物质跨膜运输的实例教学设计

1、可编辑我的教学设计课题： 物质跨膜运输的实例科目 生物教学对象高一学生课时 第1课时提供者逯晓芸单位临汾市汾西一中一、教学目标1、知识与技能目标1) 通过对渗透作用现象的观察和分析，说明渗透作用发生的条件，推导渗透作用的概念和原理；2) 说出水分子跨膜运输的特点；3) 说出动植物细胞吸水和失水的方式；4) 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1) 通过将动物细胞吸水、失水的过程与渗透装置相类比，理解动物细胞吸水失水的方式。2) 尝试提出问题、作出假设，体验探究实验的过程。3、情感与价值观目标1) 尝试提出问题，作出假设，感受科学的严谨性；2) 设计植物细胞吸水和失

2、水的实验，体验探索的乐趣。二、教学内容及模块整体分析本课题选自“模块一 分子与细胞”“第四章 细胞的物质输入和输出”第一节。本模块教材是以细胞是基本的生命系统为主线展开的，从前到后依次讲述它的物质组成、结构、功能和发展变化的。前三章依次学习了细胞的种类、物质组成和结构。接下来本章和第五章的内容属于细胞的功能，其中本章承接第三章所学的生物膜的功能来学习细胞的物质输入与输出。本节利用一些具体例子和资料，依次引导学生理解动物细胞、植物细胞吸水失水的方式是渗透作用，理解动物细胞膜、植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，并理解水分子是顺着相对含量梯度跨膜运输的，而一些离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量梯

3、度跨膜运输的，进而理解细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜。本节内容的落实对于本章后两节生物膜的流动镶嵌模型和物质跨膜运输的方式的学习都起到了重要的铺垫作用。由于考虑到学生的理解能力和课程内容较多，本节课用两课时。三、学情分析通过与学生交流知道，学生在初中时就已经知道了分子的热运动，这使学生很容易理解水分子能够自由通过半透膜和细胞膜。在第三章第一节学生体验了制备细胞膜的过程，是学生容易理解教材中“水分进出哺乳动物红细胞的状况”，从而认识动物细胞的吸水和失水。学生在第三章已经知道了植物细胞的与动物细胞在结构上的差别，也知道了植物细胞内的液体主要是细胞液，这对理解植物细胞的质壁分离现象和原生质层相当于

4、一层半透膜做了铺垫。四、教学策略选择与设计本课题在设计时，主要通过进行实验、然后教师通过层层递进、环环相扣的问题引导学生分析实验结果并得出相应的结论来完成。重点的解决方法：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，分析植物细胞质壁分离及复原实验的结果总结出细胞膜及其他生物膜相当于半透膜，并且是选择透过性膜。难点的解决方法：1) 通过学生各抒己见说出“提出问题”对于科学研究的重要性、所谓问题又可以来源于哪儿，使学生认识到提出问题的意义，并知道可以从哪儿去发现问题、提出问题。2) 通过老师

5、引导，学生自己针对植物细胞的吸水和失水提出一些问题，并讨论哪儿问题比较有探究价值，体现在哪儿；学生尝试对刚才提出的问题作出假设，体验假设并不是毫无根据的，而是根据已有的知识和生活经验来做的一种预测性回答。3) 通过老师的引导，理解原生质层相当于一层半透膜。五、教学重点及难点1. 教学重点：1) 水分进出细胞是顺相对浓度梯度的；2) 举例说出细胞膜或原生质层相当于半透膜。2. 教学难点：1) 尝试提出问题，作出假设；2) 理解原生质层相当于一层半透膜。六、教学过程教师活动学生活动设计意图一、 导入通过前三章的学习我们已经知道细胞内部的各种结构及其各自的基本功能。而从本章起将进入对细胞内各种生命活

6、动的学习。细胞是一个生命系统，任何一个生命系统都是开放的系统，都与外界有物质的交换。那么在细胞中是谁在发挥着控制物质进出的重要作用呢？在这节课我们主要以水分为例，共同探讨水分等物质是怎样通过细胞膜进出细胞的。在老师的引导下认识本章与前几章的关系。细胞膜使学生建立起一个大的问题背景，即细胞这个生命系统的结构怎样？功能怎样？本章研究的事那部分内容？从细胞是生命系统出发，引出细胞与外界物质交换，顺利进入本章的学习，同时让学生初步感到细胞膜对物质进出细胞发挥的重要作用。二、 渗透作用1. 分析渗透作用的实验现象，得出渗透作用的概念。1) 演示实验：一滴红墨水滴入到清水中，出现什么现象？怎样就是扩散？

7、2) 提出问题：如果两种不同的溶液被一层半透膜隔开，结果又会怎样?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。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隔开，实验开始时，漏斗内外的液面在同一水平面上，一段时间后，漏斗内的液面上升。半透膜是一些物质（一般是小分子物质）能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。小组讨论：a) 漏斗内的液面为什么上升？b) 如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？为什么？c) 如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？为什么？总结：在本实验中，水分子通过半透膜从数量多的

8、一侧向数量少的一侧扩散的现象称为渗透作用。这个装置叫渗透装置。一个渗透装置需要包含一个半透膜，以及半透膜两侧的溶液。2. 要发生渗透作用，需具备什么条件？3. 渗透作用的原理是怎样的？a) 当溶液浓度A B时，水分子流动方向为： b) 当溶液浓度A B时，水分子流动方向为： c) 当溶液浓度AB时，则 4. 渗透作用的结果如何？提示：流动方向？宏观上的方向？微观上的俄方向？学生观察并回答：扩散（在老师引导下得出）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。明确实验条件和现象。a) 因为在单位时间内，进入半透膜的水分子数 渗出半透膜的水分子数b) 不会。因为纱布的孔隙很大，蔗糖

9、分子也可以自由通过。c) 液面保持不变。因为此时在单位时间内，进入半透膜的水分子数 = 渗出半透膜的水分子数。师生共同总结：a) 半透膜b) 半透膜两侧溶液有浓度差从B流向 A从A流向 B处于动态平衡（在老师引导下得出）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。从微观上看，水分子是顺着其相对含量梯度而流动的。引导学生回忆扩散的概念，为理解渗透作用铺垫。通过这几个问题的讨论和回答，引导学生理解渗透作用的概念和条件。理解渗透作用，为理解水进出动物细胞和植物细胞的方式。三、 动物细胞的吸水和失水1. 过渡：前面我们学习了渗透装置，细胞是否具备渗

10、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。2. 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:a) 视频中的红细胞出现了哪些现象？b) 你认为红细胞在什么条件下吸水或失水？c) 你认为红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？d) 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？e) 红细胞的吸水膨胀和失水皱缩是渗透现象吗？f) 其他动物细胞呢？3. 动物细胞的吸水与失水教师与学生共归纳讲述 ：（1） 动物细胞相当于一个渗透装置。（2） 动物细胞吸水和失水的方式：渗透作用（3）动物细胞的吸水与失水原理：动物细胞吸水：当

11、外界溶液浓度小于细胞质的浓度时动物细胞失水：当外界溶液浓度大于细胞质的浓度时动物细胞不吸水也不失水：当外界溶液浓度等于细胞质浓度时（举例：静脉注射生理盐水）总之，水从低浓度溶液流向高浓度溶液，是顺着自身相对含量梯度而流动的。在老师的引导下得出结论a) 吸水膨胀；失水皱缩；没有变化b) 当外界溶液浓度小于细胞质的浓度时吸水膨胀；当外界溶液浓度大于细胞质的浓度时失水皱缩；当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，细胞既不吸水也不失水。c) 取决于细胞内外溶液的浓度差，浓度差越大，吸水或失水越多越快，反之亦然。d) 一般不能。说明红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。e) 是f) 其他动物细胞与哺乳动物成熟红细胞一

12、样都有一层细胞膜将细胞质与外界溶液相隔开，因此，其吸水失水方式应该是一样的。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。四、植物细胞的吸水和失水1. 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？2. 投影：成熟植物细胞模式图a) 说出植物细胞与动物细胞结构上的区别b) 植物细胞内的液体主要是哪部分液体？c) 阅读课文，指出植物细胞中的原生质层3. 探究实验：生活中有哪些植物细胞吸水或失水的实例？（家里买菜放置时间长了，拌黄瓜、西红柿、腌菜）引导学生： 我们要善于从生活中的现象发现新的

13、问题，提出问题。许多科学家的发现并不都是从实验中得到，更多的是通过观察生活中的现象发现问题的，例如，牛顿从苹果掉下来的现象中提出地球引力的问题；细菌学家弗莱明从一个长了青霉的细菌培养皿中出现的现象，提出青霉的分泌物是否具有抑制葡萄球菌生活的作用，从而提取出青霉素的；爱因斯坦曾经说过:“提出一个问题比解决一个问题更重要”。可见，提出一个有价值的问题，是创造发明的良好开端。关于植物细胞的吸水和失水问题，你可以提出哪些问题来探究呢？从中选一个有究价值的进行研究。（小组讨论）（1）提出问题学生可能提出的问题：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

14、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”。例如现在我们选第2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？首先分析现象：嗑瓜子引起口干，萝卜条渗水，盐水中的萝卜条失水体积变小，他们的共同点是细胞外有一定的盐分，所以我们尝试推理，是不是外界溶液的浓度大于细胞内的浓度时，细胞会失水呢，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。（作这样一个假设）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。那么我们作出的假设是否正确呢？需要通过实验验证，接下来我们要设计实验、创造我们假设

15、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？首先我们要考虑“选择怎样的植物细胞材料来进行实验”，你会考虑选择怎样的材料呢？（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？）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？ 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

16、能想到其他什么好材料呢？ 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？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。是先把洋葱泡在蔗糖溶液中，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？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，加了高浓度蔗糖溶液后细胞会发生怎样的变化呢？对，细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出

17、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，原生质层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，这个实验中的表格就较简单了。中央液泡的大小原生质层的位置细胞大小03g/mL蔗糖溶液清水教师：大家可参考教材P62页的参考案例，讨论制订本小组的实验方案（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：a) 液泡变小、紫色加深现象说明了什么？b) 水分子的运动方向怎样？c) 假设原生质层是全透

18、性结构，会发生质壁分离吗？如果原生质层是不透性结构呢？那么质壁分离的现象说明什么呢？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。4. 小结：a) 植物细胞吸水和失水的方式是：b) 在此过程中相当于一层半透膜的是：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

19、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）表达和交流小组讨论：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？ 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

20、具有六个要素：提出科学问题；进行猜想和假设；制定计划，设计实验；观察与实验，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。a) 与动物细胞相比，植物细胞特有的结构有细胞壁、液泡、叶绿体。b) 细胞液，即液泡中的液体。c) 原生质层指的是细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间夹着的细胞质。腌菜、用白菜做饺子馅儿、“烧苗”现象等a) 植物细胞会出现失水的情况吗？b) 植物细胞在

21、什么情况下会失水？c) 植物细胞以什么方式吸水和失水?d) 原生质层是否相当于一层半透膜?液泡和细胞体积、大小的变化。用显微镜观察水绵，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。高浓度蔗糖溶液、清水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。细胞会缩小。a) 说明细胞液失水了b) 水分子从低浓度溶液流向高浓度溶液，是顺浓度梯度流动的。c) 不会；不会；原生质层相当于一层半透膜渗透作用原生质层不会，因为有细胞壁的保护；蔗糖溶液浓度过高会导致植物细胞失水过快过多而死亡，而无法复原事先思考这些问题，为之后理解植物细胞的质壁分离和原生质层是一层半透膜铺垫。科