通道蛋白與諾貝爾獎教學設計一、教材分析本節主要包括了兩大部分內容：①生物學科故事被動運輸通道蛋白與諾貝爾獎科學家對細胞膜結構的探索歷程這是一個很好的科學史教育素材，通過引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力②細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識學生必須展開想象力，在頭腦中構建細胞膜的空間結構，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好地理解下一節物質跨膜運輸的方式有很重要的聯系二、教學目標與核心素養1.生命觀念∶細胞膜和其他生物膜是一種選擇透過性膜。2.科學思維∶

運用滲透模型理解水進出細胞的原理。3.社會責任∶通過探究植物細胞的吸水和失水，體會提出問題、做出假設、吸水和失水的過程及應用。設計實驗等探究環節。三、教學重點和難點1.教學重點（1）生物膜的流動性特點2.教學難點（1）對科學探究過程的分析，如何體現生物膜的結構與功能相統一（2）生物膜的空間立體結構四、課前準備：PPT五、教學過程【情景導入】過去人們一度認為水分子在脂雙層間穿梭自如，卻難以解釋某些情境下生物膜極高或極低的透水性。迷霧于1988年才得以揭開。美國科學家阿格雷成功將水分蛋白分離出來，并將2003年諾貝爾化學獎授予美國科學家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農，以表彰他們在細胞膜通道方面做出的開創性貢獻。諾貝爾化學獎評選委員會主席本特·努丁在新聞發布會上說，阿格雷得獎是由于發現了細胞膜水通道，而麥金農的貢獻主要是在細胞膜離子通道的結構和機理研究方面。他們的發現闡明了鹽分和水如何進出組成活體的細胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號怎么在細胞中產生并傳遞等等，這對人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經系統等方面的諸多疾病具有極其重要的意義。諾貝爾科學獎通常頒發給年齡較大的科學家，獲獎成果都經過幾十年的檢驗。但阿格雷只有54歲，而麥金農才47歲。他們的成果也比較新：麥金農的發現產生于5年前；阿格雷的工作于1988年完成。這在諾貝爾科學獎歷史上是比較罕見的。2003年諾貝爾化學獎及生理學或醫學獎的結果都顯示出了當代科學跨領域研究的趨勢。無論是從個體層次還是細胞層次來看，生命系統并不是一個孤立封閉的系統，它要不斷與外界發生物質和能量的交換，包括從外界攝入物質（如植物依靠根從土壤溶液中吸收水分和無機鹽；我們吸入氧氣、吃飯等），同時也包括及時地把代謝產生的廢物排出體外（如呼出二氧化碳，排尿，出汗等）那么這一章我們著重探討在細胞層次上物質是如何跨膜進行輸入和輸出的（→導入本章，板書課題）不同物質的跨膜運輸特點一樣嗎？水是活細胞中含量最多的物質，首先我們一起來探究水是如何進出細胞的。一．滲透作用(1)概念：指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散過程。(2)滲透作用產生的條件：一是具有半透膜，二是半透膜兩側的溶液具有濃度差。[來源:學+科+網]滲透作用實驗裝置的拓展應用(3)驗證滲透作用發生的條件(4)比較不同溶液濃度的大小(5)探究物質能否通過半透膜的方法(以碘和淀粉為例)二．動物細胞和植物細胞的吸水和失水(1)動物細胞的吸水和失水②現象外界溶液濃度<細胞質濃度?細胞吸水膨脹；外界溶液濃度>細胞質濃度?細胞失水皺縮；外界溶液濃度＝細胞質濃度?水分進出平衡。(2)植物細胞的吸水和失水(以成熟植物細胞為例)①原理②現象a．當外界溶液的濃度大于細胞液濃度時，細胞就通過滲透作用失水，植物細胞逐漸發生質壁分離現象。b．將已發生質壁分離的植物細胞放入清水中，此時細胞液的濃度大于外界溶液濃度，植物細胞吸水，逐漸發生質壁分離復原現象。易錯辨析：習慣上說的半透膜是無生命的物理性薄膜，物質能否通過取決于微粒的大小；選擇透過性膜是具有活性的生物膜，其對不同物質的通過性不僅取決于分子大小，還與細胞的需求有關。因此細胞膜和半透膜類似，又有所不同。(2)細胞壁是全透性的，水分子和溶解在水里的物質都能夠自由通過。(P63)三、被動運輸建構模型，深入理解自由擴散和協助擴散的機理。結合實例解讀“自由擴散和協助擴散示意圖”，分析現象并建構自由擴散和協助擴散概念，通過比較兩者的異同以強化概念。1.概念物質以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種物質跨膜運輸方式稱為被動運輸。2.分類(1)自由擴散①概念：物質通過簡單的擴散作用進出細胞的方式，也叫簡單擴散。②特點：順濃度梯度擴散；不消耗能量；不需要轉運蛋白的協助。③實例：O2、CO2、甘油、乙醇、苯等通過自由擴散進出細胞。(2)協助擴散①概念：借助膜上的轉運蛋白進出細胞的物質擴散方式，也叫易化擴散。②特點：順濃度梯度擴散；不消耗能量；需要轉運蛋白的協助，物質運輸速率與轉運蛋白的數量有關。③實例：血液中葡萄糖進入紅細胞；多數水分子進出細胞。④轉運蛋白分為載體蛋白和通道蛋白兩類。3.進一步強調(1)擴散的概念：物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移，直到均勻分布的現象。(2)擴散的速率：氣體中最快，液體中次之，固體中最慢；濃度差越大、溫度越高、參與的粒子質量越小，擴散的速率越快。補充“生物科學史話”的內容，讓學生接受科學史的教育，簡要介紹人類對通道蛋白的探索歷程。離子通道是另一種類型的細胞膜通道，神經系統和肌肉等方面的疾病與之有關，它還能產生電信號，在神經系統中傳遞信息。但由于科學家一直不能弄清楚它的結構，進一步的研究無法展開。而麥金農在1998年測出了鉀通道的立體結構，“震驚了所有的研究團體”。由于他的發現，人們可以“看見”離子如何通過由不同細胞信號控制開關的通道。轉運蛋白有兩種類型，載體蛋白和通道蛋白。它們對溶質的轉運機制有所不同，但都具有特異性。載體蛋白比如葡萄糖載體，只允許與自身結合部位相適應的分子或離子通過，就如同載客的船只需要開倉閉倉一樣。載體蛋白在每次轉運時都會發生自身構象的改變。而通道蛋白比如，鉀離子通道只允許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過這個。這個過程就好像玩擋板游戲一樣，相應的分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結合。關于水分子的跨膜運輸，它既可以是自由擴散，也可以借助細胞膜上的水通道蛋白進行協助擴散。聯系實際聯系實際四、知識深化1.物質跨膜運輸與膜的流動性和選擇透過性有關，選擇透過性的結構基礎是膜上載體蛋白的種類和數量。2.物質出入細胞的方式的影響因素：①物質濃度(在一定濃度范圍內)a.自由擴散：隨著被轉運物質濃度的增大，自由擴散速率增大b.協助擴散和主動運輸：在一定的濃度范圍內，協助擴散運輸速率隨被轉運物質濃度的增大而增大，當被轉運物質的濃度達到一定程度后，運輸速率不再增大，原因是受到載體蛋白數量的限制。②O2濃度2濃度通過影