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4.1质膜参与物质交换和信息交流（课时1）教学设计
课题
4.1质膜参与物质交换和信息交流（课时1）
单元
必修1
学科
生物
年级
高中
教材分析
本节是高中教材第一册第4章细胞的生存需要营养物质和能量"中第1节
质膜参与物质交换和信息交流的内容。本节内容分为2课时。本课包括细胞的吸水和失水、物质跨膜运输的其他实例两部分內容。细胞的吸水和失水具有重要的教学价值，涉及一个探究实验，通过对植物细胞失水和吸水的探究，学生应学会探究活动的一般方法和步骤，观察到质壁分离及复原现象。通过学习其他物质跨膜运输的实例，认识物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度进行的，进而理解细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜。本课内容对本章后两节的学习起到了重要的铺垫作用。
学习目标与核心素养
1知识与技能通过师生互动、观看图片，能够举例说岀细胞膜是选择透过性膜通过治疗分析，尝试提出问题，作出假设通过实验探究，能够进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作2过程与方法（1）通过观察植物细胞的质壁分离和复原知道探究的一般流程。（2）通过实验探究培养学生对实验的探究及归纳分析的能力3情感态度与价值观（1）通过细胞膜的成分和功能的学习，认同细胞是最基本的生命系统。（2）通过实例学习，体验从生活实例中去探求知识的过程。生命观念：明确细胞膜的结构与其功能相统一科学思维：通过细胞膜的成分和功能的学习，认同细胞是最基本的生命系统，培养学生的生命观念。社会责任：体验从生活实例中去探求知识的过程。
重点
教学重点：举例说出细胞膜是选择透过性膜。
难点
教学难点：尝试提出问题，作出假设。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第1课时这两道菜的原理是什么？当一阵风吹过，或者一滴雨飘落，含羞草的叶片就自动合拢，宛如一个少女害羞地用手遮住了脸庞。含羞草的叶柄基部有一个膨大部位叫叶枕，叶枕内的薄壁细胞对外界刺激很敏感。一旦叶片受到触动，薄壁细胞内的水立即向细胞间隙渗透，叶枕下部细胞间的压力降低，从而出现叶柄下垂的现象。经过1~2min水又逐渐渗透进入薄壁细胞，于是叶片恢复原状。水和其他物质是如何进出细胞的？外界刺激是如何引起细胞响应的？
学生思考并猜想，讨论回答。
通过实际生活的案例引发思考，结合学生已有认知联系生物知识，再通过课本结合主题，激发兴趣。
新课讲授离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞跨膜运输的概念实验探究：观察植物细胞的质壁分离和复原现象自由扩散与协助扩散阅读活动:水通道蛋白和离子通道蛋白
新鲜的蔬菜放置一段时间后会萎蔫，喷洒清水后，又会变得硬挺，这与植物细胞的失水和吸水有关。
离子和小分子物质以被动运输或主动运输方式穿过质膜进出细胞，称为穿膜运输（transmembrane
transport），也称跨膜运输。举例拓展：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。物质跨膜运输的其他实例：物质（如碘）的跨膜运输并不都是和水一样顺相对含量梯度运输的。细胞对于物质的输出和输入有选择性。细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。活动：实验探究观察植物细胞的质壁分离和复原现象水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散称为渗透作用。成熟植物细胞的质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，原生质层相当于一层半透膜。当细胞液与外界溶液之间出现浓度差时，细胞就会吸水或失水。由于原生质层和细胞壁的伸缩性不同，从而发生质壁分离（plasmolysis）或质壁分离复原（deplasmolysis）。选择液泡中富含色素的植物细胞，依次浸入蔗糖溶液和清水中，通过观察液泡大小和颜色的变化，可以推测水进出细胞的情况。目的要求：用显微镜观察植物细胞质壁分离和质壁分离复原的过程，理解植物细胞发生渗透作用的原理，体会植物细胞吸水、失水和外界物质浓度之间的关系。材料器具：紫色洋葱或紫鸭跖草，质量浓度为0.3gmL的蔗糖溶液、清水，显微镜、镊子刀片、载玻片、盖玻片、滴管、吸水纸。活动程序1.制作和观察临时装片（1）在洁净的载玻片中央滴一滴清水。（2）在洋葱鳞片叶的外表皮上，用刀片划一小正方形，用镊子撕取外表皮放在水滴上展开，盖上盖玻片。（3）用显微镜观察细胞的液泡。2.观察质壁分离现象（1）从盖玻片的一侧滴加质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使洋葱表皮细胞浸入蔗糖溶液中。（2）用显微镜观察，注意洋葱表皮细胞液泡的变化。植物细胞——质壁分离：外界溶液浓度＞细胞液的浓度，细胞失水3.观察质壁分离复原现象（1）观察到洋葱表皮细胞发生质壁分离后，从盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使细胞浸入清水中。（2）用显微镜观察洋葱表皮细胞液泡的变化。安全警告：使用刀片时要小心，以免受伤植物细胞——质壁分离复原：外界溶液浓度＜细胞液的浓度，细胞吸水思考讨论：1.本实验为什么要设置3次观察？2.能否根据质壁分离和复原的实验现象来判断植物细胞的生理活性？3.不同植物的细胞吸水能力不同。根据质壁分离复原的实验原理，尝试设计实验比较当地水生植物和陆生植物细胞的细胞液浓度大小。发生质壁分离的原因：氧、二氧化碳等气体分子以及甘油、乙醇、苯、性激素等脂溶性小分子，也能像水分子一样自由地通过质膜。物质通过简单的扩散顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量，这种物质进出细胞的方式叫作自由扩散（free
diffusion）。有些离子和小分子不能自由地通过质膜，需要质膜上载体蛋白的协助，才能顺浓度梯度进出细胞，这种物质进出细胞的方式叫作协助扩散（facilitated
diffusion）。正常生理条件下，神经元或肌肉细胞内K浓度约为胞外的30倍，胞外Na浓度约为胞内的10倍，但细胞仍能积累K、排出Na。同样，某些海藻细胞的胞内碘浓度比周围海水中的碘浓度高得多，但仍在摄入碘。K、Na、碘等物质能逆浓度梯度进出细胞，不仅需要质膜上载体蛋白的协助，还需要细胞代谢提供能量，这种运输方式称为主动运输（active
transport）细胞通过主动运输的方式有选择地吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，保证了生命活动的正常进行。阅读活动:水通道蛋白和离子通道蛋白质膜上的转运蛋白除载体蛋白外还有通道蛋白。通道蛋白主要包括水通道蛋白和离子通道蛋白，通过形成亲水性通道使得某些分子或离子极易顺浓度梯度通过质膜，但不消耗能量。在肾小管、唾液腺和泪腺细胞的质膜上有大量水通道蛋白，保证了水分子能快速地穿膜运输。离子通道蛋白普遍存在于真核细胞质膜上，如神经元轴突质膜上的K
、Na通道蛋白。离子通道蛋白比任何一种载体蛋白的最快转运速率还要高1000倍以上。
学生观看课本与课件图文，联系生活实际现象，理解植物细胞的吸水和失水现象。学生观看细胞吸水、失水和达到动态平衡状态的原理，深入理解水分进出细胞膜这一现象。学生观看细胞质壁分离的案例，进一步理解“跨膜运输”的概念。学生阅读实验过程和材料，整体了解实验过程及步骤。了解实验的目的要求、材料器具和实施步骤等，然后分组进行探究实验。仔细阅读材料，并根据图片展示了解质壁分离前后洋葱表皮细胞液泡的变化：质壁分离前液泡饱满充盈，质壁分离后液泡萎缩，与细胞壁分离。学生观看图文演示，理解植物细胞质壁分离的原理。注意：实验过程中要用到刀片，学生应在注意安全的前提下实施。学生就思考题进行讨论与分析。学生已经理解了质壁分离的原理，尝试总结植物细胞发生质壁分离的原因。学生阅读课本材料，了解学习自由扩散和协助扩散的概念，结合老师展示的图文对比学习二者之间的却别。学生观看图文示例，直观地感受主动运输，理解记忆概念。学生阅读课本材料，通过阅读材料，拓宽知识眼界。
结合生活实例引导学生感知细胞的吸水和失水。图片动画展示细胞吸水、失水和达到动态平衡的原理，直观明了，帮助学生理解，且能顺势总结出“跨膜运输”的概念。通过举例，及时巩固新概念，加深学生对新概念的理解。通过对实验原理、实验过程、操作步骤等的学习了解，保证实验探究的成功率，且带着问题去探究，帮助学生自主思考，发现和解决问题。通过学生分组探究实验，加强学生间的协作与分工能力。类比细胞质壁分离前和质壁分离后液泡的变化，运用类比学习的方法，简化学习过程。老师用ppt展示植物细胞质壁分离的原理，外界溶液浓度＞细胞液的浓度，细胞失水，外界溶液浓度＜细胞液的浓度，细胞吸水，动画图文演示直观有趣，吸引学生兴趣，加深学生对知识的理解。通过将问题分解为层层递进、环环相扣的小问题，能引导学生顺利思考，理解相关问题。通过自主总结归纳，加深新知印象的同时，培养学生的归纳总结能力。通过对比学习，提高了学生理解学习的效果，还培养了学生的科学思维。通过图文示例展示理解主动运输的概念，并了解主动运输对细胞生活活动的正常进行的意义。通过拓展阅读，帮助学生学以致用，感受本节知识的意义。
小试牛刀：1.下列关于物质进出细胞的相关叙述，正确的是（
B ）A．性激素进入靶细胞的过程需要载体蛋白的协助B．神经细胞受到刺激时，Na+的内流属于被动运输C．氧气浓度为零时，K+不能通过主动运输的方式进入细胞D．吞噬细胞摄入病原体的过程属于主动运输2.下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是（B ）
A．人体红细胞能吸收葡萄糖与细胞膜上的载体蛋白有关
B．若黑藻细胞被放人某低浓度溶液中不发生质壁分离，则说明细胞已死亡
C．细胞通过被动运输吸收物质时，需要膜两侧具有浓度差
D．某些小分子物质也会通过消耗能量的方式运出细胞
3.将处于高浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱表皮细胞a放到清水中，依次成为b、c所示状态（如图）。下列叙述错误的是（ B ）
A．液泡中色素含量：a＞b＞c
B．细胞液浓度：a＞b＞c
C．细胞的吸水能力：a＞b＞c
D．原生质体体积：a＜b＜c?????
思考、回答问题
通过精选习题，检测并巩固学生课堂所学内容。
课堂小结
师（总结）：今天这节课我们了解了渗透作用。主要内容包括以下内容：
总结、归纳本课所学
师生共同总结回顾知识，强化重点知识，加深对知识的掌握
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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第四章
细胞的生存需要营养物质和能量
沪科版
必修1
第一节质膜参与物质交换和信息交流
（课时1）
糖渍西红柿
醋拌黄瓜
这两道菜的原理是什么？
导入
导入
当一阵风吹过，或者一滴雨飘落，含羞草的叶片就自动合拢，宛如一个少女害羞地用手遮住了脸庞。含羞草的叶柄基部有一个膨大部位叫叶枕，叶枕内的薄壁细胞对外界刺激很敏感。一旦叶片受到触动，薄壁细胞内的水立即向细胞间隙渗透，叶枕下部细胞间的压力降低，从而出现叶柄下垂的现象。经过1~2min水又逐渐渗透进入薄壁细胞，于是叶片恢复原状。水和其他物质是如何进出细胞的？外界刺激是如何引起细胞响应的？
讲授新课
离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞
新鲜的蔬菜放置一段时间后会萎蔫，喷洒清水后，又会变得硬挺，这与植物细胞的失水和吸水有关。
外界溶液浓度
低于
细胞质浓度
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度
等于
细胞质浓度
动态平衡
外界溶液浓度
高于
细胞质浓度
细胞失水皱缩
离子和小分子物质以被动运输或主动运输方式穿过质膜进出细胞，称为穿膜运输（transmembrane
transport），也称跨膜运输。
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
举例拓展：
物质（如碘）的跨膜运输并不都是和水一样顺相对含量梯度运输的。
物质跨膜运输的其他实例：
细胞对于物质的输出和输入有选择性。
细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
活动：实验探究
水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散称为渗透作用。成熟植物细胞的质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，原生质层相当于一层半透膜。当细胞液与外界溶液之间出现浓度差时，细胞就会吸水或失水。由于原生质层和细胞壁的伸缩性不同，从而发生质壁分离（plasmolysis）或质壁分离复原（deplasmolysis）。
选择液泡中富含色素的植物细胞，依次浸入蔗糖溶液和清水中，通过观察液泡大小和颜色的变化，可以推测水进出细胞的情况。
观察植物细胞的质壁分离和复原现象
目的要求：
用显微镜观察植物细胞质壁分离和质壁分离复原的过程，理解植物细胞发生渗透作用的原理，体会植物细胞吸水、失水和外界物质浓度之间的关系。
材料器具：
紫色洋葱或紫鸭跖草，质量浓度为0.3gmL的蔗糖溶液、清水，显微镜、镊子刀片、载玻片、盖玻片、滴管、吸水纸。
活动程序
1.制作和观察临时装片
（1）在洁净的载玻片中央滴一滴清水。
（2）在洋葱鳞片叶的外表皮上，用刀片划一小正方形，用镊子撕取外表皮放在水滴上展开，盖上盖玻片。
（3）用显微镜观察细胞的液泡。
质壁分离前
2.观察质壁分离现象
（1）从盖玻片的一侧滴加质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使洋葱表皮细胞浸入蔗糖溶液中。
（2）用显微镜观察，注意洋葱表皮细胞液泡的变化。
质壁分离后
外界溶液浓度
细胞液的浓度，细胞失水
失水
浓度比细胞液
高的蔗糖溶液
3.观察质壁分离复原现象
（1）观察到洋葱表皮细胞发生质壁分离后，从盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使细胞浸入清水中。
（2）用显微镜观察洋葱表皮细胞液泡的变化。
使用刀片时要小心，以免受伤
安全警示：
外界溶液浓度
细胞液的浓度，细胞吸水
吸水
浓度比细胞液
低的蔗糖溶液
1.本实验为什么要设置3次观察？
2.能否根据质壁分离和复原的实验现象来判断植物细胞的生理活性？
3.不同植物的细胞吸水能力不同。根据质壁分离复原的实验原理，尝试设计实验比较当地水生植物和陆生植物细胞的细胞液浓度大小。
分析讨论：
细胞渗透失水
植物细胞质壁分离
细胞壁的伸缩性
原生质层的伸缩性
＜
外因：
外界溶液浓度
细胞液浓度
＞
内因：
原生质层相当于一层半透膜
氧、二氧化碳等气体分子以及甘油、乙醇、苯、性激素等脂溶性小分子，也能像水分子一样自由地通过质膜。物质通过简单的扩散顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量，这种物质进出细胞的方式叫作自由扩散（free
diffusion）。
质膜
自由扩散
有些离子和小分子不能自由地通过质膜，需要质膜上载体蛋白的协助，才能顺浓度梯度进出细胞，这种物质进出细胞的方式叫作协助扩散（facilitated
diffusion）。
顺浓度梯度
协助扩散
正常生理条件下，神经元或肌肉细胞内K浓度约为胞外的30倍，胞外Na浓度约为胞内的10倍，但细胞仍能积累K、排出Na。同样，某些海藻细胞的胞内碘浓度比周围海水中的碘浓度高得多，但仍在摄入碘。K、Na、碘等物质能逆浓度梯度进出细胞，不仅需要质膜上载体蛋白的协助，还需要细胞代谢提供能量，这种运输方式称为主动运输（active
transport）
顺浓度梯度
质膜
第1步
第2步
载体蛋白
+
能量
细胞通过主动运输的方式有选择地吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，保证了生命活动的正常进行。
质膜上的转运蛋白除载体蛋白外还有通道蛋白。通道蛋白主要包括水通道蛋白和离子通道蛋白，通过形成亲水性通道使得某些分子或离子极易顺浓度梯度通过质膜，但不消耗能量。在肾小管、唾液腺和泪腺细胞的质膜上有大量水通道蛋白，保证了水分子能快速地穿膜运输。离子通道蛋白普遍存在于真核细胞质膜上，如神经元轴突质膜上的K
、Na通道蛋白。离子通道蛋白比任何一种载体蛋白的最快转运速率还要高1000倍以上。
阅读活动:水通道蛋白和离子通道蛋白
1、渗透作用：细胞是一个渗透系统。
2、细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜
3、动物细胞的吸水和失水：取决于细胞质的浓度和外界溶液的浓度。
4、植物细胞的吸水和失水。
小结
1.下列关于物质进出细胞的相关叙述，正确的是（ ）
A．性激素进入靶细胞的过程需要载体蛋白的协助
B．神经细胞受到刺激时，Na+的内流属于被动运输
C．氧气浓度为零时，K+不能通过主动运输的方式进入细胞
D．吞噬细胞摄入病原体的过程属于主动运输
B
课堂练习
2.下列关于物质跨膜运输的叙述，错误的是（ ）
A．人体红细胞能吸收葡萄糖与细胞膜上的载体蛋白有关
B．若黑藻细胞被放人某低浓度溶液中不发生质壁分离，则说明细胞已死亡
C．细胞通过被动运输吸收物质时，需要膜两侧具有浓度差
D．某些小分子物质也会通过消耗能量的方式运出细胞
B
课堂练习
3.将处于高浓度蔗糖溶液中的紫色洋葱表皮细胞a放到清水中，依次成为b、c所示状态（如图）。下列叙述错误的是（ ）
A．液泡中色素含量：a＞b＞c
B．细胞液浓度：a＞b＞c
C．细胞的吸水能力：a＞b＞c
D．原生质体体积：a＜b＜c?????
A
课堂练习
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