第1节物质跨膜运输的实例.doc

2009年江苏省评优材料（南通 朱宏辉）第4章 细胞的物质输入和输出第1节 物质跨膜运输的实例一、教材处理“物质跨膜运输的实例”主要包含二个部分的内容:“水分的跨膜运输、植物细胞吸水与失水的探究性实验物质跨膜运输的其他实例”在这些内容的教学中，将“水分的跨膜运输”与探究性实验设计合并为一课时，而第二课时依据前一课时的实验设计，安排在实验室进行具体的探究性活动。将“物质的跨膜运输的其他实例”与第一节“生物膜的流动镶嵌模型”合并为另一课时。之所以这样安排，主要原因是:教材的内容和体系并非是固化的信息资源，教师在遵循课程标准的前提下，可以重新解读、调整其内容、顺序和结构，这也是新课程改革所提倡的。每个课时的教学时间有限，45分钟左右的时间很难完成从设计到实验的探究过程。关于植物细胞的吸水与失水的探究性实验，是高一学生接触真正意义上的“探究”的开始，学生对什么是探究，如何探究等内容还很陌生。所以，在开展实验室具体探究活动之前，应该让学生了解和认识探究，并且要注意培养学生发现问题、提出问题、投计实验的初步能力。“物质跨膜运输的其他实例”这部分内容，需要培养学生读图、读表、分析数据等方而的能力从能力培养的类型上看，它与实验设计有所区别。而且从教学时间上看，若将其与“水分的跨膜运输”这部分内容一并讲解，一个课时很难完成。若用一个课时单独讲述这部分内容，时间又较为充裕，而第二节“生物膜的流动镶嵌模型”侧重资料的分析探究，时间相对宽松所以，在考虑总课时数不变的情况下，将此部分内容与第二节内容合并为一个课时。二、教学目标1、知识目标举例说出半透膜的特点;分析渗透现象发生的原理;辨别原生质层的组成;解释细胞发生吸水和失水的条件。2、能力目标简述探究性实验的步骤;指出实验组与对照组，辨别自变量与因变量等实验设计的基木要素;说出相关的探究性问题，阐明假说与预期，并设计实验。3、情感态度与价值观通过讨论，培养学生间的合作与交流意识;通过对渗透现象原理的分析和相关的探究活动，认同活细胞与周围环境可以组成一个渗透系统，并初步养成严谨的实验态度三、教学重点、难点1、教学重点：探究水分进出细胞是顺相对浓度梯度的。2、教学难点：细胞吸水和失水的原理；探究“植物细胞的吸水和失水”，尝试提出问题。四、教学设计思路五、教学主要手段：电脑多媒体和传统媒体。六、教学方法：探究式教学七、教学时间：1课时八、教学过程【创设问题情境，导入新课】教师：同学们今天这节课将由我和大家一起来共同学习第4章第1节物质跨膜运输的实例。那同学们是否还记得，我们曾经在初中做过的一个探究活动，将萝卜条放置于不同浓度的外界溶液中，会发生怎样的变化呢？我们有的同学可能已经淡忘了，那我来帮助大家回忆一下。播放萝卜条吸水和失水的演示实验。教师：大家观察到了什么现象呢？大家一起说说看！学生：在清水中的萝卜条变得又长又硬；而放在浓盐水中的萝卜条变得又短又软。教师：这说明了什么问题呢？声音响一点，请你来分析一下。学生：说明了放在清水中的萝卜条吸收了水分；而放在浓盐水中的萝卜条失去了一部分水分。教师：可见植物细胞在不同浓度的外界溶液中是可以进行吸水和失水的。教师：今天，我还给同学们带来了一组通过“渗透作用”来进行吸水和失水的演示装置。下面就让我们一起来了解一下这组装置：在装置甲中，倒置漏斗内装的是0.8g/ml蔗糖溶液，烧杯中装的是清水；漏斗口上扎的是做香肠的肠衣，肠衣是一种半透膜，它的特点是有些物质（如：水分子）可以透过，而有些物质（如：蔗糖分子）不能透过的。（除肠衣以外，动物的膀胱膜、玻璃纸、鸡蛋的卵壳膜都可以作为半透膜使用。）在装置乙中，用与装置甲同样的器材另做一套装置，只是烧杯中装的是与倒置漏斗内同样浓度的蔗糖溶液。在装置丙中，用与装置甲同样的器材再做一套装置，只是用纱布替代了漏斗口上的半透膜。实验之初，漏斗管内液面我已经用一个黑色的标记标示了出来，漏斗管内液面与烧杯中的液面是等高的。由于课堂时间的限制，我在课前提前做了这组实验，现在请同学们仔细观察各组装置漏斗管内液面发生了怎样的变化，并思考说明了什么问题？同学们可能看不清楚，我提前将这组实验拍摄了下来，因此同学们也可以看这边的大屏幕。（另外我请两位同学上前来观察一下）教师：同学们看到了什么现象呢？（我们请到前面来看的这位同学来说说看：你看到了什么现象？）学生：看到装置甲漏斗管内的液面升高了。装置乙、装置丙漏斗管内的液面没有变化。教师：装置甲漏斗管内液面的升高说明了什么问题？漏斗管内的液面为什么会升高？学生：烧杯内的水通过半透膜渗透进入了漏斗管内。教师：通过装置甲与装置丙实验现象的比较，大家能得出什么结论？学生：说明，渗透作用的发生必须要有半透膜。教师：通过装置甲与装置乙实验现象的比较，大家又能得出什么结论呢？学生：说明，渗透作用的发生还需要在半透膜两侧有浓度差。教师：根据同学们的分析，我们来总结一下，可见渗透作用的发生必须具备两个条件：a具有半透膜；b半透膜两侧存在浓度差。那根据这两个条件同学们是否能够试着给渗透作用下一个定义呢？学生：略。教师：很好。这样我们就将水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散过程，称之为渗透作用。教师：那植物细胞是否就是通过渗透作用进行吸水与失水的呢？或者说植物细胞是否具备发生渗透作用的条件呢？（课件中展示成熟的植物细胞模式图）那就让我们首先一起来回顾一下成熟的植物细胞的结构！由图可见成熟的植物细胞最外是一层细胞壁，紧贴细胞壁的是细胞膜，再往里是细胞质。这是植物细胞的细胞核，这是中央液泡。液泡的外面有液泡膜。那液泡里面的物质要出来到外界溶液的话，必须要穿越哪些结构呢？学生：液泡膜、细胞质、细胞膜、细胞壁。教师：很好，显然要穿过这四部分结构，那如果我们把细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质看成为一个整体，称为原生质层。这样物质进出细胞的话就成了穿越原生质层和细胞壁。提问：好，根据成熟的植物细胞这一结构特点，以及我们刚才谈到的渗透作用发生的条件，你能进一步提出你想探究的与“植物细胞的吸水和失水”相关的问题，并作出尝试性的回答吗？（现在我们进行一次小组合作，前后四人为一小组，请各小组成员提出与“植物细胞的吸水和失水”有关的问题，并确定可探究、有价值的一个问题记录在活动单上。）好的，小组讨论。教师：好的，请大家静下来，我们请这一小组首先来说说你们小组想探究的问题是？学生：1、植物细胞在什么情况下吸水？在什么情况下失水？教师：是否能根据自己已有的知识或经验来解答呢？学生：外界溶液浓度高于细胞的浓度时失水，外界溶液浓度低于细胞浓度时细胞吸水。教师：好的，等会儿就请你们小组自己来设计实验并进行验证。我们这小组提出了什么问题呢？学生：2、植物细胞在最外层的细胞壁对植物细胞的吸水和失水有影响吗？教师：你们认为呢？理由是什么呢？学生：我们知道细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，但由于细胞壁的孔径大，小分子和大分子物质都能自由进出，可以说细胞壁是全透性的。并且我们知道细胞壁对植物细胞具有支持和保护作用，故植物细胞即使能吸水也不会胀破。教师：很好，你们小组待会也可以通过自己设计实验来验证，你们小组提出的问题是什么呢？学生：3、那原生质层相当于一层半透膜吗？教师：你们是怎么认为的，说说你们的理由。学生：从原生质层最外的细胞膜和最内的液泡膜的特点看，都属于生物膜，具有让某些物质通过某些物质不能通过的特点，这与半透膜的特点是相似的，因此可以把原生质层简单地看作是一层半透膜。4、成熟的植物细胞是不是一个渗透系统？（从原生质层最外的细胞膜和最内的液泡膜的特点看，都属于生物膜，具有让某些物质通过某些物质不能通过的特点，这与半透膜的特点是相似的，因此可以把原生质层简单地看作是一层半透膜。此外，我们还可看到成熟植物细胞的中央液泡占据了细胞的大部分空间。而中央液泡的细胞液中含有多种无机物和有机物，所以，细胞液具有一定浓度，可以与外界溶液形成浓度差。这样一个成熟的植物细胞就构成了一个渗透系统。）5、细胞壁相当于渗透系统中的半透膜吗？（细胞壁的孔径大，小分子和大分子物质都能自由进出，可以说细胞壁是全透性的。这与半透膜的特点不吻合。）你们小组可以继续考虑提出一个可探究、有价值的问题，来进行探究。当然如果你们坚持自己原先的观点，也可通过接下来的探究活动进行验证。教师：还有没有那组提出了不同的问题的？我们待会再与大家交流！看来同学们是经过了一番思考的，当我们提出了一个有价值的问题以后，我们究竟该如何去研究它呢？进行科学研究的方式是多种多样的。一般来说，科学探究的一般方法和基本步骤是：观察现象，提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果，得出结论表达和交流。教师：其实同学们刚才结合自己已有的知识或经验对提出的问题所进行的尝试性的回答，就已经完成了科学探究的第二步作出假设，作出的假设是否成立，这就有待于同学们自己去设计实验进一步验证。今天我提供给大家的实验材料就是紫色洋葱鳞片叶，还记得在初中，我们用它制作临时装片的操作步骤吗？我们来回忆一下！首先取一片洁净的载玻片在中央滴一滴清水，然后撕取洋葱鳞片叶的外表皮，放在水滴中，用镊子轻轻地把它展平，最后盖上盖玻片，这样临时装片就制作好了。下面请各小组在此基础上利用实验桌上提供的试剂及用具，针对各小组作出的假设，来设计实验，并进行实验操作。（同时请同学们依次完成活动单上探究活动的各个步骤，活动结束时请各小组派代表来汇报交流。活动中如果遇到困惑请及时记录下来，交流讨论。）好的，请各小组抓紧时间讨论、设计相关的实验步骤，并进行实验操作。【学生开展探究活动】好的，看来大家基本上都已经完成了相应的探究活动，下面我们就请各小组派代表来汇报本小组探究活动的各个步骤，同时请同学们一起来进行评价、交流。哪组愿意先来与大家分享交流的，请举手！小组一：略。教师：我们重点来交流一下，这组同学设计的实验方法步骤是否合理、有序、可操作？你是怎么认为的，请简单说出你的看法，并提出你的质疑？尤其是与这组提出的问题相同的小组，你们是否还有其它的方案呢？方案1：取三块紫色洋葱表皮，一块不放在任何溶液中，一块放在清水中，一块放在蔗糖溶液中，一段时间后取出，用显微镜观察比较液泡的大小。学生评价1：选材恰当，有实验组和对照组。学生评价2：没有明确用什么方法将细胞放入溶液。学生评价3：如果植物细胞在清水中液泡大小变化不明显怎么办?学生评价4：我们无法看到细胞吸水失水的动态过程。我们这一小组根据大家的建议可以继续完善方案。方案2：取下洋葱表皮细胞，只做一个装片在盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸去吸，重复几次，这样细胞就浸润在蔗糖溶液中了然后用显微镜直接观察液泡的大小、颜色以及原生质层与细胞壁的位置关系。学生评价1：制片少，节约材料，而且可以在显微镜下直接滴蔗糖溶液，也可以一直观察液泡的状态。学生评价2：观察的目标明确，但这个实验只能证明植物细胞在什么条件下失水，没有证明吸水的条件。可以进一步完善。方案3：取下洋葱表皮细胞，只做一个装片在盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸去吸，重复几次，然后用显微镜直接观察液泡的大小和颜色以及原生质层与细胞壁的位置关系；当细胞发生失水现象后，再在盖玻片的一侧滴加清水，另一侧用吸水纸重复吸几次，然后再用显微镜直接观察是否细胞会恢复原状，是否有吸水现象发生。学生评价：方案合理，有序，可看到细胞吸水失水的动态过程教师：并且通过他们的汇报我们发现他们作出的预期与实验现象是吻合的，是能够支持这组同学所作出的假设的。据此，他们得出的结论是：。看来这组同学设计的方案还是可行的，得到了大家的认可。教师：那在探究活动的实施过程中你们有困惑吗？学生：略。教师：有没有那组探究的问题是不一样的呢？好的请你来汇报一下你们小组的探究活动。小组二：略。教师：大家来评价一下！你觉得这组同学设计的方法步骤是否可行。请谈谈你的看法！教师：那我们这组同学在探究活动的实施过程中又遇到了哪些困惑呢？学生：略。教师：看来这组同学，根据大家的建议，可以进一步完善你们的探究活动。还有没有那组探究的问题与前两组是不一样的？小组三：略。教师：我们继续来交流一下，这组同学设计的实验方法步骤是否可行？请简单说说你的看法，学生：略。教师：那你们在探究活动的实施过程中是否也遇到了困惑呢？学生：略。教师：当然，我在课前也进行了相关的探究活动，这就是我用显微镜所观察到的实验现象，大家是否也观察到了呢？学生：略。教师：有的观察到了，有的还没有。那我们首先请观察到这一现象的同学，分别从中央液泡的大小、原生质层的位置、细胞的大小这三个方面描述一下看到的现象。学生：当滴加了0.3g/ml的蔗糖溶液后，发现紫色区域的中央液泡逐渐变小了，紫色变深了，此时原生质层与细胞壁逐渐分离了开来，即发生了质壁分离。当又滴加清水之后，紫色区域的中央液泡又逐渐变大了，紫色又变浅了，整个原生质层又慢慢恢复成原来的状态，即发生了质壁分离的复原。而细胞的大小在整个过程中却基本不变。教师：那没有观察到这一现象的同学来说说你们看到了什么现象呢？能否分析一下是什么原因造成的呢？学生：1、看到许多重叠图像或一片红：在撕取洋葱鳞片叶的外表皮后，没有把它在清水中展平，或者撕得太厚。影响了观察。2、只看到了细胞壁，没有观察到颜色：撕取的是洋葱浅色部位的表皮，或撕取洋葱表皮时，把表皮中的液泡破损了（判断液泡是否破损的依据是：完整的、液泡未破的洋葱鳞片叶表皮是紫色的，而破损的则是无色半透明的），因此无法观察到原生质层的变化。3、看不到质壁分离：在开始做装片时滴加的清水太多，而后滴加蔗糖溶液时没有重复操作，浓度被稀释了，达不到质壁分离所需的外界溶液浓度条件，达不到预期的效果。4、看不到质壁分离复原：在滴加蔗糖溶液后时间过长，细胞失水死亡。在滴加清水时未重复操作，细胞未浸润在清水中，看不到质壁分离现象。5、看到边缘细胞质壁分离了，而中间细胞未发生质壁分离：可能在中央的洋葱表皮细胞还没有接触到蔗糖溶液，所以未发生质壁分离，而边缘的细胞容易接触到蔗糖溶液，所以先发生了质壁分离。教师：可见，当实验结果与预期不符时，我们要多思考，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等等。所以无论实验成功也好，失败也好，我们都要认真分析。教师：通过我们大部分同学刚才观察到的这一实验现象，我们可以得出怎样的结论呢？（提示：通过大家的探究我们发现成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，而细胞液与外界溶液可以形成浓度差，可见成熟的植物细胞是可以通过渗透作用来进行吸水和失水的。）学生：略。教师：可见，一个成熟的植物细胞就是一个渗透系统，原生质层相当于一层半透膜；当外界溶液浓度大于细胞液浓度时细胞失水，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时细胞吸水，当外界溶液浓度等于细胞液浓度时进出水分处于动态平衡。【结课】这节课我们通过渗透作用的实验现象，了解了渗透作用的原理以及渗透作用的发生必需具备的两个条件；通过探究活动我们知道了成熟的植物细胞就是一个渗透系统，是通过渗透作用来进行吸水和失水的。在此基础上我们还亲自实践了科学探究的一般方法和基本步骤。这就是今天这节课我们所学习的内容。那动物细胞吸水和失水的情况是怎样的呢？其他物质的跨膜运输又是怎样的呢？我们在下一节课继续探讨这部分内容。下面来看几道巩固练习题。学习完这节内容，给大家布置1道课后作业。（同学们在完成方案设计时，同样要考虑探究活动的一些细节问题，尽量使我们的方案合理、可行。）教师：那动物细胞吸水和失水