人教版必修一 第4章 第1节
物质跨膜运输的实例
山东省德州市第一中学 张素梅
邮编 253017
人教版必修一 第4章 第1节
《物质跨膜运输的实例》教学设计
一、教学背景分析
1、教材分析
《物质跨膜运输的实例》是人教版必修1《分子与细胞》中第4章第1节的内容。教材利用一些具体例子和资料，介绍了两方面的内容：水分子是顺相对含量的梯度跨膜运输的，一些离子的跨膜运输并不是顺着离子的相对含量进行的，最后总结出细胞膜是选择透过性膜。其中，“水分的跨膜运输”具有重要的教学价值，这是一个探究实验，也是学生在高中阶段第一次真正全面接触探究实验，通过对植物细胞失水和吸水的探究，培养学生学会探究问题的一般方法和步骤。
2、学情分析
学生在初中做过或见过这样的实验：泡在盐水中的萝卜条会软缩，泡在清水中的萝卜条会更加硬挺。学生也有这样的生活经验：做菜馅时加入一些盐，蔬菜中的水分会大量渗出；对农作物施肥过多会造成“烧苗”现象等，这些生活经验对学习本节内容都有帮助。而本节内容需要学生从微观水平上理解细胞吸水、失水的过程，理解细胞膜是选择透过性膜，内容本身较抽象，难以理解，学生学习起来会有一定困难。另外，学生在初中曾经接触到科学研究的一般步骤，但在如何提出问题、作出假设和设计实验等环节都还缺乏训练。
二、目标表述
1、知识与技能
（1）说出细胞在什么情况下吸水和失水。
（2）举例说出细胞膜是选择透过性膜。
（3）熟练制作临时装片和操作显微镜。
2、过程与方法
（1）尝试从生活现象中提出问题，作出假设。
（2）进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。
3、情感态度和价值观
体验科学探究过程，培养学生质疑、求实、创新的科学态度和精神。
三、教学重难点
教学重点
1、说明探究实验的基本方法和一般过程。
2、让学生知道细胞与外界溶液一起可以构成一个渗透系统。
3、举例说出细胞膜是选择透过性膜。
教学难点
1、如何提出问题，做出假设。
2、如何设计实验过程（材料、实验用具、试剂的选择，实验结果的预测等）。
3、理解细胞膜不仅是半透膜，还是选择透过性膜。
四、教学设计思路
本节课首先由“问题探讨”引入，从“扩散”迁移到“渗透”。在生物小组课前完成渗透作用探究实验的基础上，由学生分析实验现象，总结出渗透作用发生的条件，体现“学生是学习的主体”。
然后由渗透装置类比联想到细胞，分析教材给出的“水分进出哺乳动物红细胞的状况”，认识动物细胞的吸水和失水是通过渗透作用完成的。在细胞的吸水和失水问题上，植物细胞和动物细胞相似吗？如果相似，植物细胞又有什么与动物细胞不同之处呢？引出探究活动。探究植物细胞的吸水和失水重在做好引导，训练学生提出问题、作出假设和实验设计的能力，归纳出科学探究的一般步骤，进一步通过动手实验，锻炼学生的操作能力。
通过动植物细胞吸水和失水问题的分析，学生认识到水分子是可以自由进出细胞膜的，并且是顺相对含量的梯度进行的。教材的资料分析提供的素材是无机盐的吸收情况，通过分析讨论，引导学生归纳出：细胞对物质的吸收不一定都是顺相对含量的梯度进行的；细胞吸收物质是有选择的，说明细胞膜具有选择透过性。
本设计遵循的新课程理念是面向全体学生，提高生物科学素养，倡导探究性学习。依据“自主学习”的原则，以探究式教学方法为主线，以学习小组为单位，利用多种教学资源引导学生自主学习，让学生在讨论、探究、交流中相互启迪，获得新知，形成良好的学习习惯和学习方法；在学生自我监控、自我评价、自我发展中培养学生独立思考习惯和创新意识，培养学生的探究能力、分析比较和表达能力以及合作精神。
五、教学过程
教学内容、过程安排
设计意图
第1课时
创设情境，导入新课 。
引言：同学们回忆一下赞美莲藕的诗句“出淤泥而不染，濯青莲而不妖”。 莲藕生长在污浊的泥土中却能从环境中获取莲藕细胞生命活动需要的营养物质，如水、氧气、矿物质等，而莲藕细胞不需要的物质分子则不能进入。到底是什么控制物质分子进出细胞？（细胞膜）物质分子是如何跨越细胞膜输入和输出细胞的？（引出本章课题）
今天，我们先以水分为例，共同探究水分是怎样通过细胞膜进出细胞的。（引出本节课题）
“问题探讨”
（1）演示实验：一滴红墨水滴入到清水中，会出现什么现象？
学生观察并回答。
（2）提出探究问题：如果两种不同的溶液被一层半透膜隔开，结果又会怎样？
演示：渗透作用的实验现象。
教师和各实验小组代表课前做好该实验，实验的内容设置如下：
①烧杯中是清水，漏斗内是30%的蔗糖溶液，两种不同的溶液被一层玻璃纸（半透膜）隔开，实验开始时，漏斗内外的液面在同一水平面上，静置2 h后，漏斗内的液面有何变化？
②用一层纱布代替半透膜，其它的均与①相同，漏斗内的液面有何变化？
③用一层塑料布代替半透膜，其它的也与①相同，漏斗内的液面会有什么变化？
④若漏斗内外均是同浓度蔗糖溶液，情况又是怎样的？若漏斗内外都是清水呢？
第1小组学生介绍演示实验①，展示实验现象。
（3）提出讨论问题
问题： 为什么漏斗内的液面会上升？
多媒体动画演示，引导学生思考。
师生总结：水分子从数量多的一侧向水分子数量少的一侧扩散，也就是说：水分子是顺着相对浓度梯度跨膜运输的，这种现象称为渗透作用。这个装置叫渗透装置。
第2、3小组学生介绍演示实验②、③，展示实验现象。
教师及时引导学生思考：比较①②③组我们可以得出什么结论？
第4小组学生介绍演示实验④，展示实验现象。
通过比较①④我们又可以得出什么结论？
学生总结上面两个结论得出渗透作用发生的条件：
a要有半透膜；b半透膜两侧的溶液存在浓度差。
互动探究，新课教学。
动物细胞的吸水和失水
类比渗透装置与细胞，提出问题：细胞是一个渗透系统吗？
从生活中的例子入手，例如，当我们吃比较咸的食物时，如腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔会有什么感觉? 引出动物细胞的吸水和失水。
引导学生作出假设：动物细胞是一个渗透系统。
设计实验，验证假设（学生完成）。动物细胞的细胞膜相当于半透膜，动物细胞的细胞质是动物细胞内的液体环境。将哺乳动物的红细胞分别放在浓盐水、生理盐水、清水中，观察红细胞的形态。
预期结果（学生完成）：红细胞在浓盐水中失水皱缩，在生理盐水中保持原有形态，在清水中吸水膨胀。
图片展示：水分进出哺乳动物红细胞的状况。
分析结果，得出结论（学生完成）：
当细胞内溶液浓度 ﹥外界溶液浓度，细胞吸水
当细胞内溶液浓度 ﹤外界溶液浓度，细胞失水
当细胞内溶液浓度 ＝ 外界溶液浓度，细胞形态不变
动物细胞是一个渗透系统，水进出细胞是顺相对含量的梯度，通过渗透作用进行的。
探究植物细胞的吸水和失水
教师提出：植物细胞吸水和失水的情况又怎样呢？
例如，在日常生活里，夏天家里做凉伴黄瓜时有水出现，腌萝卜条时洒上一些盐会出水；而卖菜的阿姨经常向青菜上洒水，青菜变得硬挺，说明植物细胞也会吸水和失水。
教师引导：我们要善于从生活中的现象发现新的问题，提出问题。许多科学家的发现并不都是从实验中得到，更多的是通过观察生活中的现象发现问题的。爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题比解决一个问题更重要”。
●提出问题
教师：从生活中的现象，结合上面这些例子，你可以提出什么问题?
①植物细胞能吸水和失水吗？
②植物细胞在什么情况下会吸水和失水？
③植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？
筛选值得探究的问题：植物细胞在什么情况下会吸水和失水？植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？
提出了一个有价值的问题后,我们如何去研究它呢?
●作出假设 （以下以“探究植物细胞中哪些结构相当于半透膜”为例）
⑴作出假设：当一个问题提出后，我们必须结合已有的知识或经验（必要时还要查找资料）分析问题，并且作出尝试性的回答，这种尝试性的回答称为“作出假设”。
教师图片展示：“成熟植物细胞结构图。”
提供信息：①成熟植物细胞具有中央大液泡，占整个细胞很大比例，因此成熟植物细胞内的液体环境主要考虑液泡中的细胞液。
②原生质层：包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
教师引导，学生作出假设：假设原生质层相当于半透膜，也可以假设细胞壁相当于原生质层，或者假设原生质层、细胞壁两者都相当于半透膜。
各个小组可能会提出不同的假设，应引导学生讲述理由，最后确定一个较合理的假设：原生质层相当于半透膜。
⑵预测实验结果：
当细胞液浓度 ﹥外界溶液浓度，细胞吸水；
当细胞液浓度 ﹤外界溶液浓度，细胞失水。
教师可以适当补充：细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，但由于原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质就会与细胞壁分离开来，也就发生质壁分离。将发生质壁分离的细胞放入清水中时，会发生质壁分离复原。
作出的假设是否正确呢？就需要通过设计实验来验证。
●设计实验
教师引导学生考虑实验设计上的一些细节问题，例如：
①实验材料、试剂、用具的选择
材料的选择：有颜色的还是没有颜色的，细胞小的还是相对比较大的，为什么？
试剂的选择：糖水、酒精、醋酸、盐水？（试剂的浓度必须是好控制的，试剂是容易获得的，对细胞是没有伤害的）
实验用具的选择：植物细胞的吸水和失水是一个微观的过程，必须通过什么工具来观察？
教师提示：洋葱表皮细胞有紫色液泡，而且表皮容易撕取获得。实验过程中细胞应处于生活状态。
②实验步骤
教师：实验材料、试剂、用具选好了，接下来要考虑整个实验具体的操作步骤。该如何具体操作? ?是先把洋葱泡在蔗糖溶液中，10 min后取出做成装片，显微镜下观察；还是先做好装片，再想办法往里加入试剂呢?
（先做装片再加试剂好，这样可以在显微镜下观察细胞失水的变化过程。）
实验要点提示：
第一步：用清水制作洋葱鳞片叶表皮的临时装片，先用低倍镜观察。
教师：如何使洋葱鳞片叶表皮细胞处于失水状态？
第二步：尝试用不同浓度梯度的蔗糖溶液（质量分数为10％、20％、30％、40%、50%）使洋葱表皮细胞发生质壁分离。
教师：如何使它们复原？
第三步：使洋葱表皮细胞浸润于清水中，观察质壁分离的复原。
③设计结果记录表
教师引导学生结合自己做出的预期，明确在实验中需要重点观察的内容：细胞壁的位置、原生质层的位置、中央液泡的大小、细胞的大小、细胞液颜色的深浅变化。
试剂
中央液泡的大小
原生质层的位置
细胞大小
蔗糖溶液
清水
要求学生针对探究的问题，以小组为单位设计一份实验方案。
第2课时
教师检查学生的实验设计。
学生小组代表展示实验设计内容。
●进行实验
学生进行实验，教师参与其中，对于学生在实验中出现的问题及时的发现，及时的解决，真正的融入到学生中间去。
●分析结果，得出结论
做完实验后，我们要对实验结果进行分析，实验结果是否与预期相吻合?是否支持了我们最初的假设?当实验结果与预期不符时，我们要多思考，也不要急于认定假设不成立，要考虑会不会是因为实验操作的不正确导致不能达到预期结果的?会不会有什么干扰因素呢?
各组展示各自的实验结果，描述所观察到的实验现象。
教师及时引导学生思考实验中出现的问题：例如这个实验中，如果开始使用了0.6 g/mL的蔗糖溶液，很快就观察到了质壁分离，但后来加清水怎么也不能使细胞发生质壁分离复原，能否断定当外界浓度低的时候细胞不能吸水呢?为什么？
（不能，因为蔗糖浓度过高了，导致细胞失水过快而死亡。）
教师：所以无论实验成功也好，失败也好，都要认真分析。根据实验结果得出实验结论，最终师生达成共识，植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
物质跨膜运输的其他实例
细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程。其他物质呢？
资料分析：P64
学生讨论
学生：细胞对于物质的输入和输出有选择性。
师生：细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
及时反馈，愉悦总结。
?练习是使学生掌握知识形成技能发展智力的重要手段，设计练习时尽量地做到科学、合理，体现出一定的层次性和针对性，难易适中，对所学内容进行及时的反馈。
教学内容进行完后给学生一定的时间，反思自己思维中的不足，消化所学知识。然后教师指导学生用概念图的形式进行课堂小结。
创设情境，激起学生的学习欲望。
学生亲自实验，展示实验现象，分析比较实验结果，得出结论，既锻炼了学生的动手操作能力，也提高了学生分析问题能力，更能激发学生学习、探究的积极性，使学生真正感受到课堂属于自己。
多媒体课件直观演示，利于学生理解抽象的知识。
通过引导学生自己得出结论并得出渗透作用发生的条件，将课堂的主动权交给学生。
让学生初步体会科学探究的一般步骤。
教给学生如何发现问题，提出问题，进而筛选出有价值的研究问题。
通过问题的设置，使学生在思考领悟到选择合适实验材料、试剂的重要性。
从实验材料,方法的选择，实验过程，结果分析等一系列探究活动，使学生体验实验设计思路,提高学生的科学思维。
充分发挥学生的主体地位，学生自己能做的事由学生自己完成，教师不要包办。
学生小结有助于知识的条理化、系统化。
六、教学反思
这节课，通过对学生提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、分析实验现象等环节的学习训练，一方面提高了学生的生命科学实验探究能力；另一方面丰富了学生的学习方式，变单一的个体学习为接受与体验、研究、发现相结合的小组合作式的学习，强调学生主体参与的同时，更强调同学之间的相互合作，培养学生的合作互助意识，形成学习与交流的合作技能；更重要的是学生初步感受物质进出细胞的具体过程，由宏观的感性认识上升到微观的理性的分析过程中，突破了有可能会出现的理解误区。其次，使学生体会到根据实际情景设计出合理模拟实验来研究问题的思想方法，激发学生积极研究实际生活中的生物现象的热情，逐步形成实事求是、锲而不舍、探索创新的科学态度，提高了学生的科学素养。
本节课设计了较多的学生探究活动，时间和效果较难把握。如条件允许用连堂的两个课时来完成效果更好。
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