第四单元细胞的物质输入和输出（单元教学设计）高一生物（人教版2019必修1）

第四单元细胞的物质输入和输出目录单元课标要求单元教材分析学生学情分析单元学习目标单元课时安排课时教案设计具体内容第一部分单元课标要求物质通过被动运输或主动运输方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动。1、阐明质膜具有选择透过性。2、举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。3、举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。第二部分单元教材分析1、本章教材内容分析物质跨膜运输的方式有多种，教材首先从水分子出入细胞的方式说起，让学生立即扩散、渗透的原理，进而理解什么是被动运输，在此基础上区分自由扩散和协助扩散，并为进一步学习主动运输打下基础。蛋白质或其他有机大分子颗粒无法直接穿过细胞膜，但可以通过胞吞胞吐的方式进出细胞。本章内容的安排符合知识由易到难的逻辑，符合学生的认知规律。本章共两节，第一节是被动运输，第二节是主动运输与胞吞、胞吐。从需要消耗细胞代谢产生能量的角度来看，也可以将胞吞胞吐看成是一种特殊的主动运输。2、与其他章的联系本章内容的学习是基于细胞膜的结构，且“细胞器之间的分工合作”中分泌蛋白合成与分泌过程中涉及到的蛋白质分泌就是借助胞吐的方式进行的，对于学生学习和理解胞吞胞吐是非常有意义的铺垫。因此将本章内容放在“细胞的进本结构”之后。同时本章所学习的物质运输和运输过程所需要的能量，又为下一章的学习埋下了伏笔。本章内容有承上启下的作用。第三部分学生学情分析在初中阶段的学习中，学生已对植物细胞吸水和失水有了感性的认识；指导当细胞溶质浓度小于细胞外液溶质浓度时，细胞失水，反之细胞吸水；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。在物理学习中，学生对物质分子的扩散现象也有基本的认知。这些已有的知识和经验可以作为教师创设教学情境的理想素材，帮助学生更好地理解物质跨膜运输的具体机制。第四部分单元学习目标1.初步以结构与功能观，说出被动运输、主动运输、胞吞胞吐运输方式的特点，极其与结构相适应。2、基于生物学事实和证据运用模型与建模分析渗透作用装置及发生条件，针对植物质壁分离与复原进行实验设计、方案实施及结果分析。3.采用类比推理方法，依据跨膜运输条件对主动运输的影响因素进行分析。4.基于物质运输特点，能够解释生活和生产中常见生物学现象，指导农业生产合理施肥。第五部分单元课时安排第1课时被动运输第2课时被动运输第3课时主动运输和胞吞、胞吐第4课时章节复习第六部分课时教案设计被动运输(第一课时）一、课程标准1、阐明质膜具有选择透过性。2、举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。二、教学目标1.掌握渗透作用的原理，知道植物细胞是渗透系统，建立结构与功能观。（生命观念）2.体验科学探究过程，培养问题意识、实验设计能力、实践操作能力、自主构建概念能力。（科学探究）3.运用物质跨膜运输知识解决生产生活中的问题，培养尊重科学、实事求是的学风和团队分工合作精神。（社会责任）三、教学重难点1.教学重点探究植物细胞的吸水和失水。2.教学难点探究植物细胞的吸水和失水。四、教学过程教学过程教师活动学生活动设计意图导入新课播放视频《有趣的水分子运输》从视频中可以清晰的看到水从水多的地方流向了水少的地方，如果换成两种溶液用半透膜隔开，是否也能观察到水的流动？观看视频。通过一个有趣的小实验，引起学生的探究欲望。渗透作用播放渗透装置发生渗透作用的视频，让学生根据视频思考问题1.漏斗管内的液面为什么会升高?2.如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？3.如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？4.尝试概括渗透作用的发生需要具备怎样的条件？引导学生概括渗透作用的条件和方向。出示扩散和渗透作用的图片，提问：从扩散和渗透作用的示意图中，可以看出两种方式有什么异同吗？观看视频，思考任务中的问题，通过分析、讨论概括出渗透作用的发生需要具备的条件。进而概括出扩散和渗透作用两个概念，并结合图析概括渗透作用的方向。观察扩散和渗透作用的示意图，归纳出两种方式的异同。培养学生的观察、分析问题的能力。水进出细胞的原理动物细胞吸水和失水2、植物细胞吸水和失水请同学们想一想临床上输液为什么要用生理盐水？展示动物细胞的吸水和失水实验结果图片，引导学生思考播放动物细胞吸水涨破的视频，水分子进出动物细胞是渗透作用吗？如果是，动物细胞如何满足渗透作用的条件？引导学生总结动物细胞满足渗透作用的条件：细胞膜是半透膜；细胞质与外界溶液之间存在浓度差。展示一系列问题，分析水进出哺乳动物红细胞的原理，引导学生思考分组讨论，并作答。1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于教材P62“问题探讨”所示装置中的什么物质？2.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？3.红细胞吸水和失水取决于什么条件？4.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？提问：视频中动物细胞游泳时吸水涨破了，为什么植物细胞安然无恙？是因为它不会发生渗透吸水吗？展示腌黄瓜的图片提问：盆中的水是哪里来的？腌黄瓜时水分的渗出是否发生了渗透作用？如何能观察到植物细胞吸水和失水的情况？用问题引导学生思考“探究植物细胞吸水和失水”实验的原理，掌握实验的基本步骤①用肉眼能直接观察到植物细胞吗?②植物材料是先放在外界溶液中还是先观察?③在整个探究植物细胞的吸水和失水的过程中至少要在显微镜下进行几次观察?任务一：分组讨论，完成实验设计用问题引导学生思考讨论设计实验方案问题①:选择什么实验材料?(能否用其他的植物材料进行观察?没有色素的细胞在显微镜下难以观察到细胞发生变化过程该如何解决?)问题②∶选择什么外界溶液?问题③:选择什么浓度的外界溶液?任务二:完成实验，观察实验现象巡视学生的实验过程，发现问题及时指导，并将完成效果较好的图片拍摄展示学生实验效果较好的失水图片引导学生思考：失去的上哪里的水？将细胞液与外界溶液分隔开的是细胞的哪些些部分？这些部分是否符合半透膜的要求？在植物细胞中充当半透膜的是？总结：成熟的植物细胞有中央大液泡，占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。所谓水进出细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。因此，原生质层是植物细胞的半透膜。继续引导学生观察失水细胞的图片，提出质壁分离的概念，并讲解质壁分离的原因引导学生总结该实验的实验结论：①、植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，水分子是以渗透作用的方式进出植物细胞的。②、当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞会失水，出现质壁分离现象。③、当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,植物细胞会吸水，出现质壁分离复原现象。提问：农业生产上，对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象，请根据本节课所学内容进行分析。思考问题并回答：防止细胞吸水或失水。思考讨论交流，概括动物细胞满足渗透作用的条件结合动物细胞吸水失水的原理，思考讨论回答问题思考问题并回答思考讨论，设计实验方案完成实验，观察现象思考并回答倾听并记录总结实验结论思考并解释烧苗的原因培养学生的观察、分析问题的能力。创设的情境让学生发现问题、提出问题完成从宏观现象观察到微观探究的过渡，引导学生思考此实验需要前后形成对照，引导学生思考整个探究实验过程基于细胞的失水与吸水原理，明确应合理施肥。教学反思本节课教学结合新知识精心设计课堂学生活动，运用真实连贯情境和探究实验，激发学生学习兴趣，设计梯度合理、层层递进的问题来引导学生思考，归纳构建重要概念，有效提升学生科学思维，实现了学生生物学学科核心素养的多层次培养。被动运输(第二课时）一、课程标准1、阐明质膜具有选择透过性。2、举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。二、教学目标1.感悟正常的物质进出对细胞代谢的重要意义，对多个实例进行分析、推理、归纳和概括，阐释被动运输的原理和特点，认同生物体的结构和功能相适应的特点，认同细胞膜具有选择透过性。（生命观念）2.通过模型构建，动画展示，能比较自由扩散和协助扩散的异同点，形成对物质跨膜运输方式的基本认识。（科学思维）3.通过科学家的模拟实验探究不同物质通过人工膜的差异，激发学生思考，认同实验是检验真理的良好途径，小组合作制作模型，模拟自由扩散和协助扩散，培养学生的求真与合作意识（科学探究）4.运用被动运输的概念解决生产实践中的问题，关注生产及生活等社会问题，形成一定的社会责任。（社会责任）三、教学重难点1.教学重点被动运输的原理和特点。2.教学难点转运蛋白的种类和作用。四、教学过程教学过程教师活动学生活动设计意图导入新课播放视频《动物细胞游泳身亡后续》观看视频。温故知新用旧知引出新知。自由扩散像水分子这样，物质以扩散的形式运输的方式叫做被动运输。被动运输分为自由扩散和协助扩散。多媒体动画演示自由扩散的过程，引导学生观察物质进出的特点，引导学生分析自由扩散的特点。资料：氧气、二氧化碳等气体分子很容易扩散透过磷脂双分子层，在肺部氧气一路顺浓度扩散进组织细胞，细胞呼吸作用产生二氧化碳，二氧化碳又一路扩散进入肺泡。一些脂溶性物质，比如苯、性激素、乙醇、甘油也能通过自由扩散顺浓度进出细胞。提问：为什么他们可以如此简单不费力气的运输呢？你能想到原因吗？提问：影响自由扩散的因素有哪些？观看动画，分析自由扩散的特点思考、回答问题思考讨论、回答问题培养学生的观察、分析问题的能力。协助扩散展示人工膜与生物膜图片提问：水分子生物膜与人工膜中均能进行运输，但是生物膜中的运输速率更快。说明什么问题呢？资料：20世纪美国科学家阿格雷从哺乳动物细胞膜中提取到了一种蛋白，并使其在爪蟾卵母细胞表达，发现蛋白的表达，5分钟卵母细胞迅速胀破。进一步实验，提取到了蛋白，并称为水通道蛋白。概括：把这种通过扩散，并且需要转运蛋白协助的运输称为协助扩散，也叫易化扩散多媒体动画演示协助扩散的过程，引导学生观察并总结出协助扩散的特点。提问：1.协助扩散的特点是什么？2.除葡萄糖分子以协助扩散方式进入红细胞外，还有哪些物质可以通过协助扩散进入细胞？3.影响协助扩散的因素有哪些？4、自由扩散和协助扩散有什么异同？5、为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？水通道蛋白的发现使阿格雷荣获诺贝奖，与他一同获奖的还有解析钾离子通道蛋白的麦金农。什么是通道蛋白呢？播放通道蛋白的视频，引导学生概括通道蛋白的特点：分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合，只容许与自身通道直径和形状匹配、大小和电荷适宜的分子或离子通过。设疑：水分子存在自由扩散和协助扩散，到底哪一个是它的主要运输方式呢？播放水分子两种运输方式的视频。资料：成人每天原尿有180升，最终排出的尿液却只有升。水分子主要被肾小管和集合管重吸收。提问：怎样才能保证水分子快速、大量被重吸收？在协助扩散运输中除了通道蛋白还有载体蛋白起着运输的作用，那载体蛋白与通道蛋白有什么不同之处？利用模型比较载体蛋白和通道蛋白的差别思考回答：说明还存在其他的运输方式，并且效率更高观察动画、思考问题，区分自由扩散和协作扩散，归纳这两种物质跨膜运输方式的异同点。理解新内容，结合构建的模型，理解载体蛋白和通道蛋白的区别。观看视频，概括通道蛋白的特点分析资料，明确水分子运输方式主要是协助运输在构建模型的基础上理解自由扩散和协助扩散的异同点，形成对物质跨膜运输方式的基本认识。引导学生运用所学知识解决生活中的实际问题，形成社会责任。教学反思本节课，将微观、不易理解的知识通过模型构建的方式呈现，有助于学生建构自由扩散与协助扩散相关概念。总结提升环节引导学生运用所学知识解决生活中的实际问题，形成社会责任。生物学学科与实际生活联系紧密让学生体会到生物学学习的快乐和解决实际间题的成就感，提高学生的生物学学科核心素养。主动运输与胞吞、胞吐一、课程标准1、阐明质膜具有选择透过性。2、举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白。3、举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。二、教学目标1.通过阅读分析相关资料，理解主动运输和胞吞胞吐的过程和特点，构建本节课核心概念，巩固相应的结构与功能观、物质与能量观，培养信息获取与分析、归纳与概括的科学思维能力。（生命观念、科学思维）2.通过设计实验探究柽柳的根部吸收无机盐离子的方式，培养解决陌生情境中问题的科学探究能力。（科学探究）3.通过生活实例分析，运用知识解决实际问题。（社会责任）三、教学重难点1.教学重点（1）主动运输的过程和特点（2）胞吞、胞吐的过程2.教学难点（1）主动运输的过程和特点（2）胞吞、胞吐的过程四、教学过程教学过程教师活动学生活动设计意图导入新课播放甲状腺细胞关于吸碘的视频，使学生明白碘对于我们生命活动的重要性。从而导入甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的学习。资料1：人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液中高2025倍。提问：1.甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是通过被动运输吗？2.联想逆水行舟的情形，甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘是否需要细胞提供能量？3.这在各种物质的跨膜运输中是特例还是有一定的普遍性？展示图片，提出问题。这些物质是如何运进细胞的呢？观看视频。依据被动运输的概念作出合理判断。初步认识甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点。认同主动运输方式在生命活动中的普遍性。激发学生兴趣，引入不同于被动运输的物质进出方式。主动运输资料2：资料1：肾小球每天滤过钠约500g，每天尿液中排出3～5g。1.探究Na＋进、出肾小管上皮细胞的方式。肾小管上皮细胞内Na＋浓度仅为10mmol·L－1，远低于细胞外。ATP为一种能源物质。(1)肾小管腔中原尿里大量的Na＋以何种方式进入肾小管上皮细胞？请说出判断依据。(2)Na＋以何种方式运出肾小管上皮细胞？请说出判断依据。2.探究葡萄糖进出肾小管上皮细胞的方式。肾小管上皮细胞逆浓度吸收葡萄糖时，没有直接消耗ATP，而是利用Na＋浓度差的能量。但是Na＋浓度差的建立是依靠Na＋－K＋泵的，而Na＋－K＋泵需要消耗ATP。(1)图中葡萄糖进、出肾小管上皮细胞分别是何种方式？(2)Na＋－K＋泵对葡萄糖的运输有无影响？(3)图中同一种物质进出细胞的方式是否相同？并举例说明。资料3：药理学试验发现，植物载体蛋白抑制剂阿米洛利能显降低逆浓度跨膜运输速率;而通过某生物技术手段获得拟南芥载体蛋白量高于正常植株，其逆浓度跨膜运输速率增加。提问:资料说明植物逆浓度梯度吸收需要什么条件?播放主动运输视频引导学生对上述内容进行归纳总结，自主构建主动运输的概念资料4：原尿中的葡萄糖如果不能全部被肾小管上皮细胞重吸收，则会排出体外，对人体不利。机体每天可产生40～60mmol氢离子(H＋)固定酸，这些氢离子必须被中和并由肾脏排出，否则会对机体造成严重危害。肾小管通过主动运输分泌氢离子的功能可以确保其从尿液中顺利排出。提问：主动运输有什么意义？小组同学分析实验结果并讨论回答问题，探究主动运输