2009年江蘇省評優(yōu)材料（南通 朱宏輝）第4章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出第1節(jié) 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶嵗?、教材處理“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶嵗敝饕€部分的內(nèi)容:“水分的跨膜運(yùn)輸、植物細(xì)胞吸水與失水的探究性實驗物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑嵗痹谶@些內(nèi)容的教學(xué)中，將“水分的跨膜運(yùn)輸”與探究性實驗設(shè)計合并為一課時，而第二課時依據(jù)前一課時的實驗設(shè)計，安排在實驗室進(jìn)行具體的探究性活動。將“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑嵗迸c第一節(jié)“生物膜的流動鑲嵌模型”合并為另一課時。之所以這樣安排，主要原因是:教材的內(nèi)容和體系并非是固化的信息資源，教師在遵循課程標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可以重新解讀、調(diào)整其內(nèi)容、順序和結(jié)構(gòu)，這也是新課程改革所提倡的。每個課時的教學(xué)時間有限，45分鐘左右的時間很難完成從設(shè)計到實驗的探究過程。關(guān)于植物細(xì)胞的吸水與失水的探究性實驗，是高一學(xué)生接觸真正意義上的“探究”的開始，學(xué)生對什么是探究，如何探究等內(nèi)容還很陌生。所以，在開展實驗室具體探究活動之前，應(yīng)該讓學(xué)生了解和認(rèn)識探究，并且要注意培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、投計實驗的初步能力?！拔镔|(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑嵗边@部分內(nèi)容，需要培養(yǎng)學(xué)生讀圖、讀表、分析數(shù)據(jù)等方而的能力從能力培養(yǎng)的類型上看，它與實驗設(shè)計有所區(qū)別。而且從教學(xué)時間上看，若將其與“水分的跨膜運(yùn)輸”這部分內(nèi)容一并講解，一個課時很難完成。若用一個課時單獨(dú)講述這部分內(nèi)容，時間又較為充裕，而第二節(jié)“生物膜的流動鑲嵌模型”側(cè)重資料的分析探究，時間相對寬松所以，在考慮總課時數(shù)不變的情況下，將此部分內(nèi)容與第二節(jié)內(nèi)容合并為一個課時。二、教學(xué)目標(biāo)1、知識目標(biāo)舉例說出半透膜的特點;分析滲透現(xiàn)象發(fā)生的原理;辨別原生質(zhì)層的組成;解釋細(xì)胞發(fā)生吸水和失水的條件。2、能力目標(biāo)簡述探究性實驗的步驟;指出實驗組與對照組，辨別自變量與因變量等實驗設(shè)計的基木要素;說出相關(guān)的探究性問題，闡明假說與預(yù)期，并設(shè)計實驗。3、情感態(tài)度與價值觀通過討論，培養(yǎng)學(xué)生間的合作與交流意識;通過對滲透現(xiàn)象原理的分析和相關(guān)的探究活動，認(rèn)同活細(xì)胞與周圍環(huán)境可以組成一個滲透系統(tǒng)，并初步養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度三、教學(xué)重點、難點1、教學(xué)重點：探究水分進(jìn)出細(xì)胞是順相對濃度梯度的。2、教學(xué)難點：細(xì)胞吸水和失水的原理；探究“植物細(xì)胞的吸水和失水”，嘗試提出問題。四、教學(xué)設(shè)計思路五、教學(xué)主要手段：電腦多媒體和傳統(tǒng)媒體。六、教學(xué)方法：探究式教學(xué)七、教學(xué)時間：1課時八、教學(xué)過程【創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入新課】教師：同學(xué)們今天這節(jié)課將由我和大家一起來共同學(xué)習(xí)第4章第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶嵗Ｄ峭瑢W(xué)們是否還記得，我們曾經(jīng)在初中做過的一個探究活動，將蘿卜條放置于不同濃度的外界溶液中，會發(fā)生怎樣的變化呢？我們有的同學(xué)可能已經(jīng)淡忘了，那我來幫助大家回憶一下。播放蘿卜條吸水和失水的演示實驗。教師：大家觀察到了什么現(xiàn)象呢？大家一起說說看！學(xué)生：在清水中的蘿卜條變得又長又硬；而放在濃鹽水中的蘿卜條變得又短又軟。教師：這說明了什么問題呢？聲音響一點，請你來分析一下。學(xué)生：說明了放在清水中的蘿卜條吸收了水分；而放在濃鹽水中的蘿卜條失去了一部分水分。教師：可見植物細(xì)胞在不同濃度的外界溶液中是可以進(jìn)行吸水和失水的。教師：今天，我還給同學(xué)們帶來了一組通過“滲透作用”來進(jìn)行吸水和失水的演示裝置。下面就讓我們一起來了解一下這組裝置：在裝置甲中，倒置漏斗內(nèi)裝的是0.8g/ml蔗糖溶液，燒杯中裝的是清水；漏斗口上扎的是做香腸的腸衣，腸衣是一種半透膜，它的特點是有些物質(zhì)（如：水分子）可以透過，而有些物質(zhì)（如：蔗糖分子）不能透過的。（除腸衣以外，動物的膀胱膜、玻璃紙、雞蛋的卵殼膜都可以作為半透膜使用。）在裝置乙中，用與裝置甲同樣的器材另做一套裝置，只是燒杯中裝的是與倒置漏斗內(nèi)同樣濃度的蔗糖溶液。在裝置丙中，用與裝置甲同樣的器材再做一套裝置，只是用紗布替代了漏斗口上的半透膜。實驗之初，漏斗管內(nèi)液面我已經(jīng)用一個黑色的標(biāo)記標(biāo)示了出來，漏斗管內(nèi)液面與燒杯中的液面是等高的。由于課堂時間的限制，我在課前提前做了這組實驗，現(xiàn)在請同學(xué)們仔細(xì)觀察各組裝置漏斗管內(nèi)液面發(fā)生了怎樣的變化，并思考說明了什么問題？同學(xué)們可能看不清楚，我提前將這組實驗拍攝了下來，因此同學(xué)們也可以看這邊的大屏幕。（另外我請兩位同學(xué)上前來觀察一下）教師：同學(xué)們看到了什么現(xiàn)象呢？（我們請到前面來看的這位同學(xué)來說說看：你看到了什么現(xiàn)象？）學(xué)生：看到裝置甲漏斗管內(nèi)的液面升高了。裝置乙、裝置丙漏斗管內(nèi)的液面沒有變化。教師：裝置甲漏斗管內(nèi)液面的升高說明了什么問題？漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高？學(xué)生：燒杯內(nèi)的水通過半透膜滲透進(jìn)入了漏斗管內(nèi)。教師：通過裝置甲與裝置丙實驗現(xiàn)象的比較，大家能得出什么結(jié)論？學(xué)生：說明，滲透作用的發(fā)生必須要有半透膜。教師：通過裝置甲與裝置乙實驗現(xiàn)象的比較，大家又能得出什么結(jié)論呢？學(xué)生：說明，滲透作用的發(fā)生還需要在半透膜兩側(cè)有濃度差。教師：根據(jù)同學(xué)們的分析，我們來總結(jié)一下，可見滲透作用的發(fā)生必須具備兩個條件：a具有半透膜；b半透膜兩側(cè)存在濃度差。那根據(jù)這兩個條件同學(xué)們是否能夠試著給滲透作用下一個定義呢？學(xué)生：略。教師：很好。這樣我們就將水分子（或其他溶劑分子）透過半透膜，從低濃度溶液向高濃度溶液的擴(kuò)散過程，稱之為滲透作用。教師：那植物細(xì)胞是否就是通過滲透作用進(jìn)行吸水與失水的呢？或者說植物細(xì)胞是否具備發(fā)生滲透作用的條件呢？（課件中展示成熟的植物細(xì)胞模式圖）那就讓我們首先一起來回顧一下成熟的植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)！由圖可見成熟的植物細(xì)胞最外是一層細(xì)胞壁，緊貼細(xì)胞壁的是細(xì)胞膜，再往里是細(xì)胞質(zhì)。這是植物細(xì)胞的細(xì)胞核，這是中央液泡。液泡的外面有液泡膜。那液泡里面的物質(zhì)要出來到外界溶液的話，必須要穿越哪些結(jié)構(gòu)呢？學(xué)生：液泡膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜、細(xì)胞壁。教師：很好，顯然要穿過這四部分結(jié)構(gòu)，那如果我們把細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)看成為一個整體，稱為原生質(zhì)層。這樣物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的話就成了穿越原生質(zhì)層和細(xì)胞壁。提問：好，根據(jù)成熟的植物細(xì)胞這一結(jié)構(gòu)特點，以及我們剛才談到的滲透作用發(fā)生的條件，你能進(jìn)一步提出你想探究的與“植物細(xì)胞的吸水和失水”相關(guān)的問題，并作出嘗試性的回答嗎？（現(xiàn)在我們進(jìn)行一次小組合作，前后四人為一小組，請各小組成員提出與“植物細(xì)胞的吸水和失水”有關(guān)的問題，并確定可探究、有價值的一個問題記錄在活動單上。）好的，小組討論。教師：好的，請大家靜下來，我們請這一小組首先來說說你們小組想探究的問題是？學(xué)生：1、植物細(xì)胞在什么情況下吸水？在什么情況下失水？教師：是否能根據(jù)自己已有的知識或經(jīng)驗來解答呢？學(xué)生：外界溶液濃度高于細(xì)胞的濃度時失水，外界溶液濃度低于細(xì)胞濃度時細(xì)胞吸水。教師：好的，等會兒就請你們小組自己來設(shè)計實驗并進(jìn)行驗證。我們這小組提出了什么問題呢？學(xué)生：2、植物細(xì)胞在最外層的細(xì)胞壁對植物細(xì)胞的吸水和失水有影響嗎？教師：你們認(rèn)為呢？理由是什么呢？學(xué)生：我們知道細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，但由于細(xì)胞壁的孔徑大，小分子和大分子物質(zhì)都能自由進(jìn)出，可以說細(xì)胞壁是全透性的。并且我們知道細(xì)胞壁對植物細(xì)胞具有支持和保護(hù)作用，故植物細(xì)胞即使能吸水也不會脹破。教師：很好，你們小組待會也可以通過自己設(shè)計實驗來驗證，你們小組提出的問題是什么呢？學(xué)生：3、那原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜嗎？教師：你們是怎么認(rèn)為的，說說你們的理由。學(xué)生：從原生質(zhì)層最外的細(xì)胞膜和最內(nèi)的液泡膜的特點看，都屬于生物膜，具有讓某些物質(zhì)通過某些物質(zhì)不能通過的特點，這與半透膜的特點是相似的，因此可以把原生質(zhì)層簡單地看作是一層半透膜。4、成熟的植物細(xì)胞是不是一個滲透系統(tǒng)？（從原生質(zhì)層最外的細(xì)胞膜和最內(nèi)的液泡膜的特點看，都屬于生物膜，具有讓某些物質(zhì)通過某些物質(zhì)不能通過的特點，這與半透膜的特點是相似的，因此可以把原生質(zhì)層簡單地看作是一層半透膜。此外，我們還可看到成熟植物細(xì)胞的中央液泡占據(jù)了細(xì)胞的大部分空間。而中央液泡的細(xì)胞液中含有多種無機(jī)物和有機(jī)物，所以，細(xì)胞液具有一定濃度，可以與外界溶液形成濃度差。這樣一個成熟的植物細(xì)胞就構(gòu)成了一個滲透系統(tǒng)。）5、細(xì)胞壁相當(dāng)于滲透系統(tǒng)中的半透膜嗎？（細(xì)胞壁的孔徑大，小分子和大分子物質(zhì)都能自由進(jìn)出，可以說細(xì)胞壁是全透性的。這與半透膜的特點不吻合。）你們小組可以繼續(xù)考慮提出一個可探究、有價值的問題，來進(jìn)行探究。當(dāng)然如果你們堅持自己原先的觀點，也可通過接下來的探究活動進(jìn)行驗證。教師：還有沒有那組提出了不同的問題的？我們待會再與大家交流！看來同學(xué)們是經(jīng)過了一番思考的，當(dāng)我們提出了一個有價值的問題以后，我們究竟該如何去研究它呢？進(jìn)行科學(xué)研究的方式是多種多樣的。一般來說，科學(xué)探究的一般方法和基本步驟是：觀察現(xiàn)象，提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進(jìn)行實驗分析結(jié)果，得出結(jié)論表達(dá)和交流。教師：其實同學(xué)們剛才結(jié)合自己已有的知識或經(jīng)驗對提出的問題所進(jìn)行的嘗試性的回答，就已經(jīng)完成了科學(xué)探究的第二步作出假設(shè)，作出的假設(shè)是否成立，這就有待于同學(xué)們自己去設(shè)計實驗進(jìn)一步驗證。今天我提供給大家的實驗材料就是紫色洋蔥鱗片葉，還記得在初中，我們用它制作臨時裝片的操作步驟嗎？我們來回憶一下！首先取一片潔凈的載玻片在中央滴一滴清水，然后撕取洋蔥鱗片葉的外表皮，放在水滴中，用鑷子輕輕地把它展平，最后蓋上蓋玻片，這樣臨時裝片就制作好了。下面請各小組在此基礎(chǔ)上利用實驗桌上提供的試劑及用具，針對各小組作出的假設(shè)，來設(shè)計實驗，并進(jìn)行實驗操作。（同時請同學(xué)們依次完成活動單上探究活動的各個步驟，活動結(jié)束時請各小組派代表來匯報交流?；顒又腥绻龅嚼Щ笳埣皶r記錄下來，交流討論。）好的，請各小組抓緊時間討論、設(shè)計相關(guān)的實驗步驟，并進(jìn)行實驗操作?！緦W(xué)生開展探究活動】好的，看來大家基本上都已經(jīng)完成了相應(yīng)的探究活動，下面我們就請各小組派代表來匯報本小組探究活動的各個步驟，同時請同學(xué)們一起來進(jìn)行評價、交流。哪組愿意先來與大家分享交流的，請舉手！小組一：略。教師：我們重點來交流一下，這組同學(xué)設(shè)計的實驗方法步驟是否合理、有序、可操作？你是怎么認(rèn)為的，請簡單說出你的看法，并提出你的質(zhì)疑？尤其是與這組提出的問題相同的小組，你們是否還有其它的方案呢？方案1：取三塊紫色洋蔥表皮，一塊不放在任何溶液中，一塊放在清水中，一塊放在蔗糖溶液中，一段時間后取出，用顯微鏡觀察比較液泡的大小。學(xué)生評價1：選材恰當(dāng)，有實驗組和對照組。學(xué)生評價2：沒有明確用什么方法將細(xì)胞放入溶液。學(xué)生評價3：如果植物細(xì)胞在清水中液泡大小變化不明顯怎么辦?學(xué)生評價4：我們無法看到細(xì)胞吸水失水的動態(tài)過程。我們這一小組根據(jù)大家的建議可以繼續(xù)完善方案。方案2：取下洋蔥表皮細(xì)胞，只做一個裝片在蓋玻片的一側(cè)滴加蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙去吸，重復(fù)幾次，這樣細(xì)胞就浸潤在蔗糖溶液中了然后用顯微鏡直接觀察液泡的大小、顏色以及原生質(zhì)層與細(xì)胞壁的位置關(guān)系。學(xué)生評價1：制片少，節(jié)約材料，而且可以在顯微鏡下直接滴蔗糖溶液，也可以一直觀察液泡的狀態(tài)。學(xué)生評價2：觀察的目標(biāo)明確，但這個實驗只能證明植物細(xì)胞在什么條件下失水，沒有證明吸水的條件?？梢赃M(jìn)一步完善。方案3：取下洋蔥表皮細(xì)胞，只做一個裝片在蓋玻片的一側(cè)滴加蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙去吸，重復(fù)幾次，然后用顯微鏡直接觀察液泡的大小和顏色以及原生質(zhì)層與細(xì)胞壁的位置關(guān)系；當(dāng)細(xì)胞發(fā)生失水現(xiàn)象后，再在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，另一側(cè)用吸水紙重復(fù)吸幾次，然后再用顯微鏡直接觀察是否細(xì)胞會恢復(fù)原狀，是否有吸水現(xiàn)象發(fā)生。學(xué)生評價：方案合理，有序，可看到細(xì)胞吸水失水的動態(tài)過程教師：并且通過他們的匯報我們發(fā)現(xiàn)他們作出的預(yù)期與實驗現(xiàn)象是吻合的，是能夠支持這組同學(xué)所作出的假設(shè)的。據(jù)此，他們得出的結(jié)論是：?？磥磉@組同學(xué)設(shè)計的方案還是可行的，得到了大家的認(rèn)可。教師：那在探究活動的實施過程中你們有困惑嗎？學(xué)生：略。教師：有沒有那組探究的問題是不一樣的呢？好的請你來匯報一下你們小組的探究活動。小組二：略。教師：大家來評價一下！你覺得這組同學(xué)設(shè)計的方法步驟是否可行。請談?wù)勀愕目捶?！教師：那我們這組同學(xué)在探究活動的實施過程中又遇到了哪些困惑呢？學(xué)生：略。教師：看來這組同學(xué)，根據(jù)大家的建議，可以進(jìn)一步完善你們的探究活動。還有沒有那組探究的問題與前兩組是不一樣的？小組三：略。教師：我們繼續(xù)來交流一下，這組同學(xué)設(shè)計的實驗方法步驟是否可行？請簡單說說你的看法，學(xué)生：略。教師：那你們在探究活動的實施過程中是否也遇到了困惑呢？學(xué)生：略。教師：當(dāng)然，我在課前也進(jìn)行了相關(guān)的探究活動，這就是我用顯微鏡所觀察到的實驗現(xiàn)象，大家是否也觀察到了呢？學(xué)生：略。教師：有的觀察到了，有的還沒有。那我們首先請觀察到這一現(xiàn)象的同學(xué)，分別從中央液泡的大小、原生質(zhì)層的位置、細(xì)胞的大小這三個方面描述一下看到的現(xiàn)象。學(xué)生：當(dāng)?shù)渭恿?.3g/ml的蔗糖溶液后，發(fā)現(xiàn)紫色區(qū)域的中央液泡逐漸變小了，紫色變深了，此時原生質(zhì)層與細(xì)胞壁逐漸分離了開來，即發(fā)生了質(zhì)壁分離。當(dāng)又滴加清水之后，紫色區(qū)域的中央液泡又逐漸變大了，紫色又變淺了，整個原生質(zhì)層又慢慢恢復(fù)成原來的狀態(tài)，即發(fā)生了質(zhì)壁分離的復(fù)原。而細(xì)胞的大小在整個過程中卻基本不變。教師：那沒有觀察到這一現(xiàn)象的同學(xué)來說說你們看到了什么現(xiàn)象呢？能否分析一下是什么原因造成的呢？學(xué)生：1、看到許多重疊圖像或一片紅：在撕取洋蔥鱗片葉的外表皮后，沒有把它在清水中展平，或者撕得太厚。影響了觀察。2、只看到了細(xì)胞壁，沒有觀察到顏色：撕取的是洋蔥淺色部位的表皮，或撕取洋蔥表皮時，把表皮中的液泡破損了（判斷液泡是否破損的依據(jù)是：完整的、液泡未破的洋蔥鱗片葉表皮是紫色的，而破損的則是無色半透明的），因此無法觀察到原生質(zhì)層的變化。3、看不到質(zhì)壁分離：在開始做裝片時滴加的清水太多，而后滴加蔗糖溶液時沒有重復(fù)操作，濃度被稀釋了，達(dá)不到質(zhì)壁分離所需的外界溶液濃度條件，達(dá)不到預(yù)期的效果。4、看不到質(zhì)壁分離復(fù)原：在滴加蔗糖溶液后時間過長，細(xì)胞失水死亡。在滴加清水時未重復(fù)操作，細(xì)胞未浸潤在清水中，看不到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。5、看到邊緣細(xì)胞質(zhì)壁分離了，而中間細(xì)胞未發(fā)生質(zhì)壁分離：可能在中央的洋蔥表皮細(xì)胞還沒有接觸到蔗糖溶液，所以未發(fā)生質(zhì)壁分離，而邊緣的細(xì)胞容易接觸到蔗糖溶液，所以先發(fā)生了質(zhì)壁分離。教師：可見，當(dāng)實驗結(jié)果與預(yù)期不符時，我們要多思考，不要急于認(rèn)定假設(shè)不成立，要考慮會不會是因為實驗操作的不正確導(dǎo)致不能達(dá)到預(yù)期結(jié)果的？會不會有什么干擾因素等等。所以無論實驗成功也好，失敗也好，我們都要認(rèn)真分析。教師：通過我們大部分同學(xué)剛才觀察到的這一實驗現(xiàn)象，我們可以得出怎樣的結(jié)論呢？（提示：通過大家的探究我們發(fā)現(xiàn)成熟的植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，而細(xì)胞液與外界溶液可以形成濃度差，可見成熟的植物細(xì)胞是可以通過滲透作用來進(jìn)行吸水和失水的。）學(xué)生：略。教師：可見，一個成熟的植物細(xì)胞就是一個滲透系統(tǒng)，原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜；當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時細(xì)胞失水，當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時細(xì)胞吸水，當(dāng)外界溶液濃度等于細(xì)胞液濃度時進(jìn)出水分處于動態(tài)平衡?！窘Y(jié)課】這節(jié)課我們通過滲透作用的實驗現(xiàn)象，了解了滲透作用的原理以及滲透作用的發(fā)生必需具備的兩個條件；通過探究活動我們知道了成熟的植物細(xì)胞就是一個滲透系統(tǒng)，是通過滲透作用來進(jìn)行吸水和失水的。在此基礎(chǔ)上我們還親自實踐了科學(xué)探究的一般方法和基本步驟。這就是今天這節(jié)課我們所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。那動物細(xì)胞吸水和失水的情況是怎樣的呢？其他物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸又是怎樣的呢？我們在下一節(jié)課繼續(xù)探討這部分內(nèi)容。下面來看幾道鞏固練習(xí)題。學(xué)習(xí)完這節(jié)內(nèi)容，給大家布置1道課后作業(yè)。（同學(xué)們在完成方案設(shè)計時，同樣要考慮探究活動的一些細(xì)節(jié)問題，盡量使我們的方案合理、可行。）教師：那動物細(xì)胞吸水和失水