“物質跨膜運輸的實例”(第一課時)的教學設計

張 雷 陳 明

(廣東省茂名市第一中學 茂名 525000)

1 教材分析

“物質跨膜運輸的實例”是人教版高中生物學教材《分子與細胞》第4章第1節的內容，包括動物細胞的吸水和失水、植物細胞的吸水和失水以及物質跨膜運輸的其他實例三部分內容。其中理解動物細胞的細胞膜和植物細胞的原生質層是半透膜為教學的重點、難點，與必修教材中“制備細胞膜的方法”“細胞膜的功能”和“細胞器”等知識之間存在內在聯系，還可為學習“生物膜的流動鑲嵌模型、物質跨膜運輸的方式，并從結構和功能相適應的角度理解生物膜的結構和功能特點”打好基礎。出于教法、學情和教學時間的考慮，可將本節內容分兩課時教學： 第一課時主要完成動物細胞的吸水和失水及植物細胞的吸水和失水的理論探究；第二課時完成植物細胞的吸水和失水的實驗室操作、物質跨膜運輸其他實例的學習。

2 教學目標

依據課程標準并圍繞培養學生核心素養的要求，制訂如下教學目標：

(1) 通過學習滲透作用和動、植物細胞的吸水和失水的概念，以及生物膜的結構和功能特點，建立結構和功能相適應的觀點。

(2) 通過進行植物細胞吸水和失水的實驗設計，體驗和領悟提出問題、作出假設的科學探究方法。

(3) 通過滲透作用和動、植物細胞的吸水和失水的學習，理解或解釋在生活中的相關實例，并認同科學研究需要善于發現、嚴謹推理、勇于創新的精神。

3 教學過程

3.1 創設情境，導入新課 課前生物興趣小組對教材“問題探討”的滲透裝置進行重新設計，設計思路： ①材料用具： 新鮮雞蛋3枚、0.3g/mL蔗糖溶液、清水、燒杯、量筒、記號筆、針。②將雞蛋分為1、2、3三組并標號。③取1號雞蛋將大頭去殼留殼膜，小頭打破，讓內容物流出。向蛋殼內滴入適量的0.3g/mL蔗糖溶液，用記號筆在最高點做標線。將其放入與蛋內溶液等高的裝有清水的燒杯中，如圖1所示。④取2號雞蛋，將雞蛋大頭殼膜用針扎出若干篩孔，其余過程同步驟3。⑤取3號雞蛋，將蛋殼內的蔗糖溶液換成清水，其余過程同步驟3。⑥觀察并記錄實驗現象。

圖1 利用蛋殼制作滲透裝置

借助DV記錄，將以上滲透現象以微課形式直觀呈現，導入新課。

設計意圖： 利用微課創設實驗情境，激發學生學習的積極性和自主性，培養學生從情境中發現問題的能力。

3.2 理論探究，構建概念模型 根據微課中的滲透現象設疑： ①蛋殼內的液面為什么會升高？②蛋殼內的液面會一直上升嗎？為什么？③將殼膜用針扎出多個篩孔，液面為什么不會升高？④將蛋殼內的蔗糖溶液換成清水，液面為什么不會升高？組織小組討論作答，用多媒體呈現滲透作用概念模型(圖2)。

圖2 滲透作用的概念模型

設計意圖： 以問題為導向，引導學生自主探究“滲透作用的原理和條件”。展示概念模型幫助學生厘清核心概念脈絡。

3.3 探究動物細胞的吸水和失水 教師提問： ①生物實驗室要對細胞膜的化學成分進行分析，如何制備細胞膜？②護士給病人輸液時將藥物溶于質量分數多少的氯化鈉溶液？如果放入質量分數為1%的氯化鈉溶液細胞會有什么變化？利用電子白板呈現裝有質量分數為0(清水)、0.9%和1%的氯化鈉溶液的三個燒杯，學生參照情境將電子白板左側不同形狀的紅細胞移到對應的燒杯并敘述理由。多媒體播放水分進出哺乳動物紅細胞的狀況圖片，檢測放置位置是否合理。進一步設疑： ①回憶細胞膜的功能？②控制物質進出細胞體現了細胞膜的什么功能特性？③選擇透過性膜的含義是什么？④紅細胞內的血紅蛋白等有機物能透過細胞膜嗎？⑤可不可以把動物細胞類比成滲透裝置，兩者有哪些相似之處？

設計意圖： 通過問題串和“類比推理法”，使學生認識到紅細胞的細胞膜相當于半透膜，吸水或失水取決于細胞內外的濃度差。

3.4 探究植物細胞的吸水和失水 電子白板展示成熟的植物細胞模式圖，學生在白板上填好各部位名稱，教師在點撥時強調細胞液和原生質層等易錯概念。教材中的實驗利用“假說—演繹法”進行探究[1]： 第一步，觀察現象，發現問題。多媒體展示涼菜“酸甜瓜”的圖片，介紹其做法，提問黃瓜變軟的原因是什么？學生根據已有知識和生活經驗，回答黃瓜變軟的原因是植物細胞失水了。

第二步，分析問題，作出假說。植物細胞是怎樣吸水和失水的？成熟植物細胞的液體環境主要存在于什么部位？植物細胞的什么結構可以充當半透膜？引導學生觀察比較植物細胞的大液泡和細胞質，明確細胞的液體環境主要在細胞液。植物細胞的半透膜是細胞壁、細胞膜還是原生質層是學生爭論的焦點，教師通過組織學生對電子顯微鏡下的細胞壁結構和細胞膜、液泡膜的功能特點進行分析討論，確立植物細胞的半透膜是原生質層假說的合理性。

第三步，依據假說，演繹推理。假設植物細胞的半透膜是原生質層，將它放入清水會由于過多吸水而漲破嗎？將它放入大于細胞液濃度的外界溶液中會由于失水而皺縮嗎？如果細胞不皺縮，它會出現什么變化？闡述“質壁分離”概念，提問質壁分離概念中的質和壁分別指什么？發生質壁分離的細胞還可以恢復初始狀態嗎？借助假說指導學生對植物細胞的吸水和失水現象進行推理，為后續設計實驗做鋪墊。

第四步，設計實驗，預測結果。①選材： 為開拓學生視野，發展理性思維能力，可提供多種材料供學生自主選擇。圖片展示洋蔥鱗片葉外表皮和內表皮、根尖分生區細胞和番薯葉，設置引導問題： 要想取得較好的實驗效果，材料要具備哪些特點？發生質壁分離時在細胞壁和細胞膜之間充滿什么物質？用什么方法能使洋蔥鱗片葉內表皮成為實驗的備選材料？將撕取的番薯葉上表皮和稍帶葉肉的下表皮分別放到濃度高于細胞液的外界溶液，細胞會有什么變化？小組討論交流，明確還可以通過液泡的淺色區域大小、氣孔開關及原生質體內綠色區域的變化觀察植物細胞的吸水和失水現象。②選取外界溶液： 課件展示表1，小組合作討論觀察植物細胞的質壁分離與復原現象應選取哪一種外界溶液并分析原因。③設計實驗： 教師提出問題“如何將所選材料置于一定濃度的外界溶液？植物細胞的質壁分離與復原是微觀現象，我們應該如何進行觀察？遵循實驗的對照原則，本實驗需要額外設置對照組嗎？”引導學生設計方案。之后精選學生設計方案展示評價，強調撕取材料的方法、引流法、二次自身對照等操作細節[2]。④預測結果： 小組合作設計實驗結果記錄表，將預測結果填入表內。

表1 不同種類的外界溶液影響細胞變化情況記錄表

第五步，實施實驗，驗證假說。提供洋蔥鱗片葉外表皮和內表皮、番薯葉上表皮和稍帶葉肉的下表皮作為實驗材料，每兩組選擇一種材料進行觀察，實驗操作安排在下一課時完成。

第六步，分析結果，得出結論。借助動畫演示“質壁分離與復原”現象動態過程，展示生物興趣小組在開放性實驗室所做的洋蔥鱗片葉外表皮細胞“質壁分離與復原”圖片，引導學生描述實驗現象，得出結論，即原生質層是植物細胞的半透膜。

設計意圖： 基于“假說—演繹法”，引導學生從現象入手發現問題；提出假說的各種可能性，引導學生深入分析問題、建構科學的假說、發展能力；利用圖片、表格素材作提示，引導學生自主設計探究方案，培養嚴謹的科學態度和勇于創新的精神。

3.5 歸納總結，拓展提升 教師圍繞核心內容構建知識體系，精選U型管、長頸漏斗式滲透裝置的典型例題拓展提升。

4 教學反思

本節采用“問題—探究”教學法，從“滲透作用”概念的提出到“動植物細胞吸水和失水”的學習，設計環環相扣的系列問題，學生在問題的驅動下通過積極思考和小組合作探究來解決問題。教學中教師把培養學生的“科學思維”“科學探究”貫穿于教學的全過程，激發學生的學習興趣，發展學生生物學核心素養。