2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1-4.1被动运输教案

第4章　细胞的物质输入和输出
第1节　被动运输
教学内容解析
《被动运输》是人教版必修一《分子与细胞》中第四章第1节的内容，第三章的学生已经学习了细胞膜的结构和功能,本节学生将学习动植物细胞的吸水和失水、植物细胞质壁分离及复原的实验、自由扩散和协助扩散等内容，本节教材首先用一个物理渗透装置演示水分子通过半透膜的渗透作用，对漏斗管内出现液面高度不同的现象，引导学生展开讨论。接着教材分别用动物细胞和植物细胞举例,归纳出渗透作用的原理、发生渗透作用需要具备的条件等，并解释了水进出细胞的原理从而引出：自由扩散和协助扩散这两种被动运输方式，这为学生学习后面的主动运输、胞吞胞吐、细胞代谢等内容作好铺垫。
2.学生认知分析
学生在初中做过或观察过类似的实验：泡在盐水中的萝卜条会软缩，泡在清水中的萝卜条会更加硬挺。学生也有部分生活经验：做菜馅时加入一些盐，蔬菜中的水分会大量渗出；对农作物施肥过多会造成“烧苗”现象等，这些生活经验对学习本节内容都有帮助。与初中不同的是本节内容需要学生从微观水平上理解细胞吸水、失水的过程，类比渗透装置理解细胞膜是选择透过性膜，学生学习起来会有一定的困难，课堂上可以通过多媒体课件或实物的演示，增强直观性，帮助学生理解微观现象。另外，学生在初中曾经接触到科学研究的一般步骤，但在如何提出问题、作出假设和设计实验等环节都还缺乏训练，在本节课中可让学生就生活现象提出探究问题、作出假设并设计实验，通过训练可以让学生得到一定的体验和感悟，从而为学习后面的探究活动奠定一定的基础。
3.核心素养目标
生命观念：说出动、植物细胞失水与吸水的相应细胞结构。
科学思维：理解渗透现象的原理及其发生的条件，并能用此现象解释动植物细胞的失水与吸水。
科学探究：通过探究实验，探究植物细胞的原生质是否为一层半透膜。
社会责任：将植物细胞的失水与吸水的原理应用于农业生产方面，做到合理施肥，提高农作物的产量。
【教学重点】
1．阐明渗透作用发生的条件。
2．被动运输的原理和特点。
3．探究植物细胞的吸水和失水。
【教学难点】
1．探究植物细胞的吸水和失水。
2.转运蛋白的种类和作用。
4.教学策略分析
本节是将水的跨膜运输作为一个实例来分析，由物理现象过渡到细胞的生命活动。先通过类比的方式分析动物细胞的水分进出，之后通过一个探究性实验来说明植物细胞水分的进出情况，最后得出水是顺浓度梯度运输，动物细胞膜、植物细胞原生质层相当于一层半透膜的结论。在类比分析活动和实验探究活动过程中，通过层层设问引导学生深入思考，从微观的角度分析细胞吸水和失水过程，形成结构功能观的学科思想。
5.教学过程
5.1 环节一：生活常识引入新课
（PPT展示相关图片，引出渗透现象）
问题1：你吃比较咸的食物如菜或连续嗑带盐的瓜子时，你的口腔和唇的粘膜会有什么感觉 为什么
问题2：当你把白菜剁碎准备做馅时,常常放一些盐,过一段时间后就可见有水分溢出。萎焉的青菜放入水中一段时间后会变硬挺。水分是如何进出细胞的？
设计意图：结合生活实际，在激发学生的学习兴趣的同时，有利于提高学生对生物学知识运用的能力和生物科学养素，同时引导学生善于从生活的实例中发现问题、提出问题。
5.2 环节二：讲授新课
一、渗透作用的实验现象
向学生展示墨水滴入水中的实验，观察墨水的运动情况，引出扩散的定义：物质从高浓度处向低浓度处运动的现象叫扩散。
接着PPT播放渗透装置的动画提出探究问题：
问题1：蔗糖分子和半透膜两侧的水分子是否都能通过半透膜？
问题2：半透膜两侧水分子的通过数量一样吗？为什么？
问题3：漏斗的液面会无限上升吗？为什么？
问题:4：如果用一层纱布代替玻璃纸,漏斗管内的液面还会升高吗
问题5：如果烧杯中不是清水,而是同样浓度的蔗糖溶液,结果会怎样
师生共同归纳总结：
1．渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）经过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液的扩散过程。本质：顺着相对浓度梯度的运动。
2．条件：具有半透膜；半透膜两侧的溶液浓度不同
设计意图：利用动画演示，增强直观感；设计“问题串”是为了以问题驱动学习，引导学生自主、探究、合作，最终完成对知识的主动建构。
二、细胞的吸水和失水
引导学生观察水进出哺乳动物细胞的示意图，组织学生讨论分析：
问题1：图中所示的红细胞出现了什么现象？为什么？
问题2：当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
问题3：红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？这说明红细胞的细胞膜相当于“渗透装置”中的什么装置？
问题4：你认为红细胞的吸水和失水多少取决于什么条件？
归纳出：红细胞吸水和失水的条件，红细胞的细胞膜相当于半透膜，动物细胞相当于一个渗透装置。
设计意图：培养学生观察、比较和分析、总结，进而得出科学结论的能力。阅读课文中的资料分析，展开讨论，分别回答讨论题。
三、探究植物细胞的吸水和失水
现象分析：
1、将白菜剁碎做馅时,常常放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。
2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
引发学生思考：植物细胞能不能发生渗透作用？
PPT展示植物细胞的结构：
教师总结：原生质层——细胞膜、液泡膜，以及两层膜之间的细胞质。
探究实验：原生质层相当于一层半透膜吗？
①提出问题：原生质层相当于一层半透膜吗？
②作出假设：假设原生质层相当于一层半透膜。
③设计实验
思路：将细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其形态变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小变化。
预期结果：
1.在高浓度溶液中植物细胞失水，中央液泡会变小，细胞皱缩。
2.在清水中吸水后的植物细胞吸水，中央液泡会变大，细胞膨胀。
④进行实验
材料用具：刀片，镊子，滴管，盖玻片，吸水纸，显微镜。质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水。
方法步骤：
a、制作临时装片。
b、用低倍镜观察洋葱鳞片叶处表皮细胞中。
c、引流法，滴入蔗糖溶液，低倍镜下观察。
d、引流法，滴入清水，低倍镜下观察。
PPT展示实验的结果：
⑤实验现象：
问题1： 在未滴加蔗糖溶液之前，洋葱鳞片叶，外表皮的液泡大小如何？颜色如何？原生质层的位置在哪里？
问题2：第一次滴加蔗糖溶液之后，液泡的大小，颜色以及原生质层出现了哪些变化？
问题3：植物细胞的失水过程是否也是渗透作用？为什么说原生质层相当于一层半透膜？
问题4：与动物细胞的失水过程相比，植物细胞失水时是否也会出现皱缩？为什么？
问题5：滴加清水之后，液泡的大小，颜色以及原生质层出现了哪些变化？这说明了什么？
分析结果，得出结论：
植物细胞的原生质层相当于半透膜。
外界溶液浓度＞细胞液浓度：细胞失水→原生质层的伸缩性＞细胞壁→质壁分离。
外界溶液浓度＜细胞液浓度：细胞吸水→原生质层逐渐恢复→质壁分离复原。
结论：植物细胞原生质层相当于一层半透膜，水分是顺着相对含量梯度而进出植物细胞的。
设计意图：引导学生观察实验过程中，洋葱细胞液泡的大小和颜色以及原生质层和细胞壁的位置关系认同，细胞结构以及功能相适应通过问题驱动进行讨论，进行讨论，理解植物细胞质壁分离和复原的原理，为进一步构建被动运输的概念奠定基础
四、自由扩散
图片展示，自由扩散和协助扩散示意图：
问题1：通常哪些物质进出细胞不需要消耗能量？这类物质在细胞外和细胞内的浓度有什么差异？
问题2：除了水分子含有什么物质可以通过自由扩散进出细胞？
问题3：协助扩散和自由扩散主要区别是什么？
问题4：通过载体蛋白进入细胞核，通过通道蛋白进入细胞有什么不同？
设计意图：在观察图片的基础上，通过归纳与概括，比较与推理等科学思维方法建构被动运输的概念，理解自由扩散和协助扩散的异同，形成对物质跨膜运输方式的基本认识。
5.3 环节三：总结提升
知道学生归纳总结动物细胞吸水和失水区别和联系，梳理质壁分离和复原的概念，并由此归纳得出被动运输的概念，以及被动运输对细胞生命活动的意义，指导学生归纳总结动植物细胞吸水和失水的区别和联系，梳理质壁分离复原的概念，并由此归纳得出被动运输的概念以及被动运输对细胞生命活动的意义。
展示盐碱地，图片指导学生分析，盐碱地不利于植物生长的原因