高中生物人教版必修一：4.1物质跨膜运输的实例教学设计

物质跨膜运输的实例（Ⅰ）教学设计
启东中学
【教学目标】
1、知识与技能目标
通过对渗透作用现象的观察，阐明渗透作用发生的条件，推导渗透作用的概念；说出水分子跨膜运输的特点；举例说明动物细胞膜和植物的原生质层相当于半透膜。
2、过程与方法目标
由“问题探讨”入手，从“扩散”迁移到“渗透”，理解动物细胞的吸水和失水；通过探究实验了解植物细胞的吸水和失水。
3、情感与价值观目标
尝试提出问题，作出假设，感受科学的严谨性；设计植物细胞吸水和失水的实验，体验探索的乐趣。
【教学重点】
细胞是一个渗透系统，动物细胞膜和植物的原生质层相当于半透膜。
解决方法：（1）通过渗透作用的演示实验，组织引导学生分析渗透现象。归纳总结渗透作用的概念、条件、原理、结果，指出半透膜的特性。（2）通过分析水分进出红细胞的状况，总结出细胞膜相当于半透膜。（3）通过相关探究实验的设计，理解植物的原生质层相当于半透膜。
【教学难点】
尝试提出问题，作出假设，进行探究植物细胞吸水和失水的实验设计。
解决方法： （1）通过学生已有的知识和生活经验引导学生对有关知识现象深入思考，提出相关问题，利用小组活动讨论确定有价值的问题。（2）让学生知道任何一个科学实验取得成功都要进过多次反复的尝试才能成功。
【教具准备】
多媒体课件，包括渗透作用的相关flash动画、大宝SOD蜜广告视频、红细胞在显微镜下吸水与失水的实拍视频
【教学方法】学生观察、讨论、合作探究与教师讲述和启发引导相结合。
【教学过程】
课前分组：4人一组。
引入：{出示在紫薇公园拍的荷花图片}
教师：同学们看，这是我们紫薇公园里的一池荷花，她们亭亭玉立，清净高雅，宋代有位哲学家周敦颐曾经这样赞美莲藕
学生：“出淤泥而不染，濯青莲而不妖”。
教师：莲藕生长在污浊的泥土中却能从环境中获取莲藕细胞生命活动需要的营养物质，如水、氧气、矿物质等，而莲藕不需要的物质则被拒之门外不能进入。
提问：到底是什么控制物质进出细胞？（细胞膜）细胞膜为什么能控制物质的进出细胞呢？它是怎样控制物质进出细胞呢？今天我们从细胞层次上来研究第四章 细胞的物质输入与输出。
[板书]第四章 细胞的物质输入和输出
细心观察动画，自主构建模型：
活动一：渗透作用的实验现象
1.演示实验：一滴红墨水滴入到清水中，出现什么现象？学生观察并回答。（扩散），扩散是分子从浓度相对较高的区域向浓度相对较低的区域运动的现象。
2.问题探讨：小组讨论：观察教材本节渗透现象示意图，讨论该实验：
（介绍：烧杯中是清水，漏斗内是一定浓度的蔗糖溶液，两种不同的溶液被一层半透膜（多孔性薄膜）隔开，实验开始时，漏斗内外的液面在同一水平面上。）
（1）如果两种不同的溶液被一层半透膜隔开，结果又会怎样?为什么？
（2）由于蔗糖分子不能透过半透膜，因此漏斗内水分子密度始终小于烧杯中水分子密度，这样烧杯中水会不断进入漏斗中，漏斗液面就一直上升吗？为什么？
（3）用纱布代替玻璃纸，液面还会上升吗？
（4）如果烧杯中换成同漏斗中一样浓度的蔗糖溶液，液面会上升吗？
（5）上述过程即为渗透作用，请概括什么是渗透作用？
投影播放渗透作用的flash动画，引导学生观察实验结果及微观上分子穿过半透膜的情况。
小组代表发言。教师点评：给学生适当的鼓励。
总结：在本实验中，水分子从数量多的一侧向水分子数量少的一侧通过半透膜扩散这种现象称为渗透作用。这个装置叫渗透装置。
由以上几个问题归纳，要想发生渗透作用，必须具备什么条件？
师生共同总结: 要有半透膜；半透膜两侧的溶液存在浓度差。
投影展示阶段小结：
一、渗透作用
（1） 渗透作用：指水分子通过半透膜，从相对含量高向相对含量低的方向扩散的现象，它是一种特殊方式的扩散。
（2）发生渗透作用的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液有浓度差。
（3）原理：当溶液浓度A>B时，水分子就通过半透膜由B流向A；当溶液浓度A（4）渗透作用的结果：水分子可以通过半透膜进行双向扩散。从宏观观察，水分是由低浓度溶液流向高浓度溶液，直到达到动态平衡。
寻求生活体验，合作解决问题：
过渡：前面我们学习了渗透装置，细胞是否具备渗透装置的条件？细胞如何吸水和失水呢？我们以哺乳动物的红细胞为例来探究。
讨论动物细胞的吸水与失水：投影：扫描电镜下的红细胞。
视频：红细胞在显微镜下的吸水与失水。
讨论分析:
视频中的红细胞出现了哪些现象？
你认为红细胞在什么条件下吸水或失水？
你认为红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
红细胞内的血红蛋白等有机物透过细胞膜吗？这说明红细胞的细胞膜相当于什么膜？
红细胞的吸水膨胀和失水皱缩是渗透现象吗？其他动物细胞呢？
学生讨论总结 ，教师归纳讲述 ：
二、细胞的吸水与失水
1、动物细胞的吸水与失水
（1）动物细胞相当于一个渗透装置。
（2）动物细胞的吸水与失水原理：
动物细胞吸水：
动物细胞失水：
动物细胞不吸水也不失水：（举例：静脉注射生理盐水）
体验探究历程，提升思维品质：
2、植物细胞的吸水与失水
过渡：我们了解了动物细胞相当于一个渗透装置，细胞膜相当于半透膜。那么植物细胞能否吸水和失水，是不是和动物细胞的情况一样呢？
教师：课前要求同学们每人做一道凉菜（糖腌西红柿、凉拌黄瓜等），或腌制一种蔬菜，与家人共享，与此同时对做菜过程出现的现象尝试做出解释。
学生：展示自己做的凉菜图片，并解释番茄出水的现象及与家人品尝时家人的感受。
教师：一杯香茶，一盘小菜，都会让父母有幸福的感觉！
提问：生活中还有这样的例子吗？这些实例都说明了什么？
根据这些实例，你能进一步提出你想探究的问题，并作出对应的假设吗？
积极思维：
（1）提出问题
学生可能提出的问题：
植物细胞内的吸水或失水主要是指哪一结构中水分的进出？
水分进出植物细胞要经过哪些结构？
植物细胞的最外层多了一层细胞壁，它对细胞的吸水或失水有影响吗？
植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？
植物细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水呢?
……（失的水是细胞内的水还是细胞间隙的水？是自由水还是结合水？）
筛选值得探究的问题。提出了一个有价值的问题后，我们如何去研究它呢？
（2）作出假设
当一个问题提出后，我们必须结合已有的知识或经验（必要时还要查找资料）分析问题，并且作出尝试性的回答，这种尝试性的回答称为“作出假设”。
例如现在我们选最后1个问题作探究，细胞什么情况下会失去水，什么情况下会吸水？作出假设，外界溶液的浓度大于细胞内的浓度时，细胞会失水，反之如果细胞外溶液浓度低于细胞内溶液的浓度时细胞则会吸水。
再如，教材上提供的参考案例。教师引导，作出假设：原生质层相当于半透膜。
那么我们尝试作出的假设一定正确吗？需要通过实验验证，接下来我们要设计实验、创造我们假设中所提出的条件。
（3）设计实验：
如果我们要检验“原生质层相当于一层半透膜”这个假设，在实验的设计上我们需要考虑哪些细节呢？
投影：成熟植物细胞模式图。介绍成熟的植物细胞的相关背景知识：（细胞壁、细胞液、原生质层）
首先我们要考虑“选择怎样的植物细胞材料来进行实验”（学生可能一时不能回答，可以引导学生分析：在这个实验中要观察的实验现象是什么？）
学生活动：液泡和细胞体积、大小的变化。
教师评价：要想观察液泡和细胞体积、大小的变化和植物细胞的吸水和失水这样一个微观的过程，必须使用什么仪器来观察？（用显微镜观察）
教师：很好，当你选用了显微镜以后，你的选材就应注意要尽可能选容易做成装片的，在显微镜下容易看到的（如细胞比较大，或细胞有颜色等，如果没有颜色，能不能染色？）比如洋葱表皮细胞有紫色，也很好撕取做成装片，就可以考虑，那大家还能不能想到其他什么好材料呢？（水绵，水绵是绿色的，水绵是单层细胞。那葫芦藓也可以，它的叶是一层细胞的。美人蕉的花瓣表皮细胞中液泡颜色呈现红色。紫鸭跖草表皮容易撕取，紫色液泡大而明显，很容易找到。……）
教师：大家的思路开始打开了，想得很好，刚才你们提的材料很好，都可以用来尝试，或许这些材料都能成功，但也可能一些材料不能助你成功。那究竟这些材料好不好，大家也可以做为一个课题来研究，多选几种材料都试试，进行比较。
好，那接下来我们还要考虑选用怎样的试剂好呢？
（盐水、糖水、醋酸、酒精、海水……。）
教师：想得很好，这里我们同样也考虑这些问题，我们选的试剂会不会对细胞有伤害？能否保证细胞是活的？如醋酸就可能对细胞产生伤害；试剂的浓度我们最好是能控制的，海水的浓度我们不了控制。还有试剂是容易获得的。所以这里大家提的盐水和糖水是比较好的。
材料、用具、试剂都选好了，接下来我们要考虑整个实验具体的操作步骤该如何。是先把洋葱泡在糖水中，10分钟后取出做成装片，显微镜下检测；还是先做好装片，再想办法往里加入试剂呢？
（先做装片再加试剂好，这样可以在显微镜下监控细胞失水的变化过程。）
教师：很好，现在我们还有一个重要的问题，那就是要预期一下实验结果，加了高浓度糖水后细胞会发生怎样的变化呢？（细胞会缩小。）
教师：对，细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质就会与细胞壁分离开来，也就发生质壁分离。所以观察到质壁分离可以作为细胞失水的表现。
预测了实验结果后，我们可以设计一个表格来记录实验结果
（4）进行实验：
（5）分析结果，得出结论：
提供植物细胞质壁分离与复原的实验结果照片，引导学生用演绎推理——间接论证的方法得出相应的结论，设置问题链：液泡变小、紫色加深现象说明了什么？水分子的运动方向怎样？假设原生质层是全透性结构，会发生质壁分离吗？如果原生质层是不透性结构呢？（原生质层相当于一层半透膜）
阅读教材P63页第1自然段，师生小结成熟的植物细胞吸水与失水的原理。
问题：有的结果与你的预期不吻合，说明你的假设不成立吗？应当如何解释？
强调实验设计方案必须要有可重复性和易操作性。做完实验后，我们要对实验结果进行分析，实验结果是否与预期相吻合？是否支持了我们最初的假设？当实验结果与预期不符时，我们要多思考，也不要急于认定假设不成立，要考虑会不会是因为实验操作的不正确导致不能达到预期结果的？会不会有什么干扰因素呢？例如：如果开始使用了0.8g/ml蔗糖溶液，很快就能观察到质壁分离，但加清水后怎么也观察不到质壁分离复原，能否断定当外界浓度低时细胞不能吸水呢？（……）
教师：所以无论实验成功也好，失败也好，都要认真分析。如果确实找不到实验设计上的原因也找不到实验操作上的原因，始终也未能得预期的结果，这就要认定假设是错的了。这时又要重新回头做新的假设，然后设计别的实验了。失败不要紧，很多伟大的发现都不可能一次就成功的，都是要经过多次，有的甚至千百次的失败后才成功的，失败是成功之母嘛。
（6）表达和交流
进一步探究：如植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？蔗糖溶液的浓度是否越高效果越好？用其它溶液如KNO3效果又如何？根尖分生区细胞也会发生质壁分离和复原的现象吗？（撰写实验方案）
小结：进行科学探究的方式是多种多样的。一般来说，其基本过程具有六个要素：提出科学问题；进行假设；制定计划，设计实验；进行实验，获取事实与证据；检验与评价；表达与交流。某些探究过程只包含其中的几个要素，而且也不一定按上面呈现的顺序进行。我们进行科学探究是领悟科学探究的思想，培养自己进行科学探究所需要的能力，增进对科学探究方法与过程的理解。科学探究能力是通过完成部分探究活动和完整的探究活动而形成和发展的。
总结反馈矫正，形成知识体系：
课堂小结：这节课通过渗透作用的实验现象，了解渗透作用的原理以及渗透作用发生必需的两个条件；从生活中的现象我们发现动植物细胞都能吸水和失水，重点学习探究的一般方法和基本步骤:提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→表达与交流→进一步探究。下节课我们就到实验室来完成这个实验。
课堂反馈：略。
布置作业：（1）小组合作设计一份植物细胞吸水和失水的实验探究方案；
（2）预习其他物质跨膜运输内容。
【板书设计】 物质跨膜运输的实例
一、渗透作用
概念：
条件：
二、细胞的吸水和失水
动物细胞
植物细胞
三、探究的一般过程
[总结评价]
引导学生对本节内容进行总结，着重指出探究的一般方法和基本步骤，点评学习情况；并谈感受。
【布置作业】
（1）你能否用普通光学显微镜判断植物叶肉细胞是否为活细胞？
（2）你能否通过实验估测出植物细胞细胞液的浓度？
请你根据今天学习的知识设计一种实验方案并预期实验结果及结论。
设计意图：
1、回顾总结，使知识系统化，及时引导自我反馈与评价，促进学生积极主动地参与探究活动。
2、检测学生对本节课掌握情况。
【教学反思】
本节课以“探究式教学”为主线，引导自主、探究与合作，层层引入、推进，学生在答问、质疑、讨论等学习过程中自主构建新概念、新知识，充分体现学生在学习中的主体地位，加深了对重点知识点的理解，培养了学生科学探究能力，而且有效地推动了学生学习方式和教师教学方式的转变。由于本节师生互动场合较多，在教学时间上略为紧迫，所以教师在课前要精心设计好各个环节，课堂上要进行有效地调控，才能确保每一环节都有足够的时间来完成预定的目标。