人教版普通高中课程标准实验教科书必修一
《分子与细胞》
生物膜的流动镶嵌模型
教学设计
宝鸡市姜城中学 高宏军
2011年12月
生物膜的流动镶嵌模型
一、教材分析
1．内容和地位
“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版分子与细胞模块第四章第
二节内容。本章共三节，第一节主要说明细胞膜是选择透过性膜，为
什么具有选择透过性，这与膜的结构有关，于是进入第二节内容。而
第二节内容又是解释第三节“物质跨膜运输的方式”的基础。这三节
内容的内在联系是：功能――结构――功能。由此可见，本节“生物
膜的流动镶嵌模型”在第四章中起着承上启下的作用，它是架起第一
节和第三节的一座桥梁，并体现了结构决定功能的生物学观点。“生
物膜的流动镶嵌模型”主要介绍了对生物膜结构的探索历程，目的是
让学生在认识生物膜结构的同时，了解人类探究生物膜结构的过程和
方法，认识到可以通过对现象的推理分析提出假说，假说仍然需要观
察和实验来验证。随着技术手段的改进不断发现新的证据，原有的观
点或理论还会不断得到修正和完善，并归纳总结出生物膜模型建构的
基本方法。
2．教学重点
① 对生物膜结构的探索历程。
② 生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。
3．教学难点
探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观
点。
二、课程三维目标
1．知识与技能
① 简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
② 举例说明生物膜具有的流动性特点。
③ 通过分析科学家建立生物膜模型的过程阐述科学发展的一般
规律。
2．过程与方法
分析科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题，大胆作
出假设。
3. 情感、态度与价值观
使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辩证观点。
三、教学策略
1．设计问题串，引导学生以“自主、探究、合作”的形式进行
学习。
2．采用直观、讨论、演绎、比较等方法实现师生互动、生生互
动。
四、教学过程：
1．导入新课
在第三章制作真核细胞的三维结构模型中，遇到过用什么材料做
细胞膜的问题。请大家从结构与功能相适应的角度分析，用什么材料
做细胞膜能更好的体现细胞膜的功能。
↓
总结已知的细胞膜的特点
↓
分析塑料布、普通布和弹力布哪个更适合体现细胞膜的功能
↓
引入课题（生物膜的流动镶嵌模型）
生物膜的结构是怎样的呢？如何与生物膜的功能相适应？
2. 新知识 人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质
跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，
历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科
学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科
学过程和本质的理解有所启发。我想让大家穿过时空隧道，回到一百
多年前。假想一下：如果你是当时的一位科学家，你会怎样去研究细
胞膜的结构？（提示学生，引导他们明白限于当时的技术条件，还不
能亲眼看到生物膜，无法想象它的结构是什么样的，通过什么办法进
行第一步的探究呢？引导学生看教材后明白当时科学家是从生理功
能入手来探究的，通过实验观察，科学家才有严谨的推理，提出膜是
由脂质组成这一假说，提示学生作出科学探究过程中作出假设后的步
骤是什么（通过实验来验证假设），从而进入下面的学习。
生物学研究上常用的一种科学方法——假说法。这也是我们今天
探究生物膜的结构的一个重要的方法，下面，就让我们沿着科学家的
足迹，和科学家一起来研究这个问题。
问题（1）：探究细胞膜的组成成分是什么？ 呈现科学史料1 1895年，E.Overton 选用500多种化学物质对
植物细胞膜的通透性进行上万次的研究。发现：凡是可溶于脂质的物
质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。 探究：依据E. Overton 所观察到的实验现象，你们能得出什么结论？
呈现科学史料2 科学家在实验中发现细胞膜不但会被溶解脂质
的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。引
导学生分析以上两个实验。
分析得出结论，体验推理过程。（细胞膜主要由脂质和蛋白质组成） 问题（2）探究细胞膜组成成分的结合方式
呈现科学史料 1925年，两位荷兰科学家对血影的研究，他们用丙
酮抽提细胞膜中的脂类物质在水面铺成单分子层，聚拢后测得的总面
积是红细胞表面积的2倍。
设问：①依据所观察到的实验现象，你们能得出什么结论？ （介绍
磷脂分子的特点）
设问：②磷脂分子如果铺在水面上应该是什么样的？
设问：③磷脂分子是否排列成两层？如何排布？
以红细胞为例，引导学生讨论磷脂分子的理化性质是否决定构成
细胞膜时成双层排列？让同学们自己动手排列双层结构。同时引导学
生提出新问题。
呈现科学史料 电镜下的细胞膜呈现了暗—亮—暗三层结构。设问
①：暗的代表什么物质呢？亮的代表什么物质呢？设问②：蛋白质分
子位于磷脂双分子层的什么位置？
蛋白质是怎样排布在磷脂双分子层上的呢？（蛋白质覆盖在磷脂
分子的两侧）讲解蛋白质和磷脂的物理性质，让同学们分析明暗代表
什么？
问题（3） 模型怎样建构及修正完善
引导学生通过小组合作构建细胞膜的结构模型。学生分析并推导
膜的结构模型。
讲述罗伯特森的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态模型的特点。
设问：该结构模型是否与细胞膜的相关生理相适应？
分析相关实验，设问：“蛋白质—脂质—蛋白质”的静态模型
是否有缺陷，应如何修正？科学史料中寻找支持实验：①1970年，
Frye 和Edidin 的人——鼠细胞融合实验，整合后的细胞一半发红色
荧光，另一半发绿色荧光。将细胞放在37度培养40分钟后，两种颜
色均匀分布在融合后的细胞膜表面。②呈现冰冻蚀刻技术工作原理并
模拟图片。将冰冻蚀刻技术的模拟排布图与学生自己建构的模型相比
较，找出异同。在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，
又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格
（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为
大多数人所接受。
好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，我
们有些话题想让大家思考讨论。
3、总结讨论
（一）. 以讨论小组的形式开展课堂讨论交流：
（1）生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你
的看法。
分析：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的
认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加
细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功
能，不断完善和发展流动镶嵌模型。
的确，流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回
答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如Wallach
于1975年提出晶格镶嵌模型；Jain 和White 于1977年提出板块镶
嵌模型等，迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多，生物
膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋
向一致的。其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特
征。
（2）纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实
验技术的进步起到怎样的作用？
分析：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键
性的推动作用。如血影的制取和化学成分的鉴定技术使人们认识膜的
化学组成；电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻
技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧
光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这
些技术的支持，人类的认识便不能发展。
（3）分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得
到体现的？
分析：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始
终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生
物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统
中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模
型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不
完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学
者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先
进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻
蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生
物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中
的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理
功能。
（4）分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？
ａ：科学研究是要在实验和观察的基础上，通过严谨的推理和大胆的
想象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。
ｂ：科学研究依赖于技术的进步，技术进步了，可以得到更多新的实
验数据。
ｃ：科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工
作。
ｄ：科学发现的过程不是一帆风顺的，往往是在继承的基础上不断验
证、修正和完善发展的。
ｅ：科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不
是一成不变的，需要不断完善。
（二）．流动镶嵌模型的基本内容
教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？
（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性
头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。 学生学习讨论后对原有模型进行修正并总结出膜具有流动性的结论。
学生分析后得出结论：蛋白质是镶嵌在磷脂双分子层中的。
总结归纳①要求学生讨论“流动镶嵌模型”的基本内容并总结
建模的基本方法。②总结生物膜结构探索历程并讨论科学技术起关键
性的推动作用。③结构与功能相应的观点在生物膜结构探索历程所起
的作用是什么？
五、练习与巩固
1． 构成膜的基本支架，磷脂分子具有 。
2．蛋白质分子有的 在磷脂双分子层表面，有的部分或全部 磷脂双分子层中，有的 整个磷脂双分子层。（这体现
了膜结构内外的不对称性）。大多数蛋白质分子可以 。
六、课堂小结
让学生尝试对本节课所讲的主要内容做小结。这样既可以体现
学生学习的主体性，又可以培养他们的概括总结能力，形成本节课所
涉及的知识框架体系。
［板书设计］
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
1．19世纪末，欧文顿提出：膜是由脂质组成的。
2．20世纪初，对膜化学成分鉴定：膜是由脂质和蛋白质组成的。
3．1925年，荷兰科学家提出：膜中的脂质分子排列为连续两层。
4．1959年，罗伯特森提出生物膜的静态模型（单位膜模型）： “蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成。
5．1970年，弗雷和埃迪登用绿色和红色荧光染料对小鼠和人体
细胞膜上蛋白质进行染色标记，并让两种细胞进行融合。提出细
胞膜具有流动性。
6．1972年，桑格和尼克森提出“流动镶嵌模型”。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1．膜是由蛋白质和脂质组成的。（还有少量多糖）
2．膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝
内）。
3．蛋白质分子镶嵌中磷脂双分子层中。（有些外侧蛋白质与多
糖结合形成糖被）
4．膜的结构特点：流动性。
5．膜的功能特点：选择透过性。
人教版普通高中课程标准实验教科书必修一
《分子与细胞》
生物膜的流动镶嵌模型
教学设计
宝鸡市姜城中学 高宏军
2011年12月
生物膜的流动镶嵌模型
一、教材分析
1．内容和地位
“生物膜的流动镶嵌模型”是人教版分子与细胞模块第四章第
二节内容。本章共三节，第一节主要说明细胞膜是选择透过性膜，为
什么具有选择透过性，这与膜的结构有关，于是进入第二节内容。而
第二节内容又是解释第三节“物质跨膜运输的方式”的基础。这三节
内容的内在联系是：功能――结构――功能。由此可见，本节“生物
膜的流动镶嵌模型”在第四章中起着承上启下的作用，它是架起第一
节和第三节的一座桥梁，并体现了结构决定功能的生物学观点。“生
物膜的流动镶嵌模型”主要介绍了对生物膜结构的探索历程，目的是
让学生在认识生物膜结构的同时，了解人类探究生物膜结构的过程和
方法，认识到可以通过对现象的推理分析提出假说，假说仍然需要观
察和实验来验证。随着技术手段的改进不断发现新的证据，原有的观
点或理论还会不断得到修正和完善，并归纳总结出生物膜模型建构的
基本方法。
2．教学重点
① 对生物膜结构的探索历程。
② 生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。
3．教学难点
探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观
点。
二、课程三维目标
1．知识与技能
① 简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容。
② 举例说明生物膜具有的流动性特点。
③ 通过分析科学家建立生物膜模型的过程阐述科学发展的一般
规律。
2．过程与方法
分析科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题，大胆作
出假设。
3. 情感、态度与价值观
使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辩证观点。
三、教学策略
1．设计问题串，引导学生以“自主、探究、合作”的形式进行
学习。
2．采用直观、讨论、演绎、比较等方法实现师生互动、生生互
动。
四、教学过程：
1．导入新课
在第三章制作真核细胞的三维结构模型中，遇到过用什么材料做
细胞膜的问题。请大家从结构与功能相适应的角度分析，用什么材料
做细胞膜能更好的体现细胞膜的功能。
↓
总结已知的细胞膜的特点
↓
分析塑料布、普通布和弹力布哪个更适合体现细胞膜的功能
↓
引入课题（生物膜的流动镶嵌模型）
生物膜的结构是怎样的呢？如何与生物膜的功能相适应？
2. 新知识 人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质
跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，
历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科
学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科
学过程和本质的理解有所启发。我想让大家穿过时空隧道，回到一百
多年前。假想一下：如果你是当时的一位科学家，你会怎样去研究细
胞膜的结构？（提示学生，引导他们明白限于当时的技术条件，还不
能亲眼看到生物膜，无法想象它的结构是什么样的，通过什么办法进
行第一步的探究呢？引导学生看教材后明白当时科学家是从生理功
能入手来探究的，通过实验观察，科学家才有严谨的推理，提出膜是
由脂质组成这一假说，提示学生作出科学探究过程中作出假设后的步
骤是什么（通过实验来验证假设），从而进入下面的学习。
生物学研究上常用的一种科学方法——假说法。这也是我们今天
探究生物膜的结构的一个重要的方法，下面，就让我们沿着科学家的
足迹，和科学家一起来研究这个问题。
问题（1）：探究细胞膜的组成成分是什么？ 呈现科学史料1 1895年，E.Overton 选用500多种化学物质对
植物细胞膜的通透性进行上万次的研究。发现：凡是可溶于脂质的物
质，比不溶于脂质的物质更容易穿过细胞膜。 探究：依据E. Overton 所观察到的实验现象，你们能得出什么结论？
呈现科学史料2 科学家在实验中发现细胞膜不但会被溶解脂质
的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。引
导学生分析以上两个实验。
分析得出结论，体验推理过程。（细胞膜主要由脂质和蛋白质组成） 问题（2）探究细胞膜组成成分的结合方式
呈现科学史料 1925年，两位荷兰科学家对血影的研究，他们用丙
酮抽提细胞膜中的脂类物质在水面铺成单分子层，聚拢后测得的总面
积是红细胞表面积的2倍。
设问：①依据所观察到的实验现象，你们能得出什么结论？ （介绍
磷脂分子的特点）
设问：②磷脂分子如果铺在水面上应该是什么样的？
设问：③磷脂分子是否排列成两层？如何排布？
以红细胞为例，引导学生讨论磷脂分子的理化性质是否决定构成
细胞膜时成双层排列？让同学们自己动手排列双层结构。同时引导学
生提出新问题。
呈现科学史料 电镜下的细胞膜呈现了暗—亮—暗三层结构。设问
①：暗的代表什么物质呢？亮的代表什么物质呢？设问②：蛋白质分
子位于磷脂双分子层的什么位置？
蛋白质是怎样排布在磷脂双分子层上的呢？（蛋白质覆盖在磷脂
分子的两侧）讲解蛋白质和磷脂的物理性质，让同学们分析明暗代表
什么？
问题（3） 模型怎样建构及修正完善
引导学生通过小组合作构建细胞膜的结构模型。学生分析并推导
膜的结构模型。
讲述罗伯特森的“蛋白质—脂质—蛋白质”静态模型的特点。
设问：该结构模型是否与细胞膜的相关生理相适应？
分析相关实验，设问：“蛋白质—脂质—蛋白质”的静态模型
是否有缺陷，应如何修正？科学史料中寻找支持实验：①1970年，
Frye 和Edidin 的人——鼠细胞融合实验，整合后的细胞一半发红色
荧光，另一半发绿色荧光。将细胞放在37度培养40分钟后，两种颜
色均匀分布在融合后的细胞膜表面。②呈现冰冻蚀刻技术工作原理并
模拟图片。将冰冻蚀刻技术的模拟排布图与学生自己建构的模型相比
较，找出异同。在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，
又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格
（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为
大多数人所接受。
好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，我
们有些话题想让大家思考讨论。
3、总结讨论
（一）. 以讨论小组的形式开展课堂讨论交流：
（1）生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？请说说你
的看法。
分析：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的
认识永无止境，随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加
细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功
能，不断完善和发展流动镶嵌模型。
的确，流动镶嵌模型是目前人们普遍认同的，但它无法完美地回
答生物膜的所有功能。所以后来不断提出一些新的模型，如Wallach
于1975年提出晶格镶嵌模型；Jain 和White 于1977年提出板块镶
嵌模型等，迄今为止，已提出的生物膜结构模型达几十种之多，生物
膜的结构模型虽然有很多种，但被广泛接受的结构模型基本内容是趋
向一致的。其要点和特点基本相同，主要包括膜的分子组成和结构特
征。
（2）纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实
验技术的进步起到怎样的作用？
分析：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键
性的推动作用。如血影的制取和化学成分的鉴定技术使人们认识膜的
化学组成；电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；冰冻蚀刻
技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外两侧并不对称；荧
光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了膜的流动性等。没有这
些技术的支持，人类的认识便不能发展。
（3）分析生物膜模型的建立过程中，结构与功能相适应是如何得
到体现的？
分析：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点始
终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生
物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。在生命系统
中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而早期的生物膜模
型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同部位的生物膜功能不
完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也不完全一样。由此促进学
者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的问题。一些学者使用了更加先
进的技术，运用红外光谱等技术证明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻
蚀刻电镜技术又证明，脂双层中分布有蛋白质颗粒，这样又发展了生
物膜模型。生物膜中存在不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中
的不同分布情况，恰能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理
功能。
（4）分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？
ａ：科学研究是要在实验和观察的基础上，通过严谨的推理和大胆的
想象，提出假说，再通过实验进一步地验证假说。
ｂ：科学研究依赖于技术的进步，技术进步了，可以得到更多新的实
验数据。
ｃ：科学发现的过程是一个长期的过程，涉及到许多科学家的辛勤工
作。
ｄ：科学发现的过程不是一帆风顺的，往往是在继承的基础上不断验
证、修正和完善发展的。
ｅ：科学家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不
是一成不变的，需要不断完善。
（二）．流动镶嵌模型的基本内容
教师：那流动镶嵌模型的具体内容是如何的呢？
（1）磷脂双分子层是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的亲水性
头部朝向两侧，疏水性的尾部相对朝向内侧。 学生学习讨论后对原有模型进行修正并总结出膜具有流动性的结论。
学生分析后得出结论：蛋白质是镶嵌在磷脂双分子层中的。
总结归纳①要求学生讨论“流动镶嵌模型”的基本内容并总结
建模的基本方法。②总结生物膜结构探索历程并讨论科学技术起关键
性的推动作用。③结构与功能相应的观点在生物膜结构探索历程所起
的作用是什么？
五、练习与巩固
1． 构成膜的基本支架，磷脂分子具有 。
2．蛋白质分子有的 在磷脂双分子层表面，有的部分或全部 磷脂双分子层中，有的 整个磷脂双分子层。（这体现
了膜结构内外的不对称性）。大多数蛋白质分子可以 。
六、课堂小结
让学生尝试对本节课所讲的主要内容做小结。这样既可以体现
学生学习的主体性，又可以培养他们的概括总结能力，形成本节课所
涉及的知识框架体系。
［板书设计］
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
1．19世纪末，欧文顿提出：膜是由脂质组成的。
2．20世纪初，对膜化学成分鉴定：膜是由脂质和蛋白质组成的。
3．1925年，荷兰科学家提出：膜中的脂质分子排列为连续两层。
4．1959年，罗伯特森提出生物膜的静态模型（单位膜模型）： “蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成。
5．1970年，弗雷和埃迪登用绿色和红色荧光染料对小鼠和人体
细胞膜上蛋白质进行染色标记，并让两种细胞进行融合。提出细
胞膜具有流动性。
6．1972年，桑格和尼克森提出“流动镶嵌模型”。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1．膜是由蛋白质和脂质组成的。（还有少量多糖）
2．膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝
内）。
3．蛋白质分子镶嵌中磷脂双分子层中。（有些外侧蛋白质与多
糖结合形成糖被）
4．膜的结构特点：流动性。
5．膜的功能特点：选择透过性。