物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例

1 教材分析

本模塊教材是以細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)為主線展開的，從前到后依次講述它的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)展變化的。本章和第五章的內(nèi)容屬于細(xì)胞的功能。本節(jié)改變了以往教材的呈現(xiàn)方式，沒有把水分放在代謝一章里，也沒有先講植物的滲透作用，而是利用一些具體例子和資料，介紹水分子是順著相對含量的梯度跨膜運(yùn)輸?shù)模值目缒み\(yùn)輸含有重要的教學(xué)價(jià)值，這是一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，也是學(xué)生在高中階段第一次接觸探究實(shí)驗(yàn)，通過對植物細(xì)胞失水和吸水的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會探究問題的一般方法和步驟。

2 三維目標(biāo)

(1)知識目標(biāo)：描述半透膜的特征；舉例說明動(dòng)物細(xì)胞膜和植物原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜；理解水的跨膜運(yùn)輸是順濃度梯度。

(2)能力目標(biāo)：嘗試提出問題，作出假設(shè)；進(jìn)行關(guān)于植物細(xì)胞吸水和失水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作。

(3)情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)：體驗(yàn)科學(xué)探究過程，培養(yǎng)質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和精神；在合作的過程中，學(xué)會與人交流，尊重他人。

3 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

(1)教學(xué)重點(diǎn)：探究水分進(jìn)出細(xì)胞是順相對濃度梯度的。

(2)教學(xué)難點(diǎn)：細(xì)胞吸水和失水的原理；探究“植物細(xì)胞的吸水和失水”，嘗試提出問題。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

由于本節(jié)教學(xué)內(nèi)容十分接近生活，因此采用“過程式的教學(xué)”和“學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)”相結(jié)合的教學(xué)模式。通過創(chuàng)設(shè)問題情境導(dǎo)入新課，以“問題探討(滲透作用的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)”為切入點(diǎn)，并通過實(shí)驗(yàn)、板圖及多媒體手段突破難點(diǎn)之一(漏斗內(nèi)的液面上升原因)，為學(xué)生更好的理解細(xì)胞吸水和失水原理做好鋪墊；以生活中相關(guān)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及提出有價(jià)值的問題；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會如何分析問題作出假設(shè)，并根據(jù)所做的假設(shè)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，考慮實(shí)驗(yàn)操作的具體細(xì)節(jié)(材料、試劑、用具的選擇，操作步驟，結(jié)果預(yù)期，設(shè)計(jì)記錄表格等)。

5 教學(xué)主要手段

電腦多媒體、數(shù)碼投影顯微鏡。

6 教學(xué)方法

學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察、討論與教師講述和啟發(fā)引導(dǎo)相結(jié)合。

7 教學(xué)時(shí)間

1課時(shí)。

8 教學(xué)過程

8.1學(xué)習(xí)滲透現(xiàn)象

上一章學(xué)習(xí)的是細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，學(xué)生知道了細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位，而細(xì)胞膜的存在可以使細(xì)胞成為相對獨(dú)立的系統(tǒng)，保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定。細(xì)胞作為一個(gè)系統(tǒng)，每時(shí)每刻都與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，也就是說它又是一個(gè)相對開放的系統(tǒng)。教師通過提出問題：物質(zhì)是如何進(jìn)出細(xì)胞的?從而引入課題。

一

師：新鮮的蔬菜買回來，放置一段時(shí)間，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?然后放在清水中一段時(shí)間后，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?結(jié)合我們生活常識，你能否對此現(xiàn)象作出解釋?

生：放置一段時(shí)間蔬菜就不新鮮了。放置一段時(shí)間蔬菜就不直立生長了。放置一段時(shí)間蔬菜葉萎蔫了。

師：萎蔫的軟軟的蔬菜放置到清水中，又會怎樣呢?

生：蔬菜又重新硬挺起來。

師：對了，那對此你如何解釋呢?

生：放置一段時(shí)間后，蔬菜中的水分失去，所以萎蔫；置于清水中后蔬菜吸水，所以硬挺。

師：很有想象力。這實(shí)際上是一種滲透系統(tǒng)

師：演示“滲透作用實(shí)驗(yàn)”——介紹實(shí)驗(yàn)裝置，指導(dǎo)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果(并板書裝置圖)。并邊講解邊展示flash課件呈現(xiàn)滲透現(xiàn)象動(dòng)畫提問：

師：漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高?

生：由于蔗糖溶液濃度高，水會通過半透膜進(jìn)入漏斗。所以漏斗中的液柱升高。

師：漏斗中的水分子能否進(jìn)入燒杯中的清水中呢?

生：也能，不過總體上進(jìn)入漏斗的水分子更多。

師：液面能否無限升高?

生：不能，水分子進(jìn)出平衡時(shí)液面就不再升高。

師：那么此時(shí)裝置內(nèi)外濃度是否相等?(難度較大)

生：不等。

師：哪里濃度大?為什么?

生：裝置內(nèi)濃度大，否則就不能維持這樣的高度差。

師：很好!

師：如果用一層紗布代替玻璃紙，漏斗管內(nèi)的液面還會升高嗎?

生：不能。

師：如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，結(jié)果會怎樣?

生：溶液的液面不會升高。

師：展示滲透實(shí)驗(yàn)裝置液面上升的高度(可讓學(xué)生用尺量一下上升的高度)，問如何讓液面下降呢?

生：把長頸漏斗放在更大濃度的蔗糖溶液中。

師：很好，大家再考慮，能使該裝置出現(xiàn)液面升高或下降現(xiàn)象需要什么條件?

生：需要兩種不同濃度的溶液。

師：對，也就是需要半透膜兩側(cè)存在濃度差，這是第一點(diǎn)；還有其他需要嗎?

生：半透膜的存在。沒有該條件，就不會出現(xiàn)滲透現(xiàn)象，或出現(xiàn)滲透現(xiàn)象也會消失呢?

師：對，這就是一個(gè)典型滲透裝置所必須的兩個(gè)條件。(板書)

動(dòng)物細(xì)胞是否具備構(gòu)成滲透裝置的條件呢?

8.2學(xué)習(xí)動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水

師：當(dāng)我們吃比較咸的食物時(shí)，像腌制的咸菜、連續(xù)嗑帶鹽的瓜子等，你的口腔會有什么感覺?為什么?有什么辦法解決?

生：會有干燥難受的感覺，因?yàn)榭谇患?xì)胞失去水分，即水分的輸出。這時(shí)及時(shí)的喝水，可以緩解口渴。

師：課件中展示人成熟紅細(xì)胞模式圖，講解紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)(板畫紅細(xì)胞圖)。

師：血紅蛋白的存在意味什么?

生：說明成熟紅細(xì)胞有條件與外界構(gòu)成濃度差。

師：很好，必備條件具備了一條，那么細(xì)胞膜是否相當(dāng)于半透膜呢?

師：展示成熟紅細(xì)胞在不同溶液濃度下的吸水和失水情況的動(dòng)畫課件。

師：請同學(xué)們思考并討論以下問題(課件展示)。

(1)紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白等有機(jī)物能夠透過細(xì)胞膜嗎?

(2)紅細(xì)胞的細(xì)胞膜是不是相當(dāng)于“問題探討”中所說的半透膜?

(3)當(dāng)外界溶液的濃度低時(shí)，紅細(xì)胞一定會由于吸水而漲破嗎?

(4)紅細(xì)胞吸水或失水的多少取決于什么條件?

學(xué)生討論總結(jié)。

教師歸納講述：

(1)動(dòng)物細(xì)胞的吸水：外界溶液濃度小于細(xì)胞的濃度，細(xì)胞吸水膨脹。

動(dòng)物細(xì)胞的失水：外界溶液濃度大于細(xì)胞的濃度，細(xì)胞失水皺縮。

動(dòng)物細(xì)胞既不吸水也不失水：外界溶液濃度等于細(xì)胞的濃度，細(xì)胞形態(tài)不變。

(2)動(dòng)物的細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜，一個(gè)動(dòng)物細(xì)胞可以看作一個(gè)滲透系統(tǒng)。

8.3學(xué)習(xí)植物細(xì)胞的吸水和失水

師：剛才，我們討論了蔬菜吸水和失水現(xiàn)象。

師：再展示蘿卜條在鹽水和清水中的失水和吸水情況的Flash動(dòng)畫課件。

師：植物細(xì)胞是否就像剛才我們看到的滲透現(xiàn)象呢?或者說植物細(xì)胞是否具備構(gòu)成滲透裝置的條件呢?

師：課件展示講解成熟的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)動(dòng)畫模式圖并板畫植物細(xì)胞圖，特別講解原生質(zhì)層的結(jié)構(gòu)。

師：(課件展示探究實(shí)驗(yàn)的一般過程)

觀察現(xiàn)象，提出問題－作出假設(shè)－設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)－開展實(shí)驗(yàn)－分析結(jié)果，得出結(jié)論－表達(dá)與交流

師：原生質(zhì)層中因有膜的存在相當(dāng)于一層半透膜，而植物體內(nèi)的植物細(xì)胞都生活在液體的環(huán)境中，生活在可能存在濃度差的環(huán)境中，植物細(xì)胞可以表現(xiàn)出吸水或失水。

再讓我們回到剛才提到的蔬菜問題上，當(dāng)我們知道植物細(xì)胞是可以吸水或失水后，我們可以提出什么問題來加以研究呢?或者說結(jié)合課前復(fù)習(xí)和提到的蔬菜問題，對植物細(xì)胞的吸水和失水你有興趣研究什么問題?同桌討論一下。(學(xué)生討論)

生：植物吸水和失水的原因是什么?

植物吸水和失水條件是什么?

在什么條件下植物吸水和失水?

原生質(zhì)層是否相當(dāng)于半透膜?

植物萎蔫和硬挺是否與吸水和失水有關(guān)?

師：大家討論還是很有成果的，提出的問題也很好。現(xiàn)在問題提出來了，比如用剛才同學(xué)提出的“原生質(zhì)層是否相當(dāng)于半透膜”這一問題我們?nèi)绾巫鞒鰢L試性的解釋呢?

生：因?yàn)榧?xì)胞液有一定濃度，有條件構(gòu)成濃度差，而原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜，因此可以在有外界溶液的條件下，發(fā)生如滲透裝置一樣的吸水或失水。

師：這些都對，對于問題的探討僅憑理論是不夠的，下面還需我們開動(dòng)腦筋用實(shí)驗(yàn)來證明一下，前后桌四個(gè)同學(xué)討論一下，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證植物細(xì)胞的吸水和失水，說出你們的大體設(shè)計(jì)思路。(學(xué)生討論)

生：我們讓植物細(xì)胞處于不同的蔗糖溶液中，看看液泡大小的變化。

我們讓一個(gè)植物細(xì)胞放在清水和蔗糖溶液中，觀察其變化。

師：基本思路都可以，大家比較一下，這些設(shè)計(jì)有沒有不足

生：……

師：取一個(gè)植物細(xì)胞這種操作加大了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，不符合簡單性原則，所以我們一般取植物一定部位的一塊組織來做實(shí)驗(yàn)。

有了基本思路，我們再考慮一下實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，首先是選用什么材料和用具呢(課件給出幾種材料)，你選擇什么材料?

生：紫色洋蔥。

師：為什么?

生：因?yàn)橛凶仙号荼阌谟^察

師：因?yàn)槲覀円匆号莸氖臀兓虼宋覀冞€需要什么用具?

生：顯微鏡、載玻片、蓋玻片、蔗糖溶液、清水。

師：怎樣制作臨時(shí)裝片呢?

生：先在載玻片上滴一滴清水，撕取一片洋蔥表皮，蓋上蓋玻片。

師：我們一般撕取的是洋蔥鱗片葉的外表皮，而且要把它在清水中展平，不要重疊。

師：和學(xué)生邊交流邊做洋蔥鱗片葉的外表皮臨時(shí)裝片，并把制作好的臨時(shí)裝片放在數(shù)碼顯微鏡調(diào)好(學(xué)生觀看投影)。

師：為什么不直接在載玻片上滴加蔗糖溶液?

生：應(yīng)該先觀察正常的植物細(xì)胞，以便與失水的細(xì)胞比較。

師：在蓋玻片一側(cè)滴蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙吸引，這樣重復(fù)2-3次，那我們在屏幕上能看到什么結(jié)果?

生：(3min左右)看到液泡縮小了，原生質(zhì)層和細(xì)胞壁分離。看到液泡顏色加深了。

師：由此我們可以得出的結(jié)論是什么?

生：當(dāng)外界溶液的濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)，液泡中的水會通過原生質(zhì)層出細(xì)胞，出現(xiàn)失水現(xiàn)象，即質(zhì)壁分離。

師：吸水呢?

生：在蓋玻片一側(cè)再滴清水并用吸水紙?jiān)诹硪粋?cè)吸引，這樣重復(fù)2-3次，細(xì)胞就處于水環(huán)境中，可觀察到細(xì)胞又會恢復(fù)到原來的狀態(tài)，出現(xiàn)質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。

師：請一位同學(xué)上來操作一下。(1min后觀察到細(xì)胞又會恢復(fù)到原來的狀態(tài))

師：結(jié)論是什么?

生：當(dāng)外界溶液的濃度小于細(xì)胞液濃度時(shí)，液泡中的水會通過原生質(zhì)層進(jìn)入細(xì)胞。

師：課件動(dòng)畫展示植物的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原過程。

師：實(shí)驗(yàn)證明原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜，植物細(xì)胞可以看作是一個(gè)滲透系統(tǒng)。

師：質(zhì)壁分離復(fù)原實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明哪些問題呢?(師和學(xué)生一起分析總結(jié)，并展示課件)

生：①植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)；②細(xì)胞壁具有全透性；③原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜；④原生質(zhì)層的伸縮性大于細(xì)胞壁；⑤可判斷細(xì)胞的死活；⑥可間接測定細(xì)胞液的濃度。

師：同學(xué)們，現(xiàn)實(shí)中很多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)就是沿著這樣一個(gè)思路來完成的，希望同學(xué)們也能在掌握這種方法后，勤于發(fā)現(xiàn)、敢于思索，并能通過實(shí)驗(yàn)，不斷探索出自然的奧秘。

師：用線條把板書的內(nèi)容分開，并比較總結(jié)這節(jié)課的主要內(nèi)容。

板書設(shè)計(jì)見表1。

教學(xué)反思：這是一節(jié)探討式教學(xué)課，需要老師借助生活觀察，學(xué)生已有的知識，并結(jié)合課件、演示實(shí)驗(yàn)的展示來設(shè)計(jì)完成教學(xué)內(nèi)容。以學(xué)生可見的生活現(xiàn)象人手，逐漸過度到對實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和對實(shí)驗(yàn)探究一般步驟的了解，達(dá)到了教學(xué)的目的。如果能讓每一個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手做質(zhì)壁分離復(fù)原實(shí)驗(yàn)效果會更好，但由于時(shí)間有限，只做了演示實(shí)驗(yàn)。