4.1被動運輸教案課題4.1被動運輸單元必修1學(xué)科生物年級高中教學(xué)目標(biāo)生命觀念：說出細(xì)胞在什么情況下吸水和失水，形成細(xì)胞膜和其他生物膜是一種選擇透過性膜，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。科學(xué)思維：對滲透作用現(xiàn)象進行分析與綜合，理解滲透作用的原理，舉例說明細(xì)胞膜是選擇透過性膜，理解并運用被動運輸?shù)姆绞?。社會?zé)任：鹽堿地等環(huán)境需要我們培育適應(yīng)不同環(huán)境的作物，依據(jù)滲透作用原理進行反滲透型海水淡化，學(xué)生形成學(xué)好知識用于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐、改善生活的社會責(zé)任感。重點1.舉例說明細(xì)胞膜是選擇透過性膜。2.被動運輸?shù)姆绞?。難點說出細(xì)胞在什么情況下吸水和失水。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖導(dǎo)入新課在第3章學(xué)習(xí)了細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)。細(xì)胞作為基本的生命系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的一般特征：有邊界、有系統(tǒng)內(nèi)各組分的分工合作，有控制中心起調(diào)控作用。同時，細(xì)胞還是一個開放的生命系統(tǒng)，需要時刻與外界進行物質(zhì)交流、能量轉(zhuǎn)換。細(xì)胞生活在一個液體的環(huán)境中，細(xì)胞與環(huán)境的物質(zhì)交換必須經(jīng)過細(xì)胞膜。細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，不僅把細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開，還具有控制物質(zhì)進出的功能，即它是一種選擇透過性膜。細(xì)胞各部分的結(jié)構(gòu)與其功能是相適應(yīng)的，那么，為什么細(xì)胞膜具有選擇透過性呢？細(xì)胞膜是怎樣控制物質(zhì)輸入和輸出的呢？不同物質(zhì)的跨膜運輸有什么不同的特點呢？水是活細(xì)胞中含量最多的物質(zhì)，讓我們先來分析一下水是怎樣進出細(xì)胞的。回顧舊知，認(rèn)真思考相關(guān)問題。思考教師提出的問題，開始學(xué)習(xí)。根據(jù)所學(xué)知識，認(rèn)真思考相關(guān)問題，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本節(jié)與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，所以先回顧細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能。講授新課滲透作用教師：組織閱讀“問題探討”關(guān)于滲透現(xiàn)象的演示圖；演示滲透作用的動態(tài)過程。問題探討：在一個長頸漏斗是漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等。過一段時間后，會出現(xiàn)如右圖所示現(xiàn)象。玻璃紙（又叫賽璐玢）是一種半透膜，水分子可以自由透過它，而蔗糖分子則不能。教師：動畫演示滲透作用的發(fā)生過程，引導(dǎo)小組討論思考與討論。補充知識：半透膜：讓小分子通過而大分子不能通過的一類多孔性薄膜的總稱討論：1.漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高？提示：半透膜內(nèi)外溶液密度不同時會發(fā)生滲透現(xiàn)象，水從低濃度溶液流向高濃度溶液，單位時間內(nèi)透過玻璃紙進入漏斗的水分子比滲出的多，即單位時間從清水流入蔗糖溶液中的水分子數(shù)比單位時間從蔗糖溶液流入清水中的水分子數(shù)，所以液面上升。歸納總結(jié)滲透作用的概念。滲透作用：水分子（或其它溶劑分子）通過半透膜的擴散。追問：如果漏斗管足夠長，管內(nèi)的液面會無限升高嗎？為什么？提示：不會，當(dāng)管內(nèi)的液面上升到一定高度之后，管中的水柱產(chǎn)生的重力將加快漏斗中水分向外擴散的速度，當(dāng)漏斗內(nèi)滲透壓=液柱的壓力，最終達到平衡，液面將不再上升。了解溶液滲透壓：指溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力。2.如果用一層紗布代替玻璃紙，還會出現(xiàn)原來的現(xiàn)象嗎？漏斗管內(nèi)的液面還會升高嗎？教師：再次展示滲透裝置的組成，包括動畫演示蔗糖分子較大不能通過玻璃紙，而水分子較小，通過玻璃紙，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識半透膜。引導(dǎo)：半透膜與選擇透過性膜的區(qū)別。答案提示：不會。紗布不是半透膜，蔗糖分子和水分子都可以透過紗布，無法產(chǎn)生滲透現(xiàn)象。3.如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，結(jié)果會怎樣？提示：沒有濃度差，水分子進出平衡，液面也不會升高。思考：B和C的液面會升高嗎？發(fā)生滲透作用的條件是什么？提示：不會。教師：引導(dǎo)總結(jié)發(fā)生滲透作用的條件。滲透作用：水或其他溶劑分子通過半透膜由低濃度溶液向高濃度溶液的擴散。條件：①要有半透膜；②半透膜兩側(cè)的溶液存在濃度差仔細(xì)觀察滲透現(xiàn)象，認(rèn)真理解，觀察滲透作用的發(fā)生過程，小組討論分析、思考回答相關(guān)問題。結(jié)合問題自主構(gòu)建滲透作用的概念及條件。歸納總結(jié)滲透作用的概念。思考并回答問題。初步了解滲透裝置的組成，區(qū)別半透膜與選擇透過性膜。思考并回答問題。小組歸納得出滲透作用的概念和發(fā)生滲透作用的條件。通過觀察滲透現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真理解，積極討論，回答問題。掌握滲透作用的現(xiàn)象，條件，實質(zhì)。利用動畫演示，增強直觀感，學(xué)生根據(jù)觀察的現(xiàn)象提出問題并從分子運動的角度分析實驗現(xiàn)象。此環(huán)節(jié)以問題串為主線，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，合作，最終完成對知識的主動建構(gòu)。利用動畫演示，增強直觀感，培育學(xué)生觀察和分析的能力和意識。學(xué)生合作討論，并在教師的引導(dǎo)下，自主歸納滲透作用的概念和條件。新課講授一、水進出細(xì)胞的原理1.擴散教師：認(rèn)真觀察擴散現(xiàn)象并總結(jié)擴散概念。一種物質(zhì)從相對高濃度區(qū)域移動到低濃度區(qū)域的過程，稱為擴散。過渡：我們已經(jīng)深入理解了體外水分子的滲透作用，那么水分子能不能滲透進出動物細(xì)胞呢？細(xì)胞膜是否相當(dāng)于一層半透膜呢？2.水進出動物細(xì)胞的原理教師：下面我們以哺乳動物紅細(xì)胞吸水和失水為例，一起討論。將哺乳動物的紅細(xì)胞放入不同濃度的氯化鈉溶液中，一段時間后，紅細(xì)胞將會發(fā)生以下的變化。展示教材圖4-1水進出哺乳動物紅細(xì)胞的示意圖認(rèn)真觀察：水進出哺乳動物紅細(xì)胞的原理，利用紅細(xì)胞吸水和失水的現(xiàn)象理解動物細(xì)胞吸水和失水思考討論：小組討論，進行問題探究1.紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白等有機物能夠透過細(xì)胞膜嗎？這些有機物相當(dāng)于“問題探討”裝置中的什么物質(zhì)？2.紅細(xì)胞的細(xì)胞膜是不是相當(dāng)于“問題探討”中所說的半透膜？3.當(dāng)外界溶液的濃度低時，紅細(xì)胞一定會由于吸水而漲破嗎？提示：不一定，紅細(xì)胞吸水后，細(xì)胞質(zhì)濃度也降低，當(dāng)與外界溶液濃度相等時就不吸水了，如果細(xì)胞質(zhì)濃度還沒降到與外界溶液濃度相等就漲破了，那么紅細(xì)胞就因吸水而漲破。4.紅細(xì)胞吸水或失水的多少取決于什么條件？提示：濃度差，正相關(guān)。5.臨床上輸液為什么要用生理鹽水？提示：防止血細(xì)胞失水或吸水，細(xì)胞形態(tài)改變影響細(xì)胞的功能。提出問題：基于紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點及圖示結(jié)果，你認(rèn)為水進出紅細(xì)胞的方式是什么？請說明原因。教師：展示圖片將紅細(xì)胞在外界溶液中與滲透裝置進行類比，進行總結(jié)。紅細(xì)胞與外界溶液組成了一個滲透系統(tǒng)。紅細(xì)胞的細(xì)胞膜相當(dāng)于一層半透膜，水分通過滲透作用進出紅細(xì)胞。請學(xué)生思考并回答問題：基于紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點及圖示結(jié)果，你認(rèn)為水進出紅細(xì)胞的方式是什么？請說明原因。提示：1.細(xì)胞膜是選擇透過性膜，相當(dāng)于半透膜；2.紅細(xì)胞中富含大分子的血紅蛋白等有機物，不能透過細(xì)胞膜，當(dāng)將其置于低濃度溶液中時，膜兩側(cè)存在濃度差。總結(jié)：水進出其他動物細(xì)胞的原理與進出紅細(xì)胞的原理是一樣的，都是通過滲透作用。3.水進出植物細(xì)胞的原理那么，動物細(xì)胞可以進行滲透作用，植物細(xì)胞是否也可以呢？教師：展示成熟的植物細(xì)胞模式圖，從植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)入手，從外到內(nèi)觀察，細(xì)胞壁是位于細(xì)胞最外層的結(jié)構(gòu)，思考細(xì)胞壁能否控制水分進出細(xì)胞以及是否影響細(xì)胞吸水和失水。依舊從結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析成熟植物細(xì)胞失水主要失去的是哪個結(jié)構(gòu)中的水分。進一步分析植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，對滲透裝置中的半透膜進行類比，并給出背景知識：細(xì)胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有選擇透過性，且在液泡的擠壓下，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)被擠成薄薄的一層。觀察思考并思考討論：1.細(xì)胞能不能發(fā)生滲透吸水和失水？是否具備滲透作用的兩個條件？2.原生質(zhì)層是不是相當(dāng)于一層半透膜呢？3.植物細(xì)胞的細(xì)胞壁對細(xì)胞的吸水和失水有無影響呢？結(jié)合生活中的實例，鼓勵學(xué)生嘗試提出有探究價值的問題，并作出假設(shè)。探究實踐：探究植物細(xì)胞的吸水和失水教師：展示科學(xué)探究實驗的8個基本環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)生提出的合理假設(shè)“原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜”，分小組設(shè)計實驗——觀察植物細(xì)胞吸水和失水，主要包括設(shè)計思路、實驗材料及預(yù)期結(jié)果。然后組織全班進行交流。將有些萎蔫的菜葉浸泡在清水中，不久，菜葉就會變得硬挺。將白菜剁碎做餡時，常常要放一些鹽，稍過一會兒就可見到有水分滲出。對農(nóng)作物施肥過多，會造成“燒苗”現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都說明，植物細(xì)胞也像動物細(xì)胞一樣，會發(fā)生吸水或失水現(xiàn)象，吸水或失水同樣與外界溶液的濃度有關(guān)?！咎岢黾僭O(shè)】原生質(zhì)層是否相當(dāng)于一層半透膜？水分進出植物細(xì)胞是通過滲透作用嗎？【作出假設(shè)】原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，水分進出植物細(xì)胞是通過滲透作用?！驹O(shè)計實驗思路】1.如果假設(shè)是正確的，當(dāng)外界溶液的濃度高于細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞就會失水，原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離開來；當(dāng)外界溶液的濃度低于細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞就會吸水，與細(xì)胞壁分離的原生質(zhì)層慢慢恢復(fù)原來的狀態(tài)。2.如何使細(xì)胞外溶液的濃度提高或降低？3.如何看到細(xì)胞?需要用到什么材料和器具？4.對實驗結(jié)果作出預(yù)測————細(xì)胞失水或吸水后可能出現(xiàn)哪些可觀察的變化?實驗思路：將植物細(xì)胞分別浸潤在較高濃度的蔗糖溶液和清水中，用顯微鏡觀察液泡大小、原生質(zhì)層位置的變化。【進行實驗，觀察并記錄實驗結(jié)果】實驗材料：紫色的洋蔥鱗片葉。刀片，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙，顯微鏡。質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液，清水。方法步驟：1.選取新鮮洋蔥鱗片葉，用刀片在外表皮上劃一方框，用鑷子撕下表皮。在潔凈的載玻片上滴一滴清水，將撕下的表皮放在水滴中展平，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。2.用低倍顯微鏡觀察洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生質(zhì)層的位置。3.從蓋玻片的一側(cè)滴入蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙引流。這樣重復(fù)幾次，洋蔥鱗片葉表皮就浸潤在蔗糖溶液中。4.用低倍顯微鏡觀察，看細(xì)胞的中央液泡是否逐漸變小，原生質(zhì)層在什么位置，細(xì)胞大小是否變化。5.在蓋玻片的一側(cè)滴入清水，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙引流。這樣重復(fù)幾次，洋蔥鱗片葉表皮又浸潤在清水中。6.用低倍顯微鏡觀察，看中央液泡是否逐漸變大，原生質(zhì)層的位置有沒有變化，細(xì)胞的大小有沒有變化。記錄實驗結(jié)果：【分析結(jié)果，得出結(jié)論】教師：展示實驗結(jié)果，學(xué)生描述實驗現(xiàn)象，引出質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原的概念。組織小組之間進行交流，構(gòu)建解釋解釋質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。從滲透作用的條件分析植物細(xì)胞吸水和失水是否為滲透作用。進一步分析加深對質(zhì)壁分離概念的理解。分析實驗結(jié)果：當(dāng)外界溶液濃度>細(xì)胞液濃度細(xì)胞失水，原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離開來——質(zhì)壁分離當(dāng)外界溶液濃度<細(xì)胞液濃度細(xì)胞吸水，與細(xì)胞壁分離的原生質(zhì)層慢慢恢復(fù)原來的狀態(tài)——質(zhì)壁分離復(fù)原得出結(jié)論：（1）植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜；（2）植物細(xì)胞也是通過滲透作用吸水和失水的?！颈磉_與交流】（1）質(zhì)壁分離的內(nèi)因和外因：內(nèi)因：原生質(zhì)層具有選擇透過性原生質(zhì)層的伸縮性>細(xì)胞壁的伸縮性外因：外界溶液濃度>細(xì)胞液濃度（2）觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原，對材料的要求：活細(xì)胞細(xì)胞有大液泡外界溶液濃度>細(xì)胞液濃度（3）介于細(xì)胞膜與細(xì)胞壁之間的溶液：外界溶液【進一步探究】1.植物細(xì)胞會由于過多吸水而漲破嗎？提示：不會。（因為細(xì)胞壁具有保護和支持的作用）2.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，實驗結(jié)果如何？提示：發(fā)生質(zhì)壁分離，但不能質(zhì)壁分離復(fù)原。（因為細(xì)胞已經(jīng)嚴(yán)重失水而死亡了）3.可以選用黑藻或者洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞進行實驗嗎？4.將0.3g/ml的蔗糖溶液換成適宜濃度的甘油，實驗結(jié)果會有什么不同？提示：因細(xì)胞主動或被動吸收溶質(zhì)微粒而使細(xì)胞液濃度增大，植物細(xì)胞會吸水引起質(zhì)壁分離后的自動復(fù)原。。5.植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原實驗有哪些應(yīng)用？提示：（1）測定細(xì)胞液濃度范圍：（2）比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度（3）用高濃度鹽水處理，使細(xì)菌失水死亡。（4）對農(nóng)作物施肥過多，會造成“燒苗”現(xiàn)象的解釋。觀察擴散現(xiàn)象并總結(jié)擴散的概念。仔細(xì)觀察動物細(xì)胞吸水和失水現(xiàn)象，認(rèn)真理解，積極討論，回答問題。小組討論，思考并回答問題。1.提示：血紅蛋白屬于大分子，不能透過細(xì)胞膜。相當(dāng)于蔗糖分子。2.提示：紅細(xì)胞的細(xì)胞膜有選擇透過性，相當(dāng)于半透膜。學(xué)生類比推理相應(yīng)對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型，分析實驗現(xiàn)象。學(xué)生回答：是滲透作用。觀察，思考回答：細(xì)胞壁具有全透性，成熟植物細(xì)胞失水主要失去的是大液泡中的水分。學(xué)生暢所欲言，猜測有類似半透膜的結(jié)構(gòu)存在——原生質(zhì)層概念。嘗試提出問題、做出合理假設(shè)：原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜。閱讀課本，總結(jié)科學(xué)探究實驗的8個基本環(huán)節(jié)。小組嘗試設(shè)計探究實驗，進行表達與交流。觀察實驗現(xiàn)象，小組進行討論分析，師生共同歸納總結(jié)并得出結(jié)論：①原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜.②當(dāng)外界溶液的濃度>細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞發(fā)生滲透作用失水，出現(xiàn)質(zhì)壁分離；當(dāng)外界溶液的濃度<細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞發(fā)生滲透作用吸水，出現(xiàn)質(zhì)壁分離復(fù)原。問題串解決關(guān)于動物細(xì)胞滲透作用的深度學(xué)習(xí)。促進學(xué)生對知識的深層次理解。學(xué)生通過知識遷移，體驗構(gòu)建概念模型，并發(fā)展利用模型分析問題的能力。引導(dǎo)學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀念，得出細(xì)胞壁并不能作為控制水分進出細(xì)胞，但由于伸縮性比較小，可以控制植物使其不能無限吸水，聯(lián)系液泡結(jié)構(gòu)和功能推理成熟植物細(xì)胞液體環(huán)境主要就是細(xì)胞液。有利于提高運用生物學(xué)知識的能力和學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，同時引導(dǎo)學(xué)生善于從生活實例中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，作出假設(shè)。學(xué)生通過親身體驗實驗設(shè)計、探究過程，初步體驗生物學(xué)研究的方法，從實驗材料，方法的選擇、預(yù)測、實驗過程、結(jié)果分析等一系列探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能。培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能，逐步掌握探究實驗的具體步驟。并在合作的過程中，學(xué)會與人交流、尊重他人。講授新課三、自由擴散和協(xié)助擴散1.被動運輸利用視頻理解被動運輸概念像水分子這樣，物質(zhì)以擴散方式進出細(xì)胞，不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。分為協(xié)助擴散和自由擴散2.自由擴散教師：展示自由擴散的動畫，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納自由擴散的含義、運輸方向、特點、實例和影響因素。（1）自由擴散的概念：物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細(xì)胞，叫做自由擴散，也叫簡單擴散。（2）運輸方向：高濃度——低濃度（順濃度梯度）（3）特點：不需要載體，不需要能量（4）實例：氧、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子（5）影響自由擴散的因素：濃度差、溫度、濃度差教師：水分子的運輸是不是只有自由擴散呢？展示一段材料，讓學(xué)生小組討論相關(guān)問題，教師起到關(guān)鍵引導(dǎo)作用。材料一：曾經(jīng)人們普遍認(rèn)為，水分子都是通過自由擴散進出細(xì)胞的。但在之后的一些研究中發(fā)現(xiàn)，水分子以擴散作用穿過脂雙層的速率非常緩慢。僅憑擴散作用很難解釋紅細(xì)胞在水溶液中很快吸水膨脹而溶血，而水生生物的卵母細(xì)胞在水溶液中卻不膨脹的現(xiàn)象。思考問題：（1）水分子僅以自由擴散的方式進出細(xì)胞？（2）根據(jù)你對細(xì)胞膜的組成成分及其結(jié)構(gòu)與功能的了解，你認(rèn)為細(xì)胞膜上的哪些成分可以幫助水分子快速跨膜運輸呢？3.協(xié)助擴散教師：展示協(xié)助擴散的動畫，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納協(xié)助擴散的含義，運輸方向、特點、實例、影響因素。（1）協(xié)助擴散的概念：借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細(xì)胞的物質(zhì)擴散方式叫做協(xié)助擴散，也叫易化擴散。（2）運輸方向：高濃度→低濃度（順濃度梯度）（3）特點：需膜上轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助，不需要能量（4）實例：紅細(xì)胞吸收葡萄糖（5）影響協(xié)助擴散的因素：濃度差、轉(zhuǎn)運蛋白種類和數(shù)量、溫度。教師：了解轉(zhuǎn)運蛋白中的通道蛋白和載體蛋白，并列表從轉(zhuǎn)運特點、自身構(gòu)象、是否與轉(zhuǎn)運的分子結(jié)合、是否有特異性、實例等方面進行比較對比兩種被動運輸通過概念圖，形成本堂課的結(jié)構(gòu)框架。仔細(xì)觀察細(xì)胞被動運輸方式，認(rèn)真理解，積極討論，回答問題。掌握自由