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《物质跨膜运输的实例》教学设计

发表时间：2020/3/24 来源：《文化时代》2020年1期作者：汪智慧

[导读]

湖南省醴陵市第四中学湖南省醴陵市 412200


一、教材分析
        1.本节内容的分析
        本节是人教版普通高中课程标准实验教科书生物必修1《分子与细胞》中第4章第1节的内容。这一节主要介绍的是以水和无机盐的跨膜运输为例，说明细胞膜是选择透过性膜。其中的“植物细胞的吸水和失水的探究”是全书的第一个“探究”活动，通过这项探究活动，学生可以在提出问题、作出假设、设计实验等环节得到一定的体验和感悟，从而为学习后面的探究活动奠定一定的基础。本节课既与前面学习过的组成细胞的分子和细胞的基本结构等内容相联系，同是又为即将学习的细胞膜的结构和物质跨膜运输的方式奠定了基础，因此具有承上启下的作用。
        1.教学目标
        （1）通过观察渗透作用的实验现象，说明渗透作用发生的原理，进而理解渗透作用发生的条件；
        （2）以动物细胞在不同浓度的溶液中发生的形态变化，说明动物细胞可以发生渗透吸水和失水；
        （3）通过比较渗透装置和植物细胞的吸水和失水，得出植物细胞也可以看成一个渗透装置，从而得出结论：原生质层也可以相当于一层半透膜；
        （4）通过无土栽培过程中，植物对其他物质的吸收情况的介绍，得出结论：细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜；
        （5）以植物的“烧苗”现象、喝浓果汁会口渴等生活实例为例，用本节所学知识来解释，体现出本节知识与社会的联系。
        3、教学重点和难点
        重点：（1）细胞吸水和失水的原理；
        （2）尝试提出问题、作出假设。
        难点：（1）细胞吸水和失水的原理；


        （2）进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计。

        二、学情分析
        学生们都有这样的经验：所吃食物过咸时，会有口渴的感觉；泡在盐水中的萝卜条会变软缩短，泡在清水中的萝卜条会更加坚挺；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理解细胞吸水、失水的过程，理解细胞膜时选择透过性膜，内容本身比较抽象，难以理解，学生学习起来有一定的困难。
        课堂上可以通过多媒体课件演示，增强直观性，帮助学生理解微观现象。另外，学生在初中接触到科学研究的一般步骤，但如何提出问题、做出假设和设计实验等环节都还缺乏训练，在本节课中可让学生尝试提出探究问题、做出假设并设计实验，通过这样的训练为以后开展探究活动奠定一定的基础。
        三、教学设计思路
        通过创设问题情境导入新课，由“问题探讨”引入，通过渗透现象的分析，学生自主构建渗透作用的概念以及发生的条件；回忆制备细胞膜的实验，分析“水分进出红细胞的情况”认识到红细胞的细胞膜相当于半透膜，吸水或失水取决于细胞内外的浓度差；进而引导学生讨论“植物细胞的吸水和失水”情况，引导学生发现问题提出有价值的问题；引导学生学会如何分析问题作出假设，并根据所做的假设来设计实验。
        四、教学方法
        教法：采用启发式及问题驱动法相结合。
        学法：学生利用课本和多媒体课件提供的资源开展自主学习，通过小组讨论、分析、对比等方法达成学习目标。
        教学媒体的设计：利用多媒体展示相关的资料。
        五、教学过程

教学内容教师组织与引导学生活动设计意图
新课引入同学们，当你吃了较咸的食物，喝了较高浓度的果汁后，会有什么感觉？如果给农作物一次性施肥过多，植物会出现什么状况？菜市场的买菜阿姨为什么总是给蔬菜喷洒清水？
        在学生回答的基础上，教师引导：这些现象的发生都与我们将要学习的第四章细胞的物质输入和输出有关，今天我们就来学习第一节物质跨膜运输的实例根据已有的知识经验回答。通过创设问题情境，引导学生寻找新旧知识的结合点，使学生主动地参与学习过程。
一、渗透作用教师演示渗透作用的实验现象
        1.利用动画演示实验：渗透装置。提问：2.提出探究问题：
        （1）漏斗颈部液面为什么会升高？
        （2）如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
        如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
（1）        ▲教师总结半透膜的特性：小分子物质可以通过，大分子物质不能通过。
        2.引导学生分析并认识到：
        （1）蔗糖分子不能自由通过半透膜而水分子可以。
        （2）两侧的水分子都在运动。
        （3）由于单位体积内，水中的水分子数量多，蔗糖溶液中的水分子数量少，所以在单位时间内，由烧杯通过半透膜进入漏斗的水分子数量多于由漏斗通过半透膜进入烧杯的水分子数量。
        （4）总体的扩散方向为水分子由烧杯通过半透膜进入漏斗，因此漏斗管内的液面上升。
        （5）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。
        ▲引导学生问题思考：漏斗内的液面是否无限升高？
        ▲教师引导：开始时，水分子从数量多的一侧向水分子数量少的一侧渗透的趋势，大于水分子从数量少的一侧向水分子数量多的一侧渗透的趋势，当漏斗内的液面逐渐升高，蔗糖溶液中的水分子数量逐渐增多，这是两侧水分子几乎相等，水分子的运动达到动态平衡，漏斗内液面不再上升。

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        3.引导学生共同讨论两个问题，总结渗透作用的发生必需的条件有哪些?
        （1）如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗?
        （2）如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样?
        ▲师生共同总结：要有半透膜；半透膜两侧的溶液存在浓度差。 1.学生观察实验现象，经讨论并回答问题。
2.        总结相关生物学结论。
3.        用动画演示直观生动，利于学生接受，利用问题的正反推导会引起学生强烈的求知欲望。
        培养学生的观察、比较、分析的能力；培养学生综合不同学科知识的能力。
        培养学生的归纳能力及合作精神
二、细胞的吸水和失水教师过渡：动物细胞的边界是细胞膜，细胞质也有一定的浓度，若将动物细胞置于一定的外界溶液中，会发生渗透作用吗？
        ▲1.图片展示：哺乳动物红细胞吸水和失水。
        ▲教师归纳：这些现象都说明动物细胞能吸水和失水。
        ▲教师引导：细胞膜能让水分子通过，而血红蛋白（大分子物质）不能通过，符合半透膜的特性，所以细胞膜相当于一层半透膜。
        ▲教师总结：动物细胞相当于一个渗透装置。
        ▲2.教师过渡：植物细胞的结构比动物细胞要复杂，那么植物细胞能否通过渗透作用吸水和失水吗？
        ▲图片展示：成熟植物细胞结构图。
        ▲教师提供信息：
        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细胞壁的特点：全透性。
        ③细胞膜、液泡膜都是半透膜。
        ④原生质层：包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。（原生质层为一个新概念，在此处重点强调。）
        ▲在此基础上教师提出问题：原生质层可以相当于一层半透膜吗？
        ▲请学生根据实验设计的一般流程来设计实验来探讨上述问题。
        ▲学生讨论几分钟后，请学生写出简要的实验设计思路、实验步骤和实验结果，并请学生代表在黑板上展示。
        教师点评学生的答案，并且特别强调设计实验应该注意的事项：设计实验依据的原理；检测实验结果时，检测的指标；分析实验结果和结论。
        ▲教师补充分析：
        （1）在实验的过程中，当成熟的植物细胞置于较高浓度的蔗糖溶液中的时候，细胞出现了质壁分离现象；当质壁分离的细胞置于清水中又出现了质壁分离复原的现象。这充分地说明植物细胞也可以发生渗透失水和吸水，从而证明原生质层也可以看成一层半透膜。
        （2）实验思路与实验方案、实验步骤有区别。实验思路：通过不同浓度的溶液处理植物细胞与违背处理的植物细胞的情况的对比分析得出结论；
        实验方案：要注意取材、实验的基本原则（对照行原则、单一变量原则）、自变量和因变量等；实验步骤：要注意实验的可操作性，特别是检测的指标等。
        ▲教师总结：通过上述探讨，我们能否解释当你吃了较咸的食物，喝了较高浓度的果汁后，会有口渴；如果给农作物一次性施肥过多，植物会出现萎蔫。

        1.学生通过观察现象，了解动物细胞的吸水和失水，与渗透作用条件对比明确，动物细胞可以通过渗透吸水和失水；
2.        学生积极思考、讨论问题，通过合作探究写出实验设计思路和具体实验操作步骤；
3.        通过实验现象，分析实验结果得出实验结论。
4.        利用今天所学，解释课堂一开始教师提出的生活现象。 1.培养学生的比较分析和综合归纳能力。
2.        教给学生如何发现问题，提出问题，进而对所提出的问题进行研究；
3.        通过设计实验思路培养学生的科学探究能力；
4.        从实验材料的选择，实验步骤的设计，实验结果的分析，结论的获得等一系列探究活动，提高学生科学思维能力；
5.        通过学生的讨论，合作探究，加强了学生的交流，增加学生们的合作，体验合作的快乐。
三、物质跨膜运输的其他实例教师过渡：细胞可以通过顺浓度梯度吸水或失水，那么其他物质也可以吗？
        教师通过课件投影资料：科学家用培养液培养水稻和番茄的试验情况，然后引导学生并总结出植物对其他物质的吸收情况。
        最后请学生归纳细胞膜的特点：具有选择透过性。学生通过分课件展示的图片获取信息，并且通过分析得出相应的结论。锻炼学生获取信息，自主学习的能力；总结出相应结论，即细胞膜是选择透过性膜。
归纳总结这节课我们了解了物质跨膜运输的一些实例，首先我们学习了水分进出细胞的实例，动植物细胞具备进行渗透作用条件，因而可以通过渗透作用失水或吸水，成熟的植物细胞在失水或吸水时，还会出现质壁分离和质壁分离复原现象，有通过其他物质跨膜运输的实例使我们知道细胞对于物质的运输具有选择性，从而知道细胞膜是一种选择透过性膜。  通过总结，使学生对本节课所学知识有一个整体认识，加深印象。
板书设计第一节物质跨膜运输的实例
        渗透现象（事实）
        ↓
        渗透作用的原理（理解渗透作用的概念、发生条件）
        ↓应用
        解释植物细胞可以相当于一个渗透装置
        ↓

        通过实验证明上述结论（实验思路）
        ↓

        其他物质的跨膜运输情况的比较
        ↓

        结论：细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜