韩璐
陕西省渭南市高新区渭南高级中学 714000
一、教学背景分析：
“细胞大小与物质运输的关系”是人教版《普通高中课程标准实验教科书生物1必修，分子与细胞》第6章“细胞的生命历程”中的第一节“细胞增殖”中的一个探究实验。为了探究细胞体积为什么这么小，进行了相关的推论：细胞体积之所以这么小与其进行物质交换的功能有关，而物质出入细胞都要通过细胞的表面，进而提出细胞的表面积与体积之比的大小会影响细胞内外物质的交换。为了进一步探究细胞表面积与体积的关系，设计了一个模拟实验。该实验实验操作为将含有酚酞的琼脂块放到装有NaOH溶液的烧杯中,酚酞遇碱变红。通过测量琼脂块变红区域的大小,计算变红区域大小与整个琼脂块的体积之比,来比较不同大小琼脂块物质运输的效率。
该方法中制备含酚酞琼脂块的步骤较为复杂,且NaOH溶液具有腐蚀性,学生在操作过程中存在一定的安全隐患。若直接给学生实验材料，缺少学生自我探究的过程。
通过STEAM课程在跨学科概念的基础上，进一步让学生探究细胞为什么不能长大的原因，制定出系列课程学习目标及教学过程。
二、教学资源：
提前准备可能用到的实验材料利用多个视角探讨细胞大小与物质运输的关系，体会各科之间的紧密联系。同时，教学中，利用多媒体教学软件辅助教学，利用生物实验室有琼脂、冰块、白萝卜、马铃薯、碘液、红墨水、直尺、刀、模具、烧杯、天平、注射器、玻璃棒、滤纸、胶头滴管等完成科学实验。
三、课程总体目标：
本节STEAM课程中分为“探究物质运输和细胞大小的关系--验证试验--完成报告”。第一节课提出问题：为什么细胞不能无限长大？引起学生兴趣和思考，并进一步分析可能的原因，定位到细胞大小和物质运输的关系，引导学生分组讨论设计实验，尽可能交流不同的实验思路做出展示，教师点拨。第二节课开放生物实验室，让同学们结合数学物理生活知识，自己动手操作探究，在学习科学知识的同时，提高学生的理性思维能力，发展学生的交流能力，提高学生的认知水平，实现“提高学生生物学核心素养”这一高中生物学课程的核心任务。课后提出问题：“除物质运输还有什么因素限制了细胞的长大？”，学生借助课本和互联网等撰写实验思路及实验过程和结果的小报告。
四、教学目标：
知识目标：通过对本实验的探索，掌握实验原理，理解相对表面积的意义，理解细胞不能无限长大的原因。
能力目标：提高学生科学探究、严谨设计、动手操作、跨学科解决问题的能力。
情感态度价值观目标：培养学生质疑、求实、创新精神，体验科学探究的思维过程和方法，以感受漫游科学的快乐！
五、教学环节
1.任务概况阶段
教师引入大象和蚂蚁体型差异巨大那细胞大小一样吗？细胞为什么如此之小？为什么细胞长到一定大小就会停止生长，然后进行分裂？引起学生兴趣并思考。随后学生交流可得出：细胞体积之所以这么小与其进行物质交换的功能有关，而物质出入细胞都要通过细胞的表面，进而提出细胞的表面积与体积之比的大小会影响细胞内外物质的交换。
引出探究问题：细胞大小与物质运输两者是什么关系？激发学生的求知欲。对细胞大小与物质运输两者的关系作出假设：呈正相关或负相关。在有限的材料内设计实验验证。并形成探究性报告。
2.任务准备阶段
（1）任务解读：设计实验
这部分依赖于是师生共同交流完成的，主要涉及以下四个问题。
问题一：NaOH在酚酞中变红的原理是什么？
学生普遍知道是酚酞已溶解在琼脂块中，当把琼脂浸在NaOH中时，NaOH与琼脂中的酚酞发生化学反应呈紫红色。但氢氧化钠具有腐蚀性在实际操作中有一定安全隐患，那么可否换用其他显色反应呢？如蛋白质遇双缩脲试剂变紫色，还原糖与斐林试剂呈现砖红色沉淀等等。
教师提示打破思维定势，可以在物理层面上直接用染色剂染琼脂，如碘液。因物理反应现象明显且安全，故采取物理方法。
问题二：可否换用其他材料代替琼脂？
如豆腐、面包、面团、馒头等。教师提示材料的内部必须是均匀的，才能保证同种物质在材料中的扩散均匀。而豆腐、面包、馒头等在制作过程中会产生气泡形成不同大小的蜂窝，不是均匀介质。
不同体积的冰块是一个创新点：探究不同体积冰块融化的速度。
问题四：既然模拟细胞物质运输，实际情况是细胞向内向外都有物质运输，可否增加一组扩散方向相反的对照实验？
实际操作应该如何设计呢？设置对照实验模拟由内向外扩散，以半球为研究对象，待琼脂溶液半凝状态时，分别预埋同体积小球颗粒，凝固后可取出。分别以两个角度观测，俯视图和侧视图。
（3）设计分享
小组合作先写出设计方案包括材料的选择和对比的方法。教师点评。
问题一：为了避免后期实验的盲目性，有组学生提出设立预实验，设计一系列梯度实验探究碘液在某种材料中的运输速度。
（4）修改实验设计
3.任务执行
（1）进行实验，得出结论。（2）实验成果分享（3）交流反思（4）拓展：细胞不能无限长大的原因还有哪些？该问题可让学生查找、阅读有关资料，进行课后探究。
六、教学反思
本STEAM课程充分调动了学生的能动性，严谨性充分体现，且很注重各种实验原则的应用，整个实验难易适中，学生的积极性充分调动，但是设计实验环节，对学生的思辨力要求高，有些学生沦为被动者。进行实验环节，有些学生有抵触懈怠现象。