4.1 被动运输 教学设计 高中生物学人教版（2019）必修1

高中生物必修一《被动运输》教学设计
授课年级：高一年级
课时安排：2课时
教材版本：人教版高中生物学必修1《分子与细胞》
核心素养渗透：生命观念、科学思维、科学探究、社会责任
一、教学重难点分析
1. 教学重点
生命观念：渗透作用原理及细胞膜选择透过性的生物学意义
科学思维：通过实验现象归纳被动运输的特点，构建数学模型分析物质浓度与运输速率的关系
科学探究：设计并实施"植物细胞质壁分离及复原"的探究实验
社会责任：联系临床输液、作物施肥等生活实例，理解生物学原理的应用价值
2. 教学难点
原生质层结构与半透膜的类比分析
通道蛋白与载体蛋白的作用机制区分
渗透作用中水分子的双向运动与净流量变化的辩证关系
二、教学整体设计
设计理念：以"问题链"驱动深度学习，通过"现象观察→模型构建→实验验证→迁移应用"四阶递进，落实核心素养。
技术融合：
虚拟仿真实验（渗透装置动态演示）
显微摄像技术（实时观察质壁分离过程）
数字化传感器（监测溶液浓度变化）
教学资源：
1. 3D动画《细胞膜的物质运输》
2. 实验材料包（洋葱表皮、不同浓度蔗糖溶液、载玻片等）
3. 学习任务单（含数据分析表格、概念图模板）
三、教学过程设计
第1课时：渗透作用原理与细胞吸水失水
环节1：情境导入——生活现象启思（8分钟）
【创新导入】
教师展示三组生活现象，引发认知冲突：
1. 播放短视频：咸菜腌制过程中体积缩小渗出汁液
2. 呈现CT影像：医疗输液使用0.9%生理盐水
3. 展示实物标本：清水浸泡后恢复挺直的萎蔫绿萝
问题链设计：
Q1：这些现象背后的共同生物学原理是什么？
Q2：细胞如何像"智能门卫"控制物质进出？
Q3：动物细胞与植物细胞的吸水机制是否相同？
【设计意图】 从生活经验切入，建立"宏观现象微观机制"的认知桥梁，激发探究欲望。
环节2：模型建构——渗透作用原理探究（20分钟）
【探究任务一】半透膜渗透装置分析
1. 虚拟实验：
通过PhET仿真实验平台，学生自主调节：
半透膜孔径大小（0.11nm）
蔗糖溶液浓度梯度（5%30%）
添加大分子染料观察扩散路径
2. 数据分析：
记录不同条件下液面高度变化，完成表格：
实验条件 液面变化趋势 水分运动方向
30%蔗糖溶液（半透膜） ↑ 清水→蔗糖
5%葡萄糖溶液（全透膜） — 双向平衡
等浓度溶液（半透膜） — 动态平衡
3. 核心概念生成：
学生小组归纳渗透作用发生条件：
半透膜的存在（结构基础）
浓度差驱动（动力来源）
溶剂分子的净流动（动态平衡）
【设计意图】 数字化工具突破微观过程可视化难点，培养数据分析和模型建构能力。
环节3：实验探究——动/植物细胞渗透现象（15分钟）
【对比实验】
1. 动物细胞实验：
显微投影展示红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化
关键问题：
红细胞涨破时的浓度阈值是多少？
临床输液为何必须使用生理盐水？
2. 植物细胞探究：
分组进行"洋葱表皮质壁分离"实验：
操作指导：
实验步骤代码化呈现
def 质壁分离实验():
制作临时装片 → 低倍镜观察 → 滴加30%蔗糖 → 5分钟后观察 → 清水复原
```
现象记录：
![质壁分离过程显微图像]
（插入典型细胞状态示意图）
【设计意图】 双重对照实验深化结构与功能观，培养规范操作和显微观察技能。
环节4：概念辨析——原生质层结构解析（10分钟）
【结构模型拆解】
使用3D可拆卸细胞模型，重点解析：
1. 原生质层组成：细胞膜+液泡膜+细胞质
2. 半透膜特性验证：
荧光标记实验显示蔗糖不能透过
同位素示踪证明水分子自由通过
【辩证思考】
为何死亡的植物细胞不能发生质壁分离？
引导学生理解膜结构完整性的生物学意义。
第1课时板书设计
```
一、渗透作用原理
1. 条件：半透膜 + 浓度差
2. 方向：水分子顺相对含量梯度运输
3. 平衡状态：v(进)=v(出) ≠浓度相等
二、细胞吸水与失水
/动物细胞→膜渗透
浓度差驱动
\植物细胞→原生质层渗透
第2课时：被动运输的类型与机制
环节1：前测反馈——知识迁移应用（10分钟）
【案例诊断】
呈现临床案例：
患者误输大量蒸馏水导致溶血，分析原因：
1. 红细胞内外的溶液浓度差
2. 自由扩散速率与溶液浓度的关系
3. 渗透压计算公式：Π=CRT（渗透压与浓度正相关）
【计算演练】
已知红细胞在0.3%NaCl溶液中保持正常形态，计算：
若需配制2L生理盐水，需NaCl ______ g。（答案：18g）
环节2：探究学习——被动运输类型辨析（25分钟）
【概念建构】
1. 自由扩散：
动画演示O 、CO 跨膜过程
绘制速率浓度曲线：线性正相关
2. 协助扩散：
红细胞摄取葡萄糖的通道蛋白动态演示
对比实验：正常细胞 vs 载体缺陷型细胞
【模型分析】
运输速率与浓度关系的数学模型：
自由扩散：v = k·C
协助扩散：v = (Vmax·C)/(K+C)
（图示两条特征曲线对比）
【社会责任渗透】
分析囊性纤维病成因：CFTR氯离子通道蛋白缺陷，联系基因检测的社会意义。
环节3：实验拓展——膜蛋白功能验证（15分钟）
【探究设计】
提供材料：
蛙卵母细胞（表达人葡萄糖载体）
放射性标记的葡萄糖溶液
任务要求：
设计实验验证载体蛋白作用，预期结果：
1. 实验组（表达载体）：胞内放射性显著
2. 对照组（未表达）：几乎无放射性
【数据分析】
绘制柱状图对比两组结果，归纳载体蛋白的特性：特异性、饱和性。
环节4：总结提升——知识体系构建（10分钟）
【概念图绘制】
学生分组完成被动运输概念网络：
被动运输
├─ 自由扩散：O 、CO 、脂溶性物质
└─ 协助扩散
├─ 通道蛋白：水通道、离子通道
└─ 载体蛋白：葡萄糖转运
【课后实践】
调研任务：收集市售"富氧矿泉水"宣传资料，用本节知识分析其科学性。
第2课时板书设计
三、被动运输类型
1. 自由扩散
特点：顺梯度、不需载体、不耗能
实例：O 、CO 、甘油
2. 协助扩散
特点：顺梯度、需转运蛋白、不耗能
类型：
通道蛋白→水、离子
载体蛋白→葡萄糖
```
四、教学评价设计
1. 课堂表现性评价：实验操作规范性、数据分析准确性
2. 概念理解检测：
下图中能正确表示细胞吸收小分子物质速率与浓度差关系的是（B）
A.线性递增 B.先增后平 C.指数增长 D.持续上升
3. 实践应用评价：
撰写《给市长的一封信——科学规划盐碱地改良方案》，体现生物学原理应用。
五、教学反思
1. 成功点：双课时衔接紧密，数字化资源有效突破微观认知障碍
2. 改进方向：可增加跨学科联系（如渗透压与物理化学知识的整合）
3. 创新亮点：临床案例贯穿始终，充分体现STSE教育理念