“物質跨膜運輸的實例”一節的教學設計

羊垂功

(廣東省開平市開僑中學 529300)

1 教材分析和設計思路

人教版高中生物學教材《分子與細胞》第四章第一節“物質跨膜運輸的實例”包括滲透作用、動物細胞的吸水和失水、“植物細胞的吸水和失水”探究實驗、物質跨膜運輸的其他實例等內容，它們在教材中內隱的邏輯關系是：以問題探討引入，引導學生分析滲透作用的現象、條件；通過“思考與討論”欄目，引導學生類比推理動物細胞本質是一套特殊的滲透裝置，展示、啟發學生分析動物細胞吸水與失水實驗現象示意圖，進而使學生認識動物細胞吸水與失水的現象、原理。那么細胞吸水與失水現象、原理有無實驗證據？為體現這一內隱的科學探究方法，教材引導學生對比動、植物細胞結構上的差異，并在此基礎上提供植物細胞吸水和失水的現象、原理的實驗證據，進而使學生認識動、植物細胞吸水與失水的原理一樣，但因兩者結構有差異而使它們的實驗現象有差異，然后梳理、總結水分子跨膜運輸的特點，引導、啟發學生通過“資料分析”，認識物質跨膜運輸除了存在順著相對含量梯度跨膜運輸的實例外，還存在逆著相對含量梯度跨膜運輸的實例，進而使學生建立起細胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜的觀點，為“生物膜的流動鑲嵌模型”和“物質跨膜運輸的方式”的學習奠定基礎。本設計將“植物細胞的吸水和失水“的探究實驗獨立于第2個課時進行，而第1課時的教學主要為第2課時的教學夯實能力基礎。

2 教學目標

2.1 知識目標 說出滲透作用發生的條件；舉例說明動物細胞發生吸水和失水的原理；解釋細胞對無機鹽離子吸收的特點。

2.2 能力目標 學會從實驗現象中提出問題、分析問題、解決問題；嘗試解釋有關生產和生活現象。

2.3 情感態度與價值觀目標 認同細胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜，體驗科學探究的一般過程。

3 教學過程

3.1 探討滲透作用現象、原因 引導學生回顧細胞膜功能，然后強調：細胞膜其中一個功能是控制物質進出細胞,那么物質是怎樣進出細胞的？引出課題“物質跨膜運輸的實例”并補充：水是生命之源，也是細胞中含量最多的物質，那么水是怎樣進出細胞的？播放滲透作用多媒體動畫，展示半透膜并簡介其作用。設問：看完動畫后，大家最想了解的問題是什么？教師給出充裕的時間讓各個小相成員相互交流、討論，再選一個小組代表交流討論結果，其他小組補充、完善(略)。

3.2 探究滲透作用發生條件 教師播放“探討滲透作用發生條件實驗”多媒體動畫，展示實驗結果示意圖、實驗結論記錄表，組織學生開展小組探究活動：學生觀看動畫，小組成員相互交流、討論；小組代表表述討論結果，其他小組補充、完善實驗現象、條件、結論(表1)。教師進一步追問：是不是半透膜兩側溶液只要存在濃度差，漏斗內的液面就可以無限制地升高？即A組實驗中，液面不再升高時半透膜兩側溶液的濃度相等嗎？通過小組交流、討論及教師引導、啟發，使學生明確：當漏斗內液面升到一定高度時，漏斗內的液面會對半透膜產生一定強度的靜水壓，這一強度的靜水壓使得單位時間內，透過半透膜滲入漏斗水分子的數量與滲出漏斗水分子的數量相等。因此，半透膜兩側溶液即使在該單位時間內存在濃度差，滲透作用也不能再發生。這也是漏斗內的液面不能無限制地升高的本質原因。

表1 滲透作用實驗結論記錄表

3.3 探究動物細胞吸水和失水 由學生小組交流、討論“思考與討論”欄目中的問題，完善問題答案后，教師展示哺乳動物成熟的紅細胞與滲透裝置類比表格。引導學生完善表格內容，啟發學生類比推理“動物細胞的本質是一套特殊的滲透裝置”(表2)。既然紅細胞是一套特殊的滲透裝置，那么將其置于不同的外界溶液時會出現怎樣的實驗現象？讓學生小組進行討論，演繹推理紅細胞分別置于清水、0.9%NaCl溶液、9%NaCl溶液時出現的實驗現象及其原因，并解釋教材中“與生活聯系”的實例及醫用生理鹽水的作用，以體驗“學以致用”。最后，師生一起梳理、總結動物細胞吸水和失水的原理、原因以及水跨膜運輸的特點。即順著相對含量梯度，由相對含量高的地方往相對含量低的地方進行跨膜運輸。那么，其他物質是否與水一樣，也是順著相對含量梯度進行跨膜運輸呢？

表2 滲透作用裝置與哺乳動物成熟的紅細胞的類比

3.4 探究物質跨膜運輸的其他實例 學生閱讀教材“資料分析”中的相關實例，小組交流、討論問題：①水稻培養液中Ca2+和Mg2+濃度為什么會升高？②水稻對Ca2+和Mg2+、SiO44-吸收有差異嗎？番茄和水稻對SiO44-吸收有差異嗎？這兩個實例能否得出細胞對物質的吸收具有選擇性?③人體甲狀腺濾泡攝取碘是否與水一樣也是順著相對含量梯度進行？對于問題①水稻培養液中Ca2+和Mg2+濃度升高的原因，各小組在交流、討論過程中產生的分歧，教師并不急于回答，而是讓其他小組代表先發表看法后再補充、啟發：資料實驗結果顯示“番茄培養液中SiO44-濃度升高”，而資料中已經暗示培養液中SiO44-濃度升高是由于番茄幾乎不吸收SiO44-引起的，據此推理，水稻培養液中Ca2+和Mg2+濃度升高是因為水稻釋放Ca2+和Mg2+引起，還是因為水稻幾乎不吸收Ca2+和Mg2+引起？在學生都認同第二種觀點的基礎上，教師進一步追問：水稻培養液中SiO44-降低的幅度遠大于Ca2+和Mg2+升高的幅度，說明水稻在相同的單位時間內對水的吸收量大還是對SiO44-的吸收量大？以使學生認識水稻對水和SiO44-的吸收是兩個相對獨立的過程，為學習第3節“物質跨膜運輸的方式”奠定基礎。最后，師生一起歸納、總結小組討論結果：物質既存在順著相對含量梯度跨膜運輸，又存在逆著相對含量梯度跨膜運輸，細胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜。

4 教學反思

本節教學中，通過播放滲透作用多媒體動畫，讓學生從實驗現象中發現問題、分析問題、解決問題，體驗科學探究的一般過程。在此基礎上，探討滲透作用實驗條件，類比推理動物細胞本質，以資料分析為載體開展小組探究活動，培養學生批判性思維、類比推理能力、演繹推理能力，強化、深化學生發現問題、分析問題、解決問題能力，以為開展第2課時教學夯實能力基礎。新課程倡導探究性學習，如何深入挖掘教材內容以提高知識的可探究性？如何深入挖掘實驗以增加學生的思維容量，從而更好地進行思維訓練？都值得生物學教師去思考與探索。本課的教學在這方面進行了有益的探索。