情境化教學在概念難點突破中的實踐

一、教學目標

教學自標主要集中在深入理解“被動運輸”的科學概念。被動運輸在生物學中指的是物質（如水分、氧氣、二氧化碳等）在沒有能量支持的情況下，沿濃度梯度通過細胞膜的運輸過程。本節課將詳細講解其中的兩種主要形式：自由擴散和協助擴散。自由擴散是物質直接通過細胞膜的脂質雙層，而協助擴散則涉及載體蛋白或通道蛋白的幫助。學生需要掌握這兩種方式的機制及其在細胞功能中的不同作用和特點，這對理解細胞如何維持內部環境的穩定至關重要。

二、教學重難點

（一）教學重點

教學重點是深入講解并全面理解“被動運輸\"這一生物學概念。被動運輸包括自由擴散和協助擴散兩種主要類型，這要求學生不僅要掌握每種方式的基本原理，還要能夠識別和區分這兩種過程在實際生物系統中的應用。

（二）教學難點

教學難點主要集中在如何將抽象的生物學原理有效地與實際現象相結合。“被動運輸”作為生物學中的一個基本概念，雖然理論定義明確，但在實際生物系統中的運作模式及其影響因素顯示出極大的復雜性。這種復雜性源于生物體內環境的多變性以及外部條件的不斷變化，給學生的理解和掌握帶來了很大挑戰。

三、教材分析

本節教材選自人教版生物學必修1第4章第1節“被動運輸”，涉及細胞的基本結構和生命活動中細胞與外界物質的交換機制。此部分內容是理解細胞物質運輸機制的基礎，重點講解被動運輸中的自由擴散和協助擴散及它們在維持細胞正常代謝活動中的關鍵作用。

四、學情分析

高中生已具備一定的科學探究能力和基本的生物學知識，如細胞的結構和基本功能，知曉細胞膜的流動性、選擇透過性的概念。然而，學生對于細胞如何控制物質進出，尤其是跨膜運輸的具體機制可能還缺乏深入理解。

五、教學過程

（一）情境引入- 創設問題，激發思維

教師在課堂上播放一段洋蔥細胞在高濃度蔗糖溶液中質壁分離的視頻。視頻清晰展示了細胞在高濃度溶液中如何逐漸失水，細胞質收縮，液泡縮小，從而導致細胞壁分離的現象。

在播放完洋蔥細胞質壁分離的視頻后，教室里充滿了好奇和思考的氣氛。視頻中，細胞在高濃度蔗糖溶液中的變化激發了學生的興趣，教師及時提出問題，引導學生深人探討。

教師：同學們，從這段視頻中大家看到了細胞在不同條件下的變化。那這種變化說明了什么？

學生A：老師，我覺得細胞失水的現象可能是因為溶液的濃度太高，水分子從細胞內向外移動，導致了細胞質的收縮。

教師：非常好的觀察。這確實是由于溶液的高滲透壓造成的。那么，大家能不能解釋一下，為什么水分子會從細胞內向外移動呢？

學生B：我認為這是滲透作用的結果。因為溶液中蔗糖的濃度比細胞內部高，水分子通過半透膜從低濃度的細胞內向高濃度的溶液外移動，試圖平衡兩邊的濃度。

教師：你解釋得很到位！這是典型的被動運輸現象，不需要細胞耗能。那么，細胞膜在這個過程中起了什么作用？

學生C：細胞膜像是一個只允許特定物質通過的門，它通過選擇透過性控制著物質的進出，保證細胞內外物質的平衡。

教師：對。細胞膜的選擇透過性確保了細胞內環境的穩定。這種自然的調控機制是生物體內許多生命活動的基礎。

隨后，教師引導學生回顧之前學習的知識，包括滲透作用、細胞膜功能，并將這些知識與觀察到的洋蔥細胞現象聯系起來。

教師使用圖表和模型進一步解釋被動運輸的過程和機制。如圖1所示。

教師：根據已知的滲透作用原理，水分子是如何在細胞內外移動的？細胞膜在這一過程中起什么作用？

學生丙：水分子通過半透膜從水濃度高的地方向水濃度低的地方自由移動，這是被動運輸

教師：非常準確！并且，細胞膜的選擇透過性使得某些物質可以通過而某些物質不能通過，這對維持細胞內環境平衡至關重要。

（設計意圖：在這一環節中，學生通過理論與實際觀察相結合，深入理解被動運輸的生物學原理及其在細胞生理活動中的作用。通過圖表和模型將抽象的科學概念具象化，幫助學生構建完整的知識體系。）

（二）情境分析一觀察現象，探究規律

在生物學課堂上，為了加深學生對“被動運輸”的理解，教師設計了一個實驗，讓學生觀察洋蔥表皮細胞在不同濃度溶液中的形態變化。這個實驗不僅能加深學生對被動運輸科學概念的理解，還能培養學生的實驗操作技能和觀察分析能力。

教師指導學生準備三組洋蔥鱗片葉的外表皮細胞臨時裝片，編號為1、2、3。學生在低倍顯微鏡下觀察每組細胞中紫色中央液泡的大小、原生質層的位置，以及細胞的大小。

教師通過多媒體設備展示實驗的具體步驟：

1.低濃度蔗糖溶液處理：在編號1、2、3的裝片上分別滴加質量濃度為 {0.2g/mL.0.3g/mL.0.4g/mL）的蔗糖溶液，觀察細胞的反應。

2.變化記錄：低倍顯微鏡下記錄中央液泡的大小變化、原生質層的位置變化及細胞大小的變化。

3.清水處理：在處理后的裝片上滴加等量清水，觀察細胞恢復的情況。

教師要求學生記錄他們觀察到的數據，包括細胞變化的前后狀態，并嘗試分析溶液濃度如何影響細胞狀態的變化。

教師：通過這個實驗，你們有沒有觀察到不同濃度蔗糖溶液對細胞的影響？

學生甲：在蔗糖濃度高的溶液中，細胞中的水分似乎被抽出，導致液泡縮小和原生質層脫離細胞壁

學生乙：當我們向細胞中加入清水后，原生質層似乎又重新貼近了細胞壁，液泡也逐漸恢復了原來的大小。

教師：你們的觀察非常到位。這說明了什么科學現象？

學生丙：這是滲透作用的結果。水分子通過半透膜自由移動，試圖平衡細胞內外的溶質濃度。

（設計意圖：通過實驗教學活動，教師引導學生直接觀察和操作，深入理解被動運輸和滲透現象，理解被動運輸的概念和特點。）

（三）情境深化 一對比分析，突破難點

為深化學生對被動運輸機制的理解，教師設計了一個對比分析環節，通過對自由擴散與協助擴散的對比和討論，幫助學生突破對兩種運輸方式的難點理解。

教師首先展示相關特性圖，如圖2所示，引導學生觀察自由擴散圖。

教師：請大家觀察圖2，自由擴散的運輸速率為什么會隨著物質濃度的增加而不斷提高？

學生甲：因為自由擴散是由濃度梯度驅動的，物質分子會自發地從高濃度區域向低濃度區域擴散，沒有其他因素限制它的速率。

學生乙：我覺得是因為自由擴散不需要任何載體蛋白參與，所有的分子都可以自由通過細胞膜

教師總結：大家的分析很準確！自由擴散的核心特點是運輸速率完全依賴濃度梯度，不需要膜蛋白的輔助。這種方式適用于小分子和非極性分子，如氧氣和水分子。

隨后，教師讓學生仔細觀察主動運輸圖的特點，圖2中清晰標出了協助擴散的運輸速率隨物質濃度的變化。運輸速率在低濃度時隨濃度的增加而上升，但在達到臨界點（P點）后趨于穩定。

教師：在圖2中，為什么協助擴散的運輸速率在達到P點后不再增加了呢？和自由擴散相比，這種現象說明了什么？

學生丙：因為協助擴散需要載體蛋白或通道蛋白的幫助，當所有蛋白都“忙碌\"時，速率就不會再提升了。

學生丁：我覺得這和自由擴散不同，自由擴散沒有這種飽和現象，因為它不依賴膜蛋白。

教師進一步引導：非常好！協助擴散的速率受限于載體蛋白的數量，而自由擴散沒有這種限制。這種“飽和現象”是協助擴散的一個關鍵特點，

（設計意圖：通過觀察和對比圖表，學生能夠深入理解協助擴散的動力來源和膜蛋白的作用，突破“飽和現象”這一概念難點。）

在此基礎上，教師引導學生觀察協助擴散和主動運輸的對比圖。協助擴散的運輸速率隨著濃度梯度的增加而提高，但主動運輸是逆濃度梯度進行的，其速率依賴能量（ATP）的供應。

教師：通過圖2，我們可以看到協助擴散和主動運輸的一個重要區別。為什么協助擴散不需要能量，而主動運輸需要ATP？\"

學生甲：協助擴散是順濃度梯度的運輸，而主動運輸是逆濃度梯度的運輸，所以需要額外的能量來推動。

學生乙：我認為是因為協助擴散依賴的是載體蛋白，而主動運輸不僅需要載體蛋白，還需要ATP提供能量。

教師總結：很好！協助擴散和主動運輸的根本區別就在于運輸方向和能量需求。協助擴散是順濃度梯度的，而主動運輸則克服了濃度梯度。這也是細胞在調節內部環境時采用不同運輸方式的原因。

（設計意圖：通過對協助擴散與主動運輸的對比，學生從更高層次理解了運輸機制的多樣性。）

最后，教師展示了主動運輸的特性圖。圖中標明了主動運輸的速率受ATP供應的限制，當能量供應不足時，運輸速率會顯著降低。

教師：我們已經了解了協助擴散和主動運輸的區別。那主動運輸在能量供應不足時會發生什么呢？

學生丙：如果沒有足夠的ATP，主動運輸就無法進行，運輸速率也會隨之下降。

學生丁：這說明主動運輸完全依賴細胞的能量代謝活動。

教師補充：正是如此。主動運輸的這一特點對細胞的生存和功能至關重要，如細胞通過主動運輸來維持離子濃度的平衡。

（設計意圖：通過對主動運輸圖的分析，教師將學生的注意力引導到細胞能量代謝的重要性上。這種結合情境化的講解方式，不僅鞏固了知識，還讓學生對細胞運輸的復雜性有了更深的理解。）

（四）情境遷移一聯系實際，解決問題

為了幫助學生將課堂知識遷移到實際情境中，教師設計了一系列案例分析和實踐任務，結合鹽堿地改良與日常生活現象，幫助學生理解被動運輸的實際應用，同時培養他們的創新能力與科學思維

1.鹽堿地土壤對植物生長的影響

教師通過多媒體展示鹽堿地的圖片及相關數據，講解土壤中高濃度溶液對植物根系細胞水分運輸的影響。

教師：同學們，鹽堿地是一種常見的農業問題。在這種環境下，植物為什么會出現萎蔫甚至死亡的現象？這和我們剛剛學習的被動運輸有什么關系呢？

學生甲：我認為這可能是因為鹽堿地中的溶液濃度太高，水分從植物根細胞內部流失到外部環境，導致細胞失水。

學生乙：對，這和滲透作用有關。植物細胞中的水分通過被動運輸，流向濃度更高的土壤溶液中。

教師：很好！這種現象確實是由滲透作用導致的。那我們應該采取什么措施來減少這種水分流失呢？

學生丙：可以通過合理灌溉降低土壤中的鹽分濃度。

學生丁：還可以在鹽堿地上種植耐鹽作物。

教師：你們的分析非常全面。合理灌溉和種植耐鹽作物可以有效降低鹽堿地對植物生長的不良影響。這是被動運輸理論在農業生產中的一個實際應用。

（設計意圖：通過分析鹽堿地案例，教師幫助學生認識到被動運輸的原理不只局限于課堂，還與現實生活密切相關。學生能夠從實際問題出發，應用所學知識提出解決方案，從而強化知識的應用性。）

2.蔬菜“焯水\"過程中的滲透現象

教師播放一段關于家庭烹飪中焯水的短視頻，展示蔬菜在熱水中顏色變鮮亮、水分流失的現象。

教師：同學們在家里一定見過蔬菜焯水的過程吧。蔬菜在焯水過程中為什么會變得鮮亮，而焯水時間過長又會變得口感不好？這和我們今天學的被動運輸有什么聯系？

學生甲：我覺得蔬菜在熱水中會發生細胞壁破裂，水分從細胞內部流失到外部，所以焯水時間不能太長。

學生乙：這可能和滲透作用有關。熱水讓細胞內外的水分濃度變化更快。

教師引導：非常好！焯水過程中的細胞水分流失確實和被動運輸的滲透作用密切相關。那么，為了保持蔬菜的口感，該如何控制焯水的時間和溫度呢？

學生丙：可以短時間焯水，并迅速放人冷水中冷卻。

學生丁：對，這樣可以減少水分流失，同時保持蔬菜的顏色和口感。

教師總結：通過討論，我們明白了焯水過程中的滲透現象和被動運輸的原理。大家掌握這些知識，可以在生活中更加科學地解決實際問題。

（設計意圖：教師通過蔬菜焯水這一貼近學生生活的實例，激發學生對知識的興趣，使他們理解科學知識在日常生活中的具體應用，從而實現知識的遷移與創新。）

六、教學總結

情境化教學在概念難點突破中具有獨特的優勢。通過引入貼近實際的生活案例與直觀實驗，教師能幫助學生在生物學語境中實踐科學探究方法。從洋蔥細胞質壁分離的觀察到鹽堿地改良和焯水過程的分析，學生在熟悉的情境中將抽象的科學原理轉化為具體認知，加深了對“被動運輸”概念的深刻理解。同時，情境化教學注重引導學生從現象中提煉科學規律，通過觀察、假設驗證培養學生的批判性和邏輯性思維。教師通過設計日常觀察實驗，使學生的知識應用能力與創新意識得到了進一步提升，真正實現了從理論到實踐的轉化。這種教學模式不僅有效突破了生物學概念的教學難點，還提升了學生在現實情境中解決問題的能力。

（作者單位：無錫市第六高級中學）

編輯：趙文靜