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課程一開始，請同學看這張的標題有兩個重點。
第一個是我們要做貫串。
第二個是我們會從自由能的概念出發。
這個時候就有一件事情很關鍵。
因為這個部分有跨膜運輸，是新的東西。
如果學生沒有先預習，在我用自由能解釋時，就會被那些名詞佔據認知處理。
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所以還是跟前一節一樣，請有預習的學生舉手。這時候會跟學生確認我們的課程時間，請沒有預習的學生可以想想，要固定安排聲或中的哪個時段來做預習。
以下的文字就是我跟學生上課的講述內容....
雖然沒有具體的提問，但隱藏在講述的背後，是希望帶著學生思考一個關鍵問題。
"到底細胞膜的化學結構與物理特性跟生物功能有哪些關係?"
"到底以前背的那些選擇題答案是拿來幹嘛的?"
是沒有提問的提問課程~
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接下來回到我們上一節課有看到的學科本質。上一節課利用細胞膜模型(也就是假說，解釋力最高的猜測，再強調一次)來看生命科學探討複雜系統方法。
這一節課我們要用細胞膜的功能來看什麼叫做"以物理化學解釋生命系統中的基本現象"。
(帶入一點不愛就是不愛了，只不過看到你的時候催產素上不來，不要一直狂問人家為什麼不愛了。去找其他催產素很高的人比較快啦)
學生會聽得很嗨，這邊會看每個班級學生的屬性來調整講的方式......
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回到我們的課程，要延續1-2的第一part有關流體鑲嵌模型的發展歷程
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我覺得最重要的其實是流體特性，磷脂、雙層、反向排列都是先指向流體特性，才能完成膜在細胞中的各種功能。
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第二、磷脂分子的兩端極性不同，導致結構上是雙層反向排列的真正重點就是可以在水環境中可以輕易形成穩定但不固定的結構。
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這邊講的順序如下
所以系統由左側的狀態變成右側狀態時，會有自由能釋出，能讓另一個系統的自由能升高。
這邊就連結化學反應的濃度。濃度高表示集中，會讓系統的自由能高，比較不穩定，所以比較容易發生化學反應。
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接下來就用這樣的角度來解釋被動運輸。
因此，細胞完全無法違反自由能。
紅血球如果放在溶質濃度低於細胞質濃度的地方(簡單稱作"低張")，一定會因為水持續進入而破裂。
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雖然細胞不能違反自由能的變化，但可以運用自由能做很多事情。
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既然剛剛提到細胞可以用某種方式讓物質由分散到集中，那麼這邊就來仔細看。
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回到我們的課程，要延續1-2的第一part有關流體鑲嵌模型的發展歷程許多考試都在強調雙層磷脂的結構，但那其實在生物學上不是重點。
重點應該這個結構可以做到哪些獨特功能。
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我覺得最重要的其實是流體特性，磷脂、雙層、反向排列都是先指向流體特性，才能完成膜在細胞中的各種功能。第一，因為這可以讓細胞中的打包變得非常彈性，形狀與大小都沒有限制。
可以在任何地方形成囊泡，也可以跟任何一處的膜進行融合。
表示這是一個非常高效的物流系統，可以讓被區隔在不同空間的化學反應，利用囊泡做時間上的連動。
如果細胞只有將化學反應做區隔，卻沒有辦法連動這些反應，那就糟糕了。
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第二、磷脂分子的兩端極性不同，導致結構上是雙層反向排列的真正重點就是可以在水環境中可以輕易形成穩定但不固定的結構。這才是讓囊泡可以輕易形成的主因!!!
第三，膜能在細胞中形成隔間的重點並不是區隔化學反應，而是提高濃度，加速化學反應。具體來說，就是較容易提升系統的自由能。
(給生物老師：例如原核細胞沒有膜區隔，但所有的化學反應也都可以正常進行，沒在怕干擾的。
因為就尺度來看，細胞的空間尺度與化學反應的空間尺度差很多!
但講到要累積離子濃度，就還是要膜內陷折疊~~)
開始簡介自由能了，這邊的重點是連結學生在物理化學課學到的內容，讓他們知道原來物理化學其實也在講自由能，只是切其中一部分來講就夠了。但生物學必須要看到整體的自由能。
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這邊講的順序如下- 自由能是一種衡量系統有多容易發生變動的量化方式，也就是系統的不穩定性。
- 會影響系統不穩定性的有兩個來源，一個是系統中所有元件的屬性。
這邊會舉兩個讓學生比較容易理解的例子。
a.當試管中放的化學物質都是超容易發生劇烈反應的，那麼這個試管接著有劇烈化學反應的可能性就很高。
b.如果班上的所有人都是high咖，那這個班級就相對來說會比較常處於不穩定的狀態(不能用"混亂"!)
(我跟物理老師"們"確認過，在這個階段讓學生用這兩個類比，並不會形成錯誤概念) - 另一個來源是系統中，元件之間的互動關係。
這邊舉的例子是如果班上的同學之間常常有爭吵、打架，那就會處於比較不穩定的狀態。 - 然後講的就是這節課要使用的部分-亂度
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熱力學上用亂度來描述元件之間的關係。
先念過描述，然後說白話文，就是任何系統在不受干擾時，一定會趨向最大亂度(不要用"混亂")- 這邊可以用房間變亂來作例子(我也跟物理老師們確認過，並不會形成迷思概念)
(我還會很任性的用兩個人要一直在一起，就要一直外加能量。分手就是分手，只不過順著第二定律.....做為譁眾取寵的例子) - 簡單好記的說法就是會越來越分散!!
- 當系統的亂度很高(很分散)時，表示這個系統被減損了很多自由能，所以就不太會變動。
例如一個班級中的人如果常常四散、沒有互動，那這個班就不太可能有什麼太大的變化。 - 但還是要回到化學的例子。
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左邊的狀態是集中、亂度低。右邊的狀態是分散、亂度高。
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接著先說元件本身屬性帶來的影響其實就是在物理化學上學到的這些。
但在生物中，大多現象牽涉的是氫鍵與氧化還原電位改變帶來的。
即使是共價鍵，也都是很弱的共價鍵變化。
這樣的自由能變動才能小到不讓整個系統崩解。
例如酵素的作用也只牽涉到酵素這個蛋白質中氫鍵及凡德瓦力的改變，帶來的構形改變。而即使是酵素催化的共價鍵合成與分解，都是弱共價鍵(或是先用磷酸化讓旁邊的共價鍵變得不穩定)
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不外加能量時，一定會由左邊到右邊、也就是集中到分散。
因為左邊的自由能被亂度減損的較少，結果是自由能較高。
右邊的自由能被亂度減損較多，結果就是自由能較高。
右邊的自由能被亂度減損較多，結果就是自由能較高。
所以系統由左側的狀態變成右側狀態時，會有自由能釋出，能讓另一個系統的自由能升高。
這邊就連結化學反應的濃度。濃度高表示集中，會讓系統的自由能高，比較不穩定，所以比較容易發生化學反應。
同常學生到此時應該就可連回化學，會有恍然大悟的表情。
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接下來就用這樣的角度來解釋被動運輸。只要分子可以通過細胞膜，那麼就一定會由不均勻演變為兩側均勻分布。
不管是因為無極性(像是氧氣、二氧化碳與脂溶性分子)，或是很小、極性輕微(像是水)的分子可以直接通過細胞膜，或是可以藉由膜上蛋白通過的分子，像是離子或是葡萄糖大小等級的分子都一樣。
只要細胞膜兩側有不均勻，也就是濃度不相等時，就一定會趨向於均勻(濃度相等)。
這樣的物質移動，會自發性的進行，因為是順著自由能由高到低。
細胞不用自己提供能量就會發生，因為是來自於自由能提供。才會稱為"被動運輸"。
提醒學生如果看到"被動運輸不需消耗能量"是錯的描述，應該是"不需要細胞主動消耗能量"
因此，細胞完全無法違反自由能。紅血球如果放在溶質濃度低於細胞質濃度的地方(簡單稱作"低張")，一定會因為水持續進入而破裂。
反過來，就一定會因為細胞中的水濃度高於外界，而持續失水、萎縮。
我們的生理食鹽水就是確保身體裡的所有細胞不會因此而變形。(可以用人工淚液為例)
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雖然細胞不能違反自由能的變化，但可以運用自由能做很多事情。這邊會引入神經元先用某種方式讓細胞內外的離子有濃度差，再利用神經傳導物與膜上運輸蛋白的結合，讓離子順著自由能梯度差衝入細胞內，引發電位改變作為電訊號。
所以在這邊是細胞利用自由能引發濃度改變，然後轉化為另一種訊號型式!
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既然剛剛提到細胞可以用某種方式讓物質由分散到集中，那麼這邊就來仔細看。要讓物質由分散到集中，表示要讓自由能從低到高，那麼就要由細胞提供能量。
這個能量就是由ATP水解來提供。
這邊的水解提供能量也是由自由能來解釋，不然就會違反化學上的"斷鍵耗能，形成鍵結需能"。
我會額外在白板上寫這個部分。
最後就是讓學生在課本上的被動與主動運輸圖旁邊，用自由能解釋為什麼細胞不用/需要消耗ATP~~~~
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