3.1 细胞膜的结构和功能（第1课时）-教学设计2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学教学设计聚焦细胞膜的功能及成分探索，通过台盼蓝染色鉴别细胞死活的问题探讨导入，衔接初中卵黄膜知识，以实验和问题串引导学生从功能认知到成分探究，构建递进式学习支架。 特色在于融合探究实践与科学思维，卵黄膜模拟实验让学生直观体验膜的存在，科学史资料分析（如欧文顿实验、磷脂双分子层推测）培养证据推理能力，体现结构与功能观的生命观念，助力学生提升探究能力，为教师提供生动的教学活动设计。

3.1 细胞膜的结构与功能 第1课时 细胞膜的功能及对细胞膜成分的探索 教案 一、教学目标 1.通过阅读理解、小组探究等方式学习，能简述细胞膜的功能。 2.体会科学家探索细胞膜成分的过程。 3.认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义。 4.通过对细胞结构和功能的学习让学生体验生命的意义，形成崇尚生命、热爱生命的观念。 二、教学重难点 教学重点：1.细胞膜的功能。 2.理解细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。 教学难点：理解细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。 三、教学过程 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 问题探讨： 鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 讨论： 1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。 2.据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？ 细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出细胞的功能。 一个国家有陆地、海域、领空的边界；使人体内部与外界分隔的皮肤和黏膜，是人体的边界。系统的边界对系统的稳定至关重要。细胞作为一个基本的生命系统，它的边界就是细胞膜，也叫质膜。 细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢? 学生小组讨论，回答问题。 1.活细胞的细胞膜具有选择透过性， 死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能。 2.具有控制物质进出细胞的功能。 引导学生小组合作，初步认识细胞膜的功能，激发学生的学习兴趣。 新课讲授 目标1：细胞膜的功能 生活中你见过细胞膜吗？ 鸟类的卵细胞是自然界中较大的细胞，未受精的鸡蛋中，鸡蛋黄可以看作是一个卵细胞。 初中我们学过未受精的鸡蛋中的卵黄（即蛋黄）可以看作是一个卵细胞，卵黄比较大，适合做实验，现在就用卵黄膜来模拟细胞膜体验膜的存在。两人为一组将鸡蛋磕破，将卵黄放到培养皿中，用手轻轻触摸卵黄，发现卵黄膜表面有弹性，可以伸展。再用牙签将蛋黄戳破，看到卵黄内的内容物缓缓流出。我们体验到了膜的存在和膜对细胞的重要性。 提出问题：作为系统的边界，细胞膜在细胞的生命活动中又起着什么作用呢？ 活动1：认识细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 提出问题： （1）鸡蛋黄和鸡蛋清是分开的，说明了细胞膜有什么功能？ 将细胞与外界环境分隔开。 （2）细胞膜具有该功能的意义是什么？ 对细胞本身的意义：保障细胞内部环境的相对稳定，并成为相对独立的系统。 在进化方面的意义：膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，产生了原始的细胞。 教师讲解：在卵黄实验中，用牙签将卵黄膜戳破，卵黄内容物就缓缓流出来了，可以得出卵黄膜将卵黄内的物质与外界环境分隔开。由此类比推理细胞膜将细胞与外界环境分隔开。人们普遍认为生命起源于原始的海洋，膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段，它将生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的系统。细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定，减小了各种外部的干扰，细胞才能正常的进行各种代谢活动。这就好比我们的学校的围墙，如果没有这些围墙，喧嚣的街道会直接影响到我们班级同学的学习，我们的学习就不能正常进行。 2.控制物质进出细胞 鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色。 讨论： （1）为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？ 提示：活细胞的细胞膜可控制物质进出细胞，台盼蓝染液是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不能被染色，死细胞的细胞膜不能控制物质进出细胞，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。 （2）据此推测，细胞膜作为细胞的边界，具有什么功能？ 提示：据此推测：细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。 提出问题：用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。你能解释“染色排除法”的原理吗? 师生共同总结出：活细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。举例死细胞的细胞膜就像为围墙被凿出了许多洞，失去了控制物质进出细胞的功能。 提出问题：那么细胞膜是怎样控制物质进出细胞的？教师讲解：细胞膜像海关或边防检查站，对进出细胞的物质进行严格的检查，细胞需要的营养物质可以从外界进入，不需要的或者对细胞有害的物质“不容易”进入细胞，抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外（强调从细胞内出细胞外的物质除了代谢废物，还有抗体、激素等分泌物；但是细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外。但是细胞膜的控制作用也是有限的，是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入；有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病）。 3.进行细胞间的信息交流 过渡：生物体作为一个繁忙有序的细胞社会，每个细胞都不是孤立存在的，与周围的环境关系密切，不断地与外界环境发生着物质和信息的交流。只有这样，细胞才能联合起来完成生命活动。而细胞之间的信息交流方式多种多样。阅读课本P41的内容，判断以下三个资料分别属于哪种细胞间信息交流的方式。 （1）通过细胞分泌化学物质间接传递信息。 内分泌细胞分泌的化学物质（如激素），随血液到达全身各处，与靶细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。 （2）通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。 提出疑问：以上是相聚较远的细胞之间进行信息交流，相邻细胞间怎样传递信息呢？ 讲解：通过相邻细胞的细胞膜直接接触传递信息。发出信号的细胞上的信号分子与靶细胞上的特异性受体结合。例如，精子和卵细胞的结合。精子表面的信号分子只能与同种生物卵细胞的细胞膜表面的受体特异性结合。所以在海洋或河流湖泊中存在着很多不同物种的精子和卵细胞，这些精子和卵细胞并没有相互结合。 （3）相邻两细胞之间形成通道，来传递信息 相邻两细胞之间形成通道，来传递信息。相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。 总结陈述：不相邻的细胞间通过细胞分泌化学物质间接传递信息，相邻细胞间可通过细胞膜直接接触和形成通道传递信息。 思考：细胞壁位于植物细胞的最外层，为什么细胞壁不是植物细胞的边界？ 因为细胞壁对要进出细胞的物质没有选择性（即全透性），它不能保证细胞内部的稳定，所以说细胞壁不能称之为植物细胞的边界。而细胞膜将细胞与外界环境分隔开，控制物质进出细胞，细胞膜才是边界。 核心归纳： 学生通过预习能准确答出：细胞膜。 完成以卵黄为材料的小实验。 学生阅读资料，思考、分析，讨论回答得出：细胞膜将细胞与外界环境分隔开。 学生积极观察实验，分析实验现象，回答问题，总结出细胞膜控制物质进出细胞。 思考讨论并回答问题。 认真听讲 观察P41图3-2并阅读文字抓关键词比较、分析、概括。 学生通过观看拓展材料，积极回答细胞壁的成分和功能。 学生总结出细胞膜才是细胞的边界。 图片吸引学生的注意力，通过模拟实验，让学生认同细胞膜是系统的边界，引出课题。 引导学生展开想象，理解细胞膜功能，认同细胞膜对细胞这个生命系统的重要意义。树立功能与结构相适应的生物学观点。 将细胞膜的成分和功能与生活实际联系，让学生注意理解生物科学与技术和社会之间的相互作用，重视理论联系实际。 这部分知识抽象难懂，又是难点，引导学生识图，培养学生灵活运用图得出所需新知识的能力。 引导学生总结细胞膜的功能 通过拓展知识，引导学生知道细胞壁的成分和功能，进一步体会细胞膜的重要意义。 总结提升，让学生明白细胞膜才是细胞的边界 目标2：对细胞膜成分的探索 提出问题：膜结构到底是怎样的呢？物质或物体的结构实际上是指其组成成分之间的组合形式。以细胞结构和氨基酸分子结构说明。所以，要弄清结构，首先要弄清其组成成分，那么细胞膜的组成成分是什么呢？ 活动2：对细胞膜成分的探索 思考·讨论： 请学生阅读课本“科学家对细胞膜成分的探索历程”内容，用问题串的形式引导学生思考问题。 1.分析1895年欧文顿的实验，推测细胞膜的成分 1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：溶于脂质的物质，容易穿过细胞膜；不溶于脂质的物质，不容易穿过细胞膜。 据此推测：细胞膜是由脂质组成的。 思考：（1）最初对细胞膜成分的认识，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取与检测？ 提示：通过对实验现象的推理分析。 与化学的联系 相似相溶原理：“相似”是指溶质与溶剂在结构上相似，“相溶”是指溶质与溶剂彼此互溶。 2.膜成分化学分析：20世纪初，为了进一步确定细胞膜中脂质成分的类型，科学家利用动物的卵细胞、红细胞、神经细胞作为研究材料，并利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析。化学分析表明：组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。 标志着对细胞膜成分的研究从“推测”走向了“实证”。 注意：此时只知道“有”脂质，却不知道它们在膜里如何排列。 3.1917年，科学家朗缪尔将磷脂溶于苯、氯仿等易挥发的有机溶剂中，然后把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉以后，脂类分子在水面上铺开成一层，并且测出脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上（如图） 朗缪尔实验说明组成细胞膜的磷脂在结构上有何特点？ 磷脂分子是由一个磷酸基团连接的头部，由两条脂肪酸长链组成的尾部构成，观察磷脂分子的结构并分析其特点。 磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个磷脂分子在水中总是自发地形成双分子层。 磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。 4.根据磷脂分子的特点，推测并画出磷脂在水-空气界面上的排布方式。 5.细胞内外均为水环境，根据磷脂分子的特点，推测并画出细胞膜中磷脂分子的排布方式。 6. 1925年，戈特和格伦德尔的实验结果是磷脂单分子层的面积是红细胞表面积的2倍，与磷脂分子在水环境中的分布的猜测一致，于是得出“细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层”。 思考：（2）根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排列为连续的两层”这一结论的？ 提示：磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。 科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。 思考：（3）磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？ 提示：由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。 思考：（4）如果将磷脂分子置于水－苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？ 提示：如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。 7.资料：1935年，英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。人们发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低。 据此推测：____________________________________。 （细胞膜除脂质分子外，可能还附有蛋白质） 8.科学家陆续测定了不同细胞的细胞膜组成，请概述细胞膜的组成成分及细胞膜功能的复杂程度主要与哪种成分相关联？ 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外，还有少量的糖类。 细胞膜功能的复杂程度主要与蛋白质有关。 师生共同总结：细胞膜的成分。 细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总质量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%~10%。 细胞膜中含有的元素主要有：C、H、O、N、P。 强调：蛋白质在行使功能时起重要作用，功能越复杂的细胞膜，蛋白质种类和数量越多。 思考问题。 阅读教材中科学家对“细胞膜成分的探索”历程，讨论回答教师提出的一系列问题。 归纳小结欧文顿的实验。 以小组为单位讨论磷脂分子在下列情况中的排列方式（从磷脂结构分析） 1.平铺于水面上（空气—水界面） 2.磷脂分子置于水中 3.细胞膜上（细胞内外环境） 讨论后分别说出答案（1、2作图；3制作平面模型） 小组合作，讨论交流，回答问题： 提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。 结合科学史资料和相关问题，引导学生分析得出组成细胞膜的成分。 培养学生主动获取知识的能力、归纳能力及与人交流信息的能力。 培养学生问题意识，学生发散性思维。 提出问题，引起思考，激发思维探究的欲望，引起学生学习的兴趣。 掌握知识要点。 对科学过程和方法的理解。 课堂小结 四、板书设计 3.1 细胞膜的结构和功能 第1课时 细胞膜的功能及细胞膜成分的探索 一、细胞膜的功能 1.将细胞与外界环境分隔开 2.控制物质进出细胞 3.进行细胞之间的信息交流：物质传递，接触传递、通道传递 二、对细胞膜成分的探索 第 5 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 $