基於生物學核心素養的教學設計

基於生物學核心素養的教學設計

——生物膜的流動鑲嵌模型

生物學核心素養是學生在生物學課程學習過程中逐漸發展起來的，在解決真實情境中的實際問題所表現出來的必備品格和關鍵能力，包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。

一、教材分析

本節課是人教版高中生物必修1第四章第2節的內容。第四章共有3節內容，第1節主要説明細胞膜是選擇透過性膜。為什麼具有選擇透過性？與膜結構有關，所以第二節是學習生物膜的結構，生物膜的結構又是解釋第3節“物質跨膜運輸的方式”的基礎。這三節內容的內在聯繫是功能-結構-功能。由此可見，本節對整個章節的知識起到了承上啟下的作用，並體現出了結構與功能相適應的觀點，即生物學核心素養中的“生命觀念”的要素之一。

本節主要包括生物膜結構的探索歷程和生物膜的流動鑲嵌模型兩部分內容，同時和前面的第二章中的“化合物”和第三章中的“細胞膜”、“生物膜系統”等內容又有一定的聯繫。

二、教學重點

1.對生物膜結構的探索歷程

2.生物膜的流動鑲嵌模型的基本內容

教學難點

1.探討建立生物膜模型的過程，體現結構與功能相適應的觀點

2.生物膜的流動性特點

三、教學目標

生物學核心素養是是三維目標的提煉和有機昇華。基於對教材和學生的分析，確定了以下基於生物學核心素養的教學目標：

1.簡述流動鑲嵌模型的內容，形成結構與功能相適應的觀點；

此目標體現了生命觀念中的結構與功能觀。

2.體驗科學研究的方法，瞭解模型建構的過程；

此目標體現科學思維，促使學生學習科學發展史理解科學思維。

3.分析解讀科學家探索生物膜的科學史，嘗試提出問題，作出假設；

此目標體現科學探究。

4.探討實驗技術的進步在科學發展中的促進作用，感受科學家的科學態度，認同智慧為社會帶來的進步；

此目標體現社會責任，重視學生正確的世界觀，人生觀和價值觀的養成。

四、教具準備

1.製作多媒體課件

2.塑料袋、普通布、彈力布、用硬紙板繪製磷脂分子的結構模型、雙面膠

五、課時安排

1課時

六、教學過程

情境導入：

提供塑料袋、普通布和彈力布，選一種做為細胞膜，根據結構與功能相適應的觀點分析，哪一種更能體現細胞膜的功能。

（三種材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布不具有彈性，而彈力布不僅具有彈性，還具有一定的通透性，適合做細胞膜。）

膜結構到底是怎樣的呢？下面就讓我們回到一百多年前，跟隨科學家一起探索生物膜結構的歷程。

設計意圖：調動學生已有的知識經驗，引發學生的探究慾望，初步從結構與功能相適應的觀點出發來思考問題。

課件展示資料，利用層層深入的問題串，引導學生分析科學家的實驗和結論，啟發學生大膽假設、總結規律。

設計意圖：注重生物科學史的學習有助於學生理解科學本質，培養其科學思維和科學探究精神。

資料1 ：細胞膜對物質的通透性實驗

時間: 19世紀末人物：歐文頓(ton）

根據相似相溶原理，看到此現象，你能得出什麼樣的結論? 。

（細胞膜中有脂質成分）

歐文頓提出膜是由脂質組成的假説。這是根據現象的推理還是通過對膜成分的提取和鑑定？（在觀察實驗的基礎上，通過推理分析得出的）

還需要對膜的成分進行提取分離和鑑定呢？（需要）

設計意圖：領悟科學研究的方法“假説”是怎樣提出來的，科學探究要具備嚴密的思維。

資料2：

20世紀初，科學家從哺乳動物成熟的紅細胞中將膜分離出來，發現不但會被溶解脂質的物質溶解，也會被蛋白酶（能專一地分解蛋白質的物質）分解。你能推測出什麼結論？（説明細胞膜的成分除有脂質還有蛋白質）

為什麼歐文頓一開始不對膜的成分進行鑑定？（當時技術條件不能實現）

到此科學家已經知道生物膜的主要成分是脂質和蛋白質，那麼這些分子是如何排列形成特定結構的生物膜的呢？

資料3：

1925年，兩位荷蘭科學家er和del作了丙酮抽提紅細胞膜脂質實驗：將抽提出的脂質在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得其分子所佔的面積相當於所用的紅細胞表面積的2倍。

你能推測出什麼結論？（脂質分子在細胞膜中排列成兩排）

細胞膜中的脂質為什麼會排列為連續兩層呢？教師講解引導學生。

細胞膜中含量最豐富的是磷脂，磷脂分子的頭部是親水性的，尾部是疏水性的，請學生以小組為單位討論磷脂分子在空氣—水界面中的排列方式，利用課前做好的磷脂分子結構模型，請學生在黑板上展示。

細胞內外都是水環境，學生通過討論得到細胞膜中磷脂的排布方式：

設計意圖：化抽象為具體，培養學生的合作、交流和探究能力。

蛋白質分子是如何分佈的呢？

20世紀40年代，曾經有學者推測脂質兩邊覆蓋着蛋白質。直到20世紀50年代，電子顯微鏡誕生，科學家用它來觀察細胞膜。

資料4

1959年，rtsen根據電鏡下觀察到的細胞膜暗—亮—暗的三層結構，大膽提出生物膜的模型：所有生物膜都由蛋白質-脂質-蛋白質三層結構構成，並且生物膜為靜態的統一結構。

這與我們學過的生物學知識有矛盾的地方嗎？組織小組討論。

（植物細胞的植壁分離與復原，變形蟲的運動，分泌蛋白的形成和分泌，白細胞吞噬病菌等都説明細胞膜不是靜態的。）

設計意圖：體現結構與功能相適應的生命觀念

隨着技術進步，發現蛋白質並不是全部平鋪在脂質表面的，有的鑲嵌在脂質雙分子層中。

資料5：1970年和in的人——鼠細胞融合實驗。

該實驗表明什麼？（組成生物膜的蛋白質是可以運動的。）

材料6：

演示磷脂分子在不同温度下的運動情況。

5.6 兩個資料共同説明生物膜具有什麼樣的結構特點？

（生物膜具有一定的流動性。）

1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流動鑲嵌模型為大多數人所接受。

從生物膜結構的探索歷程中，你受到哪些啟發？

（人類對自然界的認識永無止境，隨着實驗技術的不斷創新，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷髮展流動鑲嵌模型。）

設計意圖：突出模型建構方法：實驗、推理想象→提出假説→進一步驗證完善→不斷髮展。強調技術進步推動科學的發展。

展示流動鑲嵌模型的結構示意圖，帶領學生歸納總結流動鑲嵌模型的基本內容。最後簡要介紹細胞膜表面糖被的知識，為以後學習細胞膜識別和免疫等知識打下基礎。

教學評價：

1.繪製生物膜的概念圖：

檢驗學生對基礎知識的掌握程度，有助於理解概念，明確概念之間的聯繫，形成正確的生命觀念。

2.練習題

有人發現，一定温度下，細胞膜中的磷脂分子均垂直排列於膜表面。當温度上升到一定程度時，細胞膜的脂類分子有75%排列不整齊，細胞膜厚度變小，而膜的表面積擴大，膜對離子、分子的通透性提高。對上述實驗現象合理的解釋是 D

A. 膜的主要成分是磷脂分子

B. 細胞膜的成分不是一成不變的

C. 膜的成分是磷脂和蛋白質

D. 構成質膜的磷脂分子是可以運動的，細胞膜具有一定的流動性

檢驗學生能否用生命觀念認識生命世界，探究生命活動規律，解決實際問題。

七、板書設計

4.2細胞膜的流動鑲嵌模型 

一、對生物膜結構的探索歷程 

二、流動鑲嵌模型的基本內容     

1.組成成分：磷脂和蛋白質（主要）、少量糖類

2.基本支架：磷脂雙分子層

3.蛋白質的位置：鑲嵌、嵌入、貫穿  

4.結構特點：一定的流動性

5.細胞膜外表面：糖蛋白（糖被）

八、教學反思

基於核心素養的教學，將課程目標定位在核心素養上,需要我們更多地思考如何讓知識成為素養，讓知識變成智慧。在本節教學中,核心素養的培養重點立足於結構和功能相適應的生命觀念,演繹與推理、歸納概括、建構模型等科學思維,以及科學探究的過程、方法和品質等，通過教學資源和信息技術的整合，設置問題串，為學生建立教學情境，讓學生做出假設並建立模型，發展科學思維，使學生自主探究、合作和交流，去發現、理解和運用知識，進而認識生命世界。

但還是有些“遺憾”：如在分組討論磷脂分子在空氣—水界面和在細胞膜中的排布方式時，部分小組無法在有限的時間內構建模型；在總結流動鑲嵌模型的基本內容和繪製概念圖時，少數同學的語言描述還不夠準確；在小組討論教學環節，少數學生顯得靦腆。