刘静 南洋模范中学 上海 200030

摘要：

基于素养立意，调动学生对高中生物学习的主动性，强调学生积极主动的学习状态、知识整合和意义联接的学习内容、举一反三的学习方法，注重学生高阶思维和复杂问题解决能力的提升。“细胞由质膜包裹”一课的教学设计中，学生在学习过程中经历对质膜成分和结构的探索，逐步发展科学思维，构建质膜模型。由质膜的结构与功能相适应，探讨生命现象。结合II型糖尿病患者人数日益上升的现状，分析II型糖尿病的病因并提出预防措施及可能的治疗思路，提升学生的社会责任感。

关键词：素养立意 教学设计

“双新”理念下的教学以素养为视角，培养学生德智体美劳全面发展的通式核心素养和学科核心素养。生物学核心素养包含“生命观念”“科学思维”“科学探究”“社会责任”四个方面^[1]。学生学习新思想和事实的过程中，将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并将已有思维知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习。

1教材分析及设计思路

“细胞由质膜包裹”是沪科版高中《生物学》必修1第三章第一节的内容。从细胞质膜的物质组成，推理和演绎质膜功能的结构基础。质膜的内容承接第二章细胞的分子组成，由物质基础到结构基础，为学生学习后续的细胞代谢做好了铺垫。学生在初中学过细胞的基本结构。在高一生物学必修1第二章已经了解细胞的分子组成，对磷脂、蛋白质等具有相关的基础知识，但对这些物质在质膜中的位置并不熟悉，对微观结构的认识有一定困难。

2教学目标

1.概述细胞质膜的物质组成，概述流动镶嵌模型的主要内容。

2.从结构与功能相适应的角度，解释质膜的结构特征

3.通过对质膜成分与结构的探索，认同科学理论的形成是一个科学精神，科学思维和技术手段结合下不断修正与完善的过程。

3教学过程

3.1活动导入。

若将卵黄看作一个细胞，请学生指出它的边界。在培养皿中放上破壳的鸡蛋，在学生中传递。学生用手触摸鸡蛋时，可以稍用力，体验卵黄膜。

设计意图：尽管卵黄膜并不是一层质膜，学生通过用手触摸鸡蛋的活动，体验卵黄膜，由此感受细胞由质膜包裹，质膜有保护细胞的作用，激发学习兴趣。

3.2探索质膜结构

蛋白作为卵细胞需要的营养，可以通过质膜进入细胞，说明质膜有控制物质进出的作用。鸭的精子可以用来给鸡的卵细胞受精吗？说明质膜有信息交流的作用。通过一系列现象人们发现了质膜的功能。然而质膜的结构在光学显微镜下难以观察，一开始只能通过现象推测进行质膜成分的探索。

任务1：探索质膜的物质组成（科学史）

  用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次试验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样，动画演示：脂质更容易通过细胞膜。学生观察思考推测：质膜由脂质组成的。

  科学家利用哺乳动物的红细胞，制备出纯净的细胞膜，经过化学分析得知细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，且磷脂含量最多。回忆磷脂分子的特点

  1925年 戈特和格伦德尔发现，用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面中铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面的2倍。学生思考推测：质膜中的磷脂排列为双分子层。（示图：脂质体）脂质体在药物设计方面的应用，提问水溶性药物和脂溶性药物在脂质体中的位置？

图1 磷脂双分子层和脂质体的平面图、立体图

  1935年：丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力，发现细胞的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。已知脂滴表面如吸附有蛋白质成分时，表面张力则降低。学生思考推测：细胞膜除了含脂质外，可能还附有蛋白质。

    分析课本P50表格，提问：不同生物质膜组成成分的共同特点是什么？有何差异？

质膜主要由磷脂和蛋白质构成，有的还有少量的固醇和糖类。

任务2：探索质膜的结构（科学史），

  电镜用电子束替代光源，放大倍数得到质的提升。电镜下看到细胞膜的暗-亮-暗的三层结构，暗的是什么？电子束易穿过磷脂，不易通过蛋白质。提出假说：质膜由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成。

  将样品快速冷冻，用冰刀切开较薄弱的结构，磷脂分子相对的疏水结构，用冰冻蚀刻技术研究质膜，（示图：磷脂分子表面）不对称，镶嵌蛋白质粒子的图像，希沃放大镜。

  1970年，科学家用红、绿荧光染料分别标记小鼠细胞和人细胞表面的蛋白质分子，进行细胞融合实验。学生根据实验现象分析：膜蛋白具有流动性。不仅很多膜蛋白具有流动性，磷脂分子也是流动的。目前最被认可的流动镶嵌模型，学生使用希沃白板，尝试构建流动镶嵌模型，并描述流动镶嵌模型的特点。

设计意图：通过科学探究，学生像科学家一样思考和实践，对表格数据和实验现象进行分析，运用生命观念（结构与功能观）和不断更新的研究工具与方法，构建质膜的结构“流动镶嵌模型”。

3.3探索质膜结构与功能的关系。

图2正常人的胰岛素发挥降糖作用。

II型糖尿病，胰岛素数量不少，血糖却还是很高。结合2021年联合国糖尿病日主题“人人享有糖尿病健康管理”，分析II型糖尿病的病因，了解膜蛋白的功能。关爱糖尿病人，提出对II型糖尿病预防的有效措施及可能的治疗思路。通过视频使学生了解II型糖尿病早期症状，便于提前发现。

设计意图：据图分析II型糖尿病的病因，培养学生从图中获取信息的能力，结合课内知识体会膜蛋白物质交换（葡萄糖转运蛋白）和信息交流（胰岛素受体）的功能。强化学生关爱生命的观念与社会责任。

4课后开放性作业：学生阅读教师提供的拓展材料，并回答问题——诺贝尔奖中有关质膜的发现，与质膜的哪个功能有关？由什么成分实现该功能？

1963年诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚的约翰·卡鲁·埃克尔斯、英国的阿伦·霍奇金和安德鲁·赫克三位科学家，因为他们发现了在神经细胞膜的外围和中心部位与神经兴奋及抑制有关的离子机制。他们分别阐明了神经细胞动作电位的模式，以及电位依存性 Na+、 K +离子通道都表达在细胞膜上，证明了Na+、K+也是逐个地通过细胞膜 ，这也进一步证实了离子通道的膜镶嵌结构。

2003年诺贝尔化学奖授予彼得·阿格雷、罗德里克·麦金农两位科学家以表彰他们在“发现细胞膜通道”方面做出突出贡献。彼得·阿格雷进行了一个有意思的实验，他在水中保存了青蛙卵母细胞，并在其中引入了一种膜蛋白，几分钟后含有蛋白质的细胞肿胀起来，而其他细胞未受到影响，显然这种蛋白能让水进入细胞，第一个水通道被发现。

2018年诺贝尔生理学或医学奖授予两位免疫学家：美国的詹姆斯·艾利森与日本的本庶佑，以表彰他们“发现负性免疫调节治疗癌症的疗法方面的贡献”。T细胞激活需要T细胞受体与被识别为“异己（non-self）”的其它免疫细胞结合在一起，T细胞激活也需要一种蛋白质作为T细胞的加速器。CTLA-4的功能是T细胞的制动器，可以抑制T细胞加速器的功能。抗体，阻断了CTLA-4的制动功能，可以激活T细胞，并攻击癌症细胞。PD-1是另一种T细胞制动器，可以抑制T细胞激活。抗体抑制PD-1，抑制了T细胞激活制动功能，并且能够高效攻击癌症细胞。

设计意图：学生在阅读材料后可进一步查阅资料了解膜蛋白的功能。感受功能越复杂的质膜，蛋白质的种类和数量越多。相关的水通道蛋白，离子通道等为之后的第四章第一节《细胞通过质膜与外界进行物质交换》的学习做好铺垫。该开放性作业目标是“体验”“感受”“经历“，由同学完成后进行交流。

5教学反思

本课以质膜结构与功能的探索为主线。在科学探究的过程中，发展科学思维，构建质膜模型。由质膜的结构与功能相适应，探讨生命现象。结合II型糖尿病的分析讨论，提升学生的社会责任感，对细胞结构的研究和发现仍在继续。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订).北京：人民教育出版社，2020

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