课时15-必修1第4章-第1节被动运输（第1课时）教案

?被动运输?教学设计广州市其次中学生物科组刘绮雯一、教材分析本节内容为人教版生物学必修1?分子与细胞?第4章“细胞的物质输入和输出〞的第1节“被动运输〞。教材首先用一个物理渗透装置演示水分子通过半透膜的渗透现象，通过分析这个装置中水分渗透集中的原理，为后续学习水进出细胞原理奠定根底。再分别用动物细胞和植物细胞举例归纳出渗透作用的原理，通过分析探讨水进出哺乳动物红细胞的实例，理解什么是渗透作用，发生渗透作用需要具备什么条件。并对植物细胞的吸水和失水进行单独分析，为后面探究植物细胞的吸水和失水试验供应理论根底，同时利用这个探究试验让同学进一步学习科学探究的一般方法。在得出被动运输的概念之后，教材又对被动运输的两种形式——自由集中和帮助集中进行举例说明，并结合模式图分析了它们的异同点。二、学情分析在学校阶段的学习中，同学已对植物细胞的吸水和失水有了感性的熟悉：知道当细胞液溶质浓度小于细胞外液溶质浓度时，细胞就会失水；当细胞液溶质浓度大于细胞外液溶质浓度时，细胞就会吸水；知道一次施肥过多会导致植物烧苗；知道可以利用食盐进行食品腌制等。在物理的学习中，同学对物质分子的集中现象也有根本的认知。这些已有的学问和阅历可以作为创设教学情境的抱负素材，关心同学更好的理解物质跨膜运输的详细机制。三、教学目标1.通过不同物质的跨膜运输方式，说明细胞膜具有选择透过性及被动运输的原理和特点。2.通过探究植物细胞的吸水和失水，把握科学探究的一般方法和相关力量，进一步熬炼科学思维。3.通过对蔬菜腌制、合理施肥等实际问题的分析和解决，渗透学习物质跨膜运输的实际意义，引导同学分析和解决现实生活中的有关问题。四、教学重点1.被动运输的原理和特点。2.探究植物细胞的吸水和失水。五、教学难点1.探究植物细胞的吸水和失水。2.转运蛋白的种类和作用。六、教学流程〔一〕问题探讨——分析渗透装置中水分渗透集中的原理1.熟悉渗透作用介绍渗透装置和半透膜的特点，播放渗透装置试验现象动图，提问：漏斗管内的液面为什么会上升？播放色素集中现象动图，引导同学联系物理中学习到的集中作用。阐述集中作用的概念，分析其发生条件。基于对集中作用的熟悉，得出漏斗管内的液面上升的缘由是烧杯中的水分子通过半透膜向漏斗内集中导致的。提问引发同学迷思：漏斗管内的水分子会不会向烧杯中移动呢？从而得出半透膜两侧的水分子都能够通过集中作用自由进出，但由于蔗糖溶液中水的相对含量〔单位体积中的水分子数〕比烧杯中的水的相对含量低。因此，烧杯中的水集中到漏斗中的速度比漏斗中的水集中到烧杯中的速度相对更快些，导致漏斗中水量增加液面上升。并初步理解渗透作用是指水分子〔或其他溶剂分子〕通过半透膜的集中。提问引发同学迷思：假设漏斗管足够长管内的液面会无限上升吗？为什么？引导同学思索和分析，并得出液面不会无限上升，假设漏斗管足够长，当管内的液面上升到肯定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外集中的速度，最终到达平衡，液面将不再上升。2.分析渗透作用发生的条件提问：假设用一层纱布代替玻璃纸，还会消失原来的现象吗？引导同学分析纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过，所以不会消失原来的现象。并由此得出渗透作用发生的第一个条件是需要具有半透膜。提问：假设烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？引导同学分析半透膜两侧溶液浓度相同，对水的吸引力相同，所以水分子进出半透膜的相对数量相同，所以漏斗管中的液面将保持不变。并由此的粗渗透作用发生的其次个条件是需要半透膜两侧存在浓度差。3.归纳渗透作用的概念提问：渗透作用的对象是什么？本质是什么？水等溶剂分子移动方向如何？发生条件是什么？由此归纳得出渗透作用的概念是水分子〔或其他溶剂分子〕通过半透膜从水的相对含量高〔溶液浓度低〕的一侧向相对含量低〔溶液浓度高〕的一侧集中。思索：半透膜两侧分别为质量分数为10%的蔗糖溶液和质量分数为10%的葡萄糖溶液，假设蔗糖和葡萄糖均不能通过半透膜，请问水分子的移动方向是怎样的？回忆糖类的结构，明确葡萄糖是单糖、蔗糖是二糖，即蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖，虽然两者质量浓度相同，但是蔗糖溶液的物质的量浓度低于葡萄糖溶液，蔗糖溶液中水分子的相对含量相对更高，所以从蔗糖溶液移动到葡萄糖溶液的水分子数量远多于从葡萄糖移动到蔗糖的水分子数量，从宏观上来说，水分子的移动方向是从蔗糖溶液移动到葡萄糖溶液。基于这一例子的分析，明确浓度差是指物质的量浓度，而非质量浓度。〔二〕水分进出动物细胞1.水进出哺乳动物红细胞的现象展现外界溶液浓度与细胞质浓度不同大小关系下的哺乳动物红细胞的形态图，描述并思索：不同条件下，哺乳动物红细胞的形态是怎样的？为什么会消失不同的形态？水分子的移动方向是怎样的？当外界溶液浓度低于细胞质浓度时，细胞会吸水膨胀甚至涨破；当外界溶液浓度高于细胞质浓度时，细胞会失水皱缩；当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分进出动态平衡，即单位时间进出细胞的水分子数相等，细胞形态不变。2.分析水进出动物细胞的原理提问：红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于渗透装置中的什么物质？红细胞中的什么结构相当于一层半透膜？红细胞吸水或失水取决于什么条件？同学思索后能得出：红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜。它相当于渗透装置中的蔗糖分子。红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。细胞吸水或失水取决于红细胞内外溶液的浓度差；一般状况下，浓度差越大，红细胞吸水或失水越多。由此归纳出动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统，水分子通过渗透作用进出动物细胞，其中细胞膜相当于半透膜，细胞吸水或失水取决于细胞质与外界溶液的浓度差。进一步提问：当外界溶液的浓度低时，红细胞肯定会由于吸水而涨破吗？引导同学思索分析后得出：红细胞不肯定吸水涨破，由于红细胞吸水膨胀后，细胞内液浓度也会下降，假设外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度到达平衡，此时红细胞将不再吸水。3.水进出动物细胞的应用拓展提问：临床上输液为什么要用生理盐水〔质量分数为0.9%的NaCl溶液〕？同学结合当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分进出动态平衡，细胞形态不变，可得出：由于生理盐水的浓度与血浆的浓度根本全都，血细胞不会由于过度吸水或失水而消失形态和功能上的特别。提问：连续咳带盐的瓜子时，为什么口腔和唇的黏膜会有干涩的感觉？同学分析可得出：由于口腔和唇的黏膜细胞的细胞质浓度大于外界溶液浓度，细胞失水。〔三〕水分进出植物细胞1.创设生活生产情境展现图片并介绍：菜农在卖菜时会在青菜上洒水使其保持坚挺；用蜂蜜腌制番茄时，番茄会渗出水分；农作物施肥过多时会造成烧苗。思索：为什么会消失这些现象呢？水分又是如何进出植物细胞的呢？水分进出植物细胞也是通过渗透作用吗？2.初步分析水分进出植物细胞的原理展现成熟的高等植物细胞模式图，提问：水分进出细胞是指水进出细胞的什么结构呢？基于对水分进出动物细胞的学习，同学很简洁就误以为是进出细胞质，此时提示同学在成熟高等植物细胞中主要的液体环境是哪里？从而引导同学理解液泡内的液体——细胞液是成熟植物细胞内主要的液体环境，所以水进出细胞主要指水进出液泡。提问：假设水分通过渗透作用进出植物细胞，那么植物细胞中的什么结构相当于半透膜呢？引导同学分析：植物细胞最外层是细胞壁，其伸缩性比拟小，作用是爱护和支持细胞；但是对于水分子来说，细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，所以细胞壁不是半透膜。基于对水分进出动物细胞的学习，同学很简洁就误以为是细胞膜相当于一层半透膜，此时提问：渗透作用发生的条件之一是半透膜两侧溶液存在浓度差，那对于植物细胞而言，两侧溶液是指什么？那半透膜又是什么呢？同学简洁思索就可知道两侧溶液是指外界溶液和细胞液，从而得出半透膜是指外界溶液和细胞液之间的细胞膜、细胞质和液泡膜，在此根底上得出原生质层的概念是细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，且伸缩性比拟大。3.探究植物细胞的吸水和失水〔1〕提出问题水分是通过渗透作用进出植物细胞吗？原生质层是否相当于一层半透膜？细胞壁伸缩性比拟小，原生质层的伸缩性比拟大，那植物细胞吸水和失水时，其形态会发生怎样的转变呢？〔2〕作出假设水分通过渗透作用进出植物细胞；原生质层相当于一层半透膜。〔3〕设计试验试验材料如植物细胞和外界溶液应当如何选择？试验现象有哪些观看要点？试验步骤如何？提问：选用的植物细胞应满意哪些要求？具有发生渗透作用条件的细胞有哪些？简洁观看形态变化的细胞有哪些？引导同学思索并得出：成熟的植物活细胞由于具有中心大液泡和原生质层，所以具备发生渗透作用的条件；而未成熟的植物细胞〔如根尖分生区细胞〕和死细胞那么不具有发生渗透作用的条件。此外，由于需要观看原生质层或液泡的形态变化，所以细胞液具有颜色的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，以及具有较多叶绿体从而使细胞质具有颜色的叶肉细胞简洁观看到细胞的形态变化。提问：选用的外界溶液应满意哪些要求？如何使细胞外溶液的浓度提高或降低？盐酸、酒精、醋酸等溶液是否适用？引导同学思索并得出：外界溶液应选择高于细胞液浓度的溶液以及低于细胞液浓度的溶液如清水，高于细胞液浓度的溶液应既能使细胞发生明显失水，同时又不会使细胞因失水而过快死亡。盐酸、酒精、醋酸等溶液不适用，由于这些溶液对细胞有害，会破坏细胞的活性。提问：植物细胞吸水和失水的观看要点有哪些？假设植物细胞发生了吸水和失水，植物细胞形态会发生怎样的转变？引导同学思索并得出：应当观看紫色中心液泡体积、紫色中心液泡颜色、原生质层的位置和细胞大小四个指标。播放动画并介绍试验步骤。第一步是制作装片：选取新奇洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮上画一方框，用镊子撕下表皮，在干净的载玻片上滴一滴清水，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。其次步是低倍镜观看，用低倍显微镜观看洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中心大液泡的体积、颜色，原生质层的位置以及细胞体积，以观看细胞的自然状态。第三步是滴加蔗糖溶液，从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流，这样重复几次，将洋葱鳞片叶表皮浸润在蔗糖溶液中。第四步用低倍显微镜观看，观看要点同其次步，以观看细胞的失水状态。第五步是滴加清水，操作方法同第三步，将洋葱鳞片叶表皮浸润在清水中。第六步用低倍显微镜观看，观看要点同其次步，以观看细胞的吸水状态。〔4〕进行试验播放探究植物细胞的吸水和失水的试验视频，有条件的让同学进行试验操作并观看。〔5〕分析结果展现未滴加蔗糖溶液之前、滴加蔗糖溶液之后以及滴加清水之后的紫色洋葱鳞片叶显微镜观看图，引导同学比拟观看并从中心液泡的体积和颜色、原生质层的位置和细胞体积四个方面描述试验现象。在滴加蔗糖溶液之后，中心液泡体积渐渐变小、颜色渐渐变深，原生质层渐渐脱离细胞壁，但细胞体积根本不变；而滴加清水之后，中心液泡体积渐渐变大并恢复原来大小，颜色渐渐变浅，原生质层渐渐贴近细胞壁并恢复原来位置，但细胞体积仍旧根本不变。与初始状态相比，滴加蔗糖溶液之后发生的现象称为质壁别离。提问：质壁别离中的“质〞和“壁〞分别指什么？为什么会发生质壁别离这一现象？请从外因和内因两个方面分析。从宏观上来看，植物细胞发生质壁别离后植物形态将是怎样？引导同学思索并得出：质壁别离中的“质〞指原生质层，“壁〞指细胞壁。发生质壁别离的外因是外界溶液浓度大于细胞，液浓度细胞失水，而内因是原生质层伸缩性大于细胞壁，所以在细胞失水时，原生质层会与细胞壁发生别离。从宏观上来看，植物细胞发生质壁别离之后，植物将表现为萎蔫。与滴加蔗糖溶液之后的状态相比，滴加清水之后，别离的原生质层与细胞壁渐渐贴合，这种现象叫做质壁别离复原。为什么会发生质壁别离复原这一现象呢？从宏观上看，植物细胞发生质壁别离复原后植物形态将是怎样？引导同学思索并得出：质壁别离复原的缘由是外外界溶液浓度小于细胞液浓度，细胞失水，从而使原生质层总体积增大并与细胞壁渐渐贴合。从宏观上来看，植物细胞发生质壁别离复原之后，植物将表现为坚挺。〔6〕得出结论基于上述分析，引导同学得出结论：成熟的植物细胞与外界溶液共同构成渗透系统，植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。植物细胞是通过渗透作用吸水和失水的，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁别离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁别离复原。提问：质壁别离状态时，植物细胞的原生质层与细胞壁之间存在什么物质？引导同学分析：由于植物细胞壁具有全透性，所以外界溶液可以通过细胞壁，同时细胞失水会使细胞液中的水分通过原生质层渗透出来，所以质壁别离后原生质层与细胞壁之间的是稀释的外界溶液。提问：发生质壁别离的细胞肯定可以复原吗？同学思索并得出：不肯定可以复原，如浓度差过大导致细胞失水过多或质壁别离时间过长等，会使细胞死亡而质壁别离不能复原。提问：植物细胞是否会因吸水而涨破？同学思索并得出：植物不会吸水涨破，由于细胞壁具有支持和爱护作用。〔7〕进一步探究呈现课后习题，引导同学思索植物细胞质壁别离与复原试验的其他应用：1.基于对植物细胞质壁别离原理的理解推断，以下各项无法通过质壁别离试验证明的是〔〕A.成熟植物细胞的死活B.原生质层比细胞壁的伸缩性大C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞结合所学学问，同学较易分析得出：只有活的成熟植物细胞才能发生质壁别离，A正确；质壁别离的内因是原生质层比细胞壁的伸缩性大，B正确；液泡体积增大说明植物细胞吸水，C正确；质壁别离试验无法证明水分子可以通过通道蛋白进入细胞，D错误。2.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动特别重要。先供应紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计试验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的试验思路，并分析其中的原理。引导同学思索并得出：配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观看细胞质壁别离的状况。记录刚好发生质壁别离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁别离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液浓度应介乎与这两个浓度之间。4.水分进出植物细胞的生活应用结合水分进出植物细胞的原理，思索：在青菜上洒水，为什么可使其坚挺？用蜂蜜腌制番茄时，为什么番茄会渗出水分？农作物施肥过多时，为什么会造成烧苗？同学分析可得出：①在青菜上洒水，外界溶液浓度低于细胞液浓度，细胞吸水，宏观表现为植物坚挺；②用蜂蜜腌制番茄时，外界溶液浓度高于细胞液浓度，细胞失水，所以番茄会渗出水分；③农作物施肥过多时，外界土壤溶液浓度高于根毛细胞液浓度，细胞失水，导致农作物烧苗。〔四〕水进出细胞的原理展现动物细胞和植物细胞在不同条件下的水分子进出细胞的状况和细胞形态，归纳水进出细胞的原理是渗透作用，并总结动物细胞和植物细胞分别对应渗透系统中的结构。〔五〕被动运输1.自由集中〔简洁集中〕展现自由集中模式图，介绍水分子可以很简洁自由地通过细胞膜的磷脂双分子层。这种物质通过简洁的集中作用进出细胞的方式成为自由集中或简洁集中。引导同学依据自由集中模式图分析自由集中的特点，并归纳得出为顺浓度梯度运输，由此引出物质在进行集中作用时顺浓度梯度运输，此时的浓度差为物质运输供应了势能，所以不需要消耗细胞释放的能量，由此得出其次个特点。阐述除了水以外，氧、二氧化碳、尿素等小分子物质也很简洁自由地通过细胞膜的磷脂双分子层，故其跨膜运输方式也属于自由集中。此外，甘油、乙醇和苯等也是通过自由集中的方式进行跨膜运输的，为什么它们能以这种方式进出细胞呢？结合细胞膜的结构，引导同学分析细胞膜的骨架是磷脂双分子层，而甘油、乙醇和苯等都是脂溶性小分子有机物，与磷脂分子有较强的亲和力，简洁通过磷脂双分子层进出细胞。2.帮助集中〔易化集中〕展现帮助集中模式图，介绍水分子除了可以通过自由集中的方式进出细胞外，还有假设的方式，让同学分析其不同点，从而得出帮助集中的概念和特点。在此根底上强调，水分子进出细胞的方式既有自由集中，又有帮助集中，但以帮助集中为主。再补充帮助集中的其他实例和转运蛋白的类型。展现帮助集中的两种载体蛋白模式图，让同学结合课本介绍，比拟分析通道蛋白和载体蛋白的不同点。并强调物质通过通道蛋白时不需与其结合，通道蛋白的自身构象也不会转变；而物质通过载体蛋白质时需要与其结合，并使其自身构象发生转变。3.人类对水通道蛋白的探究历程展现水通道蛋白的结构模式图，让同学阅读课本，并简要归纳人类对水通道蛋白的探究历程：首先是在动物肾脏内发觉水分子的跨膜运输远大于自由集中的速率，此外氢的同位素标记的水分子通过细胞膜时的速率高于通过人工膜，由此推想出细胞中存在特别的输送水分子的通道。阿格雷通过试验别离出了构成水通道蛋白的蛋白质，由此证明了水通道蛋白的存在，此外还在多种生物的多种细胞中发觉了多种水通道蛋白，而且肾小球的滤过作用和肾小管的重汲取作用都与水通道蛋白有关。4.自由集中和帮助集中的比拟展现自由集中和帮助集中模式图，引导同学从物质跨膜运输方向和是否需要消耗细胞内化学反响产生的能量两个方面，分析自由集中和帮助集中的相同点，由此归纳出被动运输的概念：物质以集中方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反响所释放的能量的物质跨膜运输方式。引导同学分析自由集中和帮助集中的不同点，得出自由集中不需要转运蛋白，而帮助集中需要转运蛋白。展现两种物质跨膜运输方式的膜内外物质浓度差与运输速率的关系图，让同学分析哪条线指代哪种跨膜运输方式，并说明缘由。引导同学分析得出：由于自由集中不需要转运蛋白，所以只会受到膜内外物质浓度梯度的影响，所以甲线表示自由集中；而帮助集中除了会受膜内外物质浓度梯度影响外，还受转运蛋白的数量影响，所以乙线表示帮助集中。进一步提问：转折点〔A点〕后限制运输速率的因素是什么？同学较简洁分析得出是转运蛋白的数量。5