨论后，举手回答。 进一步认同“结构与功能相适应”的生物学观点。 概念图小结 分析概念图。 完成本节内容的知识结构图填空。 练 习 练习巩固、找出不足 通过难易梯度设置 2 道选择题帮助学生找出知识弱点。 全班作答。 全班作答功能，直观分析出学生的知识弱点，指导学生理解题意。 作 业 布置作业。 十、板书设计 3.1 细胞膜的结构与功能 一、探索历程 观察、实验 → 结论、假说 二、流动镶嵌模型 细胞膜成分： 结构特点：流动性 功能特点：选择透过性 【引入】 从细胞膜具有的功能入手，引入新课内容。 提问：细胞膜有什么结构，才能其具有以上的功能？（树立结构与功能相适应的观点） 【资料分析 1】 欧文顿膜的通透性实验：1859 年,欧文顿选用 500 多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究，发现凡是易溶于脂质的物质,容易穿过膜,反之,不易溶于脂质的物质,不易穿过膜。 【学生活动】 学生阅读、分析膜的通透性实验。 通过“相似相容原理 ”等化学知识分析得出结论：膜是由脂质组成的。 【资料分析 2】 科学家通过对膜成分的化学分析得知，组成细胞膜的脂质有磷脂、蛋白质等。展示磷脂分子的结构图及简化图。 【学生活动】 学生思考：如何获得纯净的细胞膜以便于进行化学分析？——利用哺乳动物的成熟红细胞吸水涨破。 学生思考：为什么欧文顿没有使用化学分析？（意识到技术对科学发展的推动作用） 学生观察磷脂的结构示意图，包括亲水头部和疏水尾部。 【模型构建】 学生在白板上通过无限克隆、移动，尝试在水-空气界面上铺一层磷脂分子。 【提问过渡】 细胞膜中的磷脂就是这样分布的吗？ 【资料分析 3】 1925 年，科学家将红细胞中脂质在空气-水界面上铺展成单分子层，测得単分子层的面积为红细胞的表面积的 2 倍。 教师用纸片演示：单分子层面积为细胞表面的 2 倍。 【学生活动】 学生思考并推测出细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层。 学生分析细胞膜所处的内、外环境分别是细胞质、组织液， 都有水的存在，结合磷脂的分子亲水头部疏水尾部的特点，得出细胞膜中磷脂的排布规律——磷脂双分子层。 【模型构建】 学生尝试构建磷脂双分子层。 【提问过渡】 那么蛋白质在膜上怎么分布？ 【资料分析 4】 罗伯特森的“三明治模型 ”：1959 年罗伯特森在电镜看到细胞膜暗-亮-暗三层结构，他认为细胞膜是由蛋白质-脂质-蛋白质三层构成， 且细胞膜是静态的统一结构。 【模型构建】 学生观察电镜下的照片，阅读、分析罗伯特森假说模型。 学生在磷脂双分子层上基础上尝试按罗伯特森“三明治 ”模型铺上蛋白质。 【提问过渡】 你赞同罗伯特森的观点吗？为什么？ 【学生活动】 了解罗伯特森的细胞膜模型，思考哪些现象无法用罗伯特森模型解释，认识这一假说的局限性。分析该假说的不合理后， 在电子白板上撤销所铺的蛋白质。（意识到科学发展是曲折的过程） 【资料分析 5】 冰冻蚀刻电子显微法：科学家将细胞膜标本用干冰等冰冻后，用冷刀断开，升温后暴露断裂面，发现蛋白质并不是对称的分布在磷脂分子层的两侧，而是有多种位置。 【学生活动】 看图思考：蛋白质和多糖链是如何分布的？（P68） 观察得出：蛋白质分布不对称。蛋白质可以镶在、嵌入、贯穿磷脂双分子层中；多糖链可与细胞膜外表的蛋白质、磷脂结合。 【模型构建】 学生在白板上尝试把蛋白质镶在、嵌入、贯穿于磷脂双分子层上。 学生在前面的基础上，把多糖链加入细胞膜外层。 （至此完成流动镶嵌模型结构的构建过程） 【提问过渡】 罗伯特森还认为膜是静态的，是否真的如此？ 【资料分析 6】 人、鼠细胞融合实验：1970 年，用不同颜色荧光染料标记分别标记人的细胞和鼠的细胞，然后将人-鼠细胞融合，一段时间后，不同颜色的荧光染料均匀分布在融合细胞膜表面。 【学生活动】 观察、分析人鼠细胞融合实验示意图。 思考得出结论：膜上的蛋白质大多是可以运动的。 【提问过渡】 磷脂会运动吗？ 【资料分析 7】 磷脂分子的运动：观察磷脂分子运动方式图片。观看视频：《膜的流动性》 【学生活动】 学生通过图文、视频分析得出结论：细胞膜具有流动性。 （认识到科学探索往往需要不断发展、完善，是一个艰辛的历程。） 【屏幕展示】 在参考前人的结论基础上,结合新的观察和实验证据,又有科学家提出了一些关于生物膜的分子结构模型。其中 1972年辛格(S.J.Singer)和和尼科尔森(.Nicolson)提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。 【学生活动】 看书思考：①膜的组成成分有哪些? ②膜的基本支架是什么? ③蛋白质分子在磷脂双分子层上是如何排布的? 阅读并总结出生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。 尝试用该模型解释生物学问题，如变形虫的变形等。 【课堂小结】 回顾膜结构的探索历程和流动镶嵌模型的基本内容。 想象：假如你站在一个细胞的中心，你会看到什么？谈一谈感受。 学科网（北京）股份有限公司 $