以進化為主線帶動“細胞的生物膜系統(tǒng)”復習教學設計

嚴黎煒 （上海市曹楊第二中學 上海 200062）

1 教學內容

課程標準一直倡導生物學教育要提高學生的生命科學素養(yǎng)?？v觀最近幾年高考也都有對細胞膜、細胞器和細胞核等基礎知識的考查，并兼顧檢測對復雜問題的理解程度和生命科學思維表達能力。本節(jié)課主要注重基礎即細胞的生物膜系統(tǒng)，是對細胞的形態(tài)結構和功能學習之后延伸性的一節(jié)復習內容，包括：細胞的膜的功能；生物的膜結構和功能聯系、生物膜系統(tǒng)的概念。通過生物的進化，建立具膜結構相關各個概念和知識之間的聯系，提高學生靈活運用知識的能力，理解生物進化的最終結果是適應，同時培養(yǎng)生物的結構與功能相適應的辯證思想。教學設計如圖1。

圖1 以進化為主線帶動“細胞的生物膜系統(tǒng)”教學設計圖

2 學情分析

學生在高中生物學新課部分已經對細胞的結構和功能有了比較基礎的認識，但部分內容可能掌握不夠扎實，且對細胞各結構的理解比較孤立，本次專題復習任務就是要讓學生在先前學習的基礎上將細胞各結構之間聯系在一起。在復習階段，學生具備一定的歸納總結能力，也對進化論等觀點了解于心。本節(jié)課的內容重在分析和聯系，因此，在教學過程中教師應盡量拋出問題，一步步引導學生進行思考，并通過歸納總結建立知識的聯系，構建知識框架。2017年是上海市高考第1次進行等級考試，等級考試要求學生對概念理解比較扎實，強調對知識的理解和運用，因此復習時教師補充了一些情境資料。

3 教學目標

1）知識目標：①知道細胞膜的存在意義；②知道核膜的存在意義；③理解細胞的生物膜結構和功能之間的聯系；④理解細胞的生物膜系統(tǒng)的概念；⑤知道細胞的生物膜系統(tǒng)在生命活動中的作用。

2）能力目標：①了解生物進化過程中形態(tài)和功能相適應；②認識分泌蛋白的形成和分泌過程，學習膜在功能上的聯系；③通過分析歸納，總結出細胞是一個統(tǒng)一整體的結構，細胞完整才能完成各種生命活動。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：①領會生命物質是不斷變化發(fā)展的、結構與功能是相適應的等辯證唯物主義基本觀點；②通過學習科學態(tài)度、科學方法等，進一步感悟科學素質的本質精神；③感悟生命的精巧和獨特，培養(yǎng)學生歸納總結和分析思考的能力。

4 教學重點、難點

1）教學重點：理解細胞的生物膜結構之間的聯系。

2）教學難點：①理解細胞的生物膜系統(tǒng)的概念；②理解細胞的生物膜結構之間的聯系；③理解細胞的生物膜功能之間的聯系。

5 教學過程

5.1 引入進化樹 先讓學生觀看圖2，由“生物是如何進化的”，引出問題：細胞如何出現？學生已知構成生物體的主要物質是蛋白質和核酸，這些大分子需要構成一個獨立的結構，必然需要有類似細胞膜的結構以“隔離”外界環(huán)境。

圖2 生物進化圖

5.2 細胞膜的存在意義 細胞與外界環(huán)境“隔離”以后，如何與外界進行物質交換和能量轉換？請學生從細胞膜存在的意義回答細胞膜的作用（保護細胞、物質交換和信息交流），并分別舉例說明。教師出示細胞膜的結構示意圖，細胞膜的功能與成分有關，主要成分是磷脂分子與蛋白質，研究發(fā)現不同細胞膜上的磷脂分子基本相同，而蛋白質各有不同。補充資料：熒光抗體免疫標記實驗證明膜蛋白的流動性，教師講解實驗過程，引出細胞膜的作用與半流動性有關，為后面了解各個膜之間的聯系打下基礎；同時補充關于細胞膜半流動性的習題：根據對細胞膜進行熒光淬滅與恢復的速率可以推測出什么？

5.3 核膜的存在意義 真核細胞和原核細胞都有細胞膜，但原核細胞沒有核膜。復習原核細胞的結構，同時提醒學生，DNA復制、mRNA的轉錄與蛋白質的翻譯在時空上沒有分隔，可同時進行。提問：這些特點有什么優(yōu)勢？學生回答：加快了繁殖速度。追問：真核細胞有核膜的意義是什么？讓學生討論后得出，真核細胞轉錄和翻譯在2個不同場所進行，因此需要核膜分開，轉錄在細胞核內進行,由于真核細胞DNA有內含子和外顯子，且mRNA還要分步進行處理，mRNA出核孔后再到核糖體上進行，雖然速度變慢，但是更加精確?？梢姡瑥倪M化角度來說，具有真核細胞的生物更加高等，需要產生更多種類蛋白質，生物體也更復雜，以利于適應更加復雜的環(huán)境。

5.4 線粒體和葉綠體雙層膜的來源和存在意義

真核生物的細胞器有很多種，有的沒有膜，有的有單、雙層膜，互相協(xié)作。教師出示線粒體和葉綠體的結構圖，請學生回答兩者的作用；再補充資料：線粒體、葉綠體的內膜和外膜存在明顯的性質和成分差異。外膜與真核細胞的內膜系統(tǒng)具有性質上的相似性，可與內質網和高爾基體融合溝通；而它們的內膜則與細菌質膜相似，內陷折疊形成細菌的間體、線粒體的嵴和葉綠體的類囊體。在膜的化學成分上，線粒體和葉綠體內膜的蛋白質/脂質比遠大于外膜，接近于細菌質膜的成分［1］。

教師提問：為何線粒體和葉綠體是雙層膜？請學生嘗試利用上述資料，從進化角度分析。待學生討論后，教師總結歸納：真核細胞是由原核細胞進化而來的，這是生物學家的基本共識［2］。內共生起源學說認為，線粒體和葉綠體分別起源于原始真核細胞內共生的行有氧呼吸的細菌和行光能自養(yǎng)的藍細菌。這些膜的特性都暗示線粒體和葉綠體的內膜起源于最初的原核細胞，例如呼吸細菌和藍細菌的本身質膜；而外膜則源于它們的宿主，即被吞噬進入真核細胞時由細胞膜包被形成。學生一定會感嘆生物進化的神奇，并引出進入真核細胞的線粒體又如何與其他細胞器進行聯系？

5.5 生物膜之間有結構上的聯系 各個細胞器之間是有聯系的，且真核細胞的核膜和細胞膜也會與這些結構相關聯，資料表明，從進化角度來說，它們都有可能來源相同。實際上，它們有直接相連和間接相連，直接相連就是2種具膜生物結構直接接觸產生的聯系，包括核膜和內質網膜之間的聯系、內質網膜和細胞膜之間的聯系。間接相連通過具膜細胞結構出芽或內陷形成小泡相連，主要是高爾基體與內質網和細胞膜之間的聯系，如圖3。

圖3 生物膜之間有結構上的聯系

5.6 生物膜在功能上具有一定的連續(xù)性 滬科版的教材內容本部分相對較少，可補充人教版資料：科學家在豚鼠的胰腺腺泡細胞中注射3H標記的亮氨酸，3 min后，被標記的氨基酸出現在附著有核糖體的內質網中；17 min后，出現在高爾基體中，117 min后，出現在靠近細胞膜內側的運輸蛋白質的囊泡中，以及釋放到細胞外的分泌物中［3］。請學生分析該現象說明了什么？教師總結后說明：物質從核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜，如圖4。

圖4 生物膜在功能上的連續(xù)性

再用一個資料題進行鞏固。資料題：教師家里養(yǎng)了幾條蠶寶寶，研究發(fā)現蠶的絲腺細胞在5齡初期主要是細胞自身增大，這時細胞質中的核糖體多為游離型，而內質網很貧乏，此時蠶并不會吐絲結繭；但到5齡后半期，腺細胞開始大量分泌絲心蛋白時，則核糖體都與內質網結合，形成發(fā)達的粗面內質網。提問：上述事實說明什么？學生思考就會發(fā)現分泌蛋白和非分泌蛋白產生的所參與的細胞結構有所不同，此題目的是讓學生對新情境能夠靈活運用所學知識解決問題。

5.7 生物膜系統(tǒng)的概念和作用 從前面所講的生物膜在結構和功能上是有聯系的，引出生物膜系統(tǒng)的概念，生物膜包括細胞膜、核膜和各種細胞器膜，它們的化學成分相似，基本結構大致相同，實際上進化的來源也相似，統(tǒng)稱為生物膜。例題分析如圖5。

圖5 生物膜在結構和功能上的聯系

教師在課堂上可根據學生反應，靈活機動地利用圖5提出各類問題，可以填空、選擇、描述，滿足學生的個性化需求；并適時總結生物膜系統(tǒng)在生命活動中的作用：

①細胞膜使細胞具有一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，同時在進行物質運輸、能量交換和信息傳遞過程中起決定作用。

②細胞中許多重要的化學反應都是在生物膜上進行的。

③細胞內的生物膜將細胞分隔成一個個小室，這樣使得多種化學反應能夠同時進行而互不干擾，保證了生命活動高效、有序進行。

最后再補充2015年上海市高考第35題：在以下細胞結構中準確挑選出相關結構并用單向箭頭“→”寫出構成染色體的蛋白質在細胞內的翻譯及運輸路徑……學生必然會用剛才所學知識，輕松將各個結構用箭頭聯系起來。學生不僅學以致用，也體會到了進化的力量、生命的復雜性和獨特性。

6 教學反思

本節(jié)課的設計從進化樹引入，建立膜系統(tǒng)知識之間的連接，各類材料聯系生活實際，提高學生對知識的應用能力等；重點和難點突出，同時也設計了很多問題，各個知識點環(huán)環(huán)相扣，并適當進行了進化等方面知識的拓展；課堂教學不僅僅是講授知識，還應注重引導學生感悟科學素質的本質精神，并感悟生命的精巧和獨特，領會生物體的形態(tài)結構與功能相適應。

本課的設計既考慮了整體知識框架，又考慮了個別學生目前的學習狀態(tài)。但在實際操作過程中發(fā)現，整節(jié)課的容量偏大，部分細胞的功能和細胞器的作用無法一一羅列，造成部分學生對某些知識點掌握不足。應適當刪減一些內容，給學生更多思考的時間和空間，更有利于思維品質的提升。

［1］翟中和,王喜忠，丁明孝.細胞生物學.4版.北京:高等教育出版社,2011:108—109.

［2］王金發(fā).細胞生物學.北京:科學出版社,2003:24.

［3］朱正威,趙占良.普通高中課程標準實驗教科書：生物：必修1:分子與細胞.北京:人民教育出版社,2007:48.

（E-mail：31579386@qq.com）