《物质跨膜运输的实例──水分》教学设计
青口一中
一、课程描述
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。本章和第五章的内容属于细胞的功能。本节改变了以往教材的呈现方式，没有把水分放在代谢一章里，也没有先讲植物的渗透作用，而是利用一些具体例子和资料，介绍了两方面的内容，水分子是顺着相对含量的梯度跨膜运输的，一些离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度跨膜运输的，最后总结出细胞膜是选择透过性膜。
其中，水分的跨膜运输含有重要的教学价值，这是一个探究实验，也是学生在高中阶段第一次接触探究实验，通过对植物细胞失水和吸水的实验，培养学生学会探究问题的一般方法和步骤。
二、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。
三、三维目标
1、知识方面：描述半透膜的特征；举例说明动物细胞膜和植物原生质层相当于半透膜；理解水的跨膜运输是顺浓度梯度。
2、能力方面：尝试提出问题，作出假设；进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。
3、情感态度和价值观方面：体验科学探究过程，培养学生质疑、求实、创新的科学态度和精神；学生在合作的过程中,学会与人交流,尊重他人。
四、教学设计思路
由于本节教学内容十分接近生活， 因此采用“过程式的教学”和“学生的研究性学习”相结合的教学模式。通过创设问题情境导入新课，以“问题探讨（渗透作用的实验现象）”为切入点，并通过实验、板图及多媒体手段突破难点之一（漏斗内的液面上升原因），为学生更好的理解细胞吸水和失水原理做好铺垫；以生活中相关现象和科学家们的故事为背景，引导学生发现问题及提出有价值的问题；引导学生学会如何分析问题作出假设，并根据所做的假设来设计实验，考虑实验操作的具体细节(材料、试剂、用具的选择，操作步骤，结果预期，设计记录表格等)。
五、教学主要手段：电脑多媒体和传统媒体。
六、教学方法：学生实验观察、讨论与教师讲述和启发引导相结合。
七、教学时间：1课时
八、教学过程
（一）创设问题情境，导入新课
问题1：细胞是一个基本的生命系统，这个系统的边界是什么？
问题2：由于边界的存在，进而将细胞与外界物质分隔，这种分隔是不是意味着细胞需要的物质不能进来，细胞不需要的物质不能出去，为什么？
问题3：从“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。细胞膜能控 制物质进出细胞”切入，设疑并引入新课：细胞膜是怎样控制物质进出细胞的？今天，我们以水分为例，共同探讨水分是怎样通过细胞膜进出细胞的。
[设计意图:通过创设问题情境，引导学生寻找新旧知识的结合点，使学生主动地参与学习过程。] 第一节：物质跨膜运输的实例━━水分
（二）探索新知
1、“问题探讨”：渗透作用的实验现象
（1）演示实验：一滴红墨水滴入到清水中，出现什么现象？
学生观察并回答。
（2）提出探究问题：如果两种不同的溶液被一层半透膜隔开,结果又会怎样? 教师说明半透膜的特性。
在此基础上，播放兴趣小组亲自实验过程录像，并由其中一同学作代表汇报实验情况，其他同学边观看边听汇报：烧杯中是清水，漏斗内是30%的蔗糖溶液，两种不同的溶液被一层鸡蛋壳膜（半透膜）隔开，实验开始时，漏斗内外的液面在同一水平面上，静置2 h后，漏斗内的液面上升。
[设计意图:由兴趣小组亲自实验，增加可信度，而且这种出乎意料的实验结果恰恰会引起学生强烈的求知欲望。]
小组讨论： 为什么漏斗内的液面会上升？
小组代表发言。
教师点评：给学生适当的鼓励。
多媒体动画演示，引导学生思考：水分子向哪些方向移动,总体向哪一个方向移动? （3）引导学生分析并认识到：
①蔗糖分子不能自由通过半透膜而水分子可以。
②两侧的水分子都在运动。
③由于单位体积内，清水中的水分子数量多，蔗糖溶液中的水分子数量少，所以在单位时间内，由烧杯通过半透膜进入漏斗的水分子数量多于由漏斗通过半透膜进入烧杯的水分子数量。 ④总体的扩散方向为水分子由烧杯通过半透膜进入漏斗，因此漏斗管内的液面上升。
⑤总结：水分子从数量多的一侧向水分子数量少的一侧扩散，也就是说：水分子是顺着相对浓度梯度跨膜运输的，这种现象称为渗透作用。这个装置叫渗透装置。 学生思考：漏斗内的液面是否无限升高？
教师引导：开始时，水分子从数量多的一侧向水分子数量少的一侧渗透的趋势（压力），大于水分子从数量少的一侧向水分子数量多的一侧渗透的趋势（压力）当漏斗内的液面逐渐升高，蔗糖溶液中的水分子数量逐渐增多，这是两侧压力几乎相等，水分子的运动达到动态平衡，漏斗内液面不再上升。
[设计意图: 培养学生的观察、比较、分析的能力；培养学生综合不同学科知识的能力。同时，给学生适当的鼓励，有利于提高学生主动参与学习的积极性。]
3、小组讨论两个问题，总结渗透作用的发生必需的条件有哪些? ①如果用一层纱布代替玻璃纸,漏斗管内的液面还会升高吗? ②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? 师生共同总结: 要有半透膜；半透膜两侧的溶液存在浓度差。
[设计意图: 培养学生的归纳能力及友好的合作精神。]
2、细胞的吸水和失水
（1）动物细胞的吸水和失水
从生活中的例子引出动物细胞的吸水和失水。例如，当我们吃比较咸的食物时，像腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔会有什么感觉?为什么? 有什么办法解决？
学生回答:会有干燥难受的感觉，因为口腔细胞失去水分，即水分的输出。这时及时的喝水，可以缓解口渴。
教师归纳：这些现象说明动物细胞的吸水和失水。
图片展示：哺乳动物红细胞吸水和失水
小组讨论：什么情况下,哺乳动物红细胞膨胀,皱缩或形态不变? 小组代表发言：
当细胞质浓度 ﹥外界溶液浓度，细胞吸水
当细胞质浓度 ﹤外界溶液浓度，细胞失水
当细胞质浓度 ＝ 外界溶液浓度，细胞形态不变
师生共同总结: 水分进出细胞与细胞质的浓度和外界溶液是否存在浓度差有关。 学生思考：细胞膜是否相当于一层半透膜？
教师引导： 细胞膜能让水分子通过，而血红蛋白（大分子物质）不能通过，符合半透膜的特性，所以细胞膜相当于一层半透膜。
教师总结：动物细胞相当于一个渗透装置。
[设计意图: 从生活中来，到生活中去。培养运用所学的生物学知识解释生活中一些实际问题的能力。] （2）探究植物细胞的吸水和失水
例如，在日常生活里, 白菜放置时间长了,以及萝卜条放在盐水中,都会萎蔫；而卖菜的阿姨经常向青菜上洒水,青菜变得硬挺,说明植物细胞也会吸水和失水。
●提出问题
教师: 从生活中的现象，结合上面这些例子，你可以提出什么问题?将问题写下来。
学生:①细胞会失水吗?(渗出的水是细胞内的水还是间隙的水) ②细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水呢? ③水分是如何进出细胞的?
④植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？
⑤„„
教师:大家一起来讨论一下提的问题哪些是有价值的，值得探究的。
学生: ②、③和④三个问题提得好，可以探究。
教师引导:我们要善于从生活中的现象发现新的问题，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。
教师:好，提出了一个有价值的问题以后，我们如何去研究它呢?这是高中生物第一个探究实验，这节课我们主要学习探究问题的一般方法和步骤。
我们再回到植物细胞的失水与吸水，从卖菜的阿姨的做法等现象，我们发现问题──植物细胞也能吸水和失水，接着我们提出若干问题，并讨论得出有价值的，值得探究的问题。下面我们先以第④个问题为例，来学习探究问题的一般方法和步骤。
提出探究问题：植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？
●作出假设
①作出假设:当一个问题提出后，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”。
图片展示：成熟植物细胞结构图。 提供信息：①成熟植物细胞具有中央大液泡，占整个细胞很大比例，因此成熟植物细胞内的液体环境主要考虑液泡中的细胞液。
②细胞壁的特点：全透性。
③细胞膜、液泡膜都是半透膜。
④原生质层：包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
教师引导，作出假设：原生质层相当于半透膜。
②预测实验结果：
当细胞液浓度 ﹥外界溶液浓度，细胞吸水，质壁分离；
当细胞液浓度 ﹤外界溶液浓度，细胞失水，质壁分离复原
在此处，教师可以适当补充：细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，
但由于原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质就会与细胞壁分离开来，也就发生质壁分离。
教师追问：植物细胞会不会像动物细胞一样，不断的吸水最后涨破呢？
学生回答。
（3）设计实验
教师引导学生考虑这个实验设计上的一些细节问题，例如：
①实验材料、试剂、用具的选择
材料的选择：有颜色的还是没有颜色的，细胞小的还是相对比较大的，为什么？
教师补充：洋葱表皮细胞有紫色液泡，而且表皮容易撕取获得，我们可以考虑。
试剂的选择：糖水、盐水、海水、酒精？
[设计意图: 通过问题的设置，使学生在思考领悟到选择合适实验材料、试剂的重要性。] 实验用具的选择：植物细胞的吸水和失水是一个微观的过程，必须通过什么工具来观察？
学生:用显微镜观察。
②实验步骤
教师转承：实验材料、试剂、用具选好了，接下来我们要考虑整个实验具体的操作步骤。是先把洋葱泡在蔗糖溶液中，10 min后取出做成装片，显微镜下观察;还是先做好装片，再想办法往里加入试剂呢? 学生回答:先做装片再加试剂好，这样可以在显微镜下观察细胞失水的变化过程。
实验要点提示：
第一步：制作洋葱鳞片叶表皮的临时装片，先用低倍镜观察。
设问：如何使洋葱鳞片叶表皮细胞处于失水状态？
第二步：尝试用不同浓度梯度的蔗糖溶液（质量分数为10％、20％、30％、40%、50%、60％、）使洋葱表皮细胞发生质壁分离。
[设计意图:使学生认识到实验设计的科学性。] 设问：如何使它们复原？
第三步：使洋葱表皮细胞浸润于清水中，观察质壁分离的复原。
③设计结果记录表
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。主要考虑实验前后可能发生变化的因素。
（4）进行实验
（5）分析结果，得出结论
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?例如这个实验中，如果开始使用了0.8 g/mL的蔗糖溶液，很快就观察到了质壁分离，但后来加清水怎么也不能使细胞发生质壁分离复原，能否断定当外界浓度低的时候细胞不能吸水呢?为什么？
学生回答：不能，因为蔗糖浓度过高了，导致细胞失水过快而死亡。
教师:所以无论实验成功也好，失败也好，都要认真分析。
[设计意图:从实验材料,方法的选择,实验过程.结果分析等一系列探究活动,使学生体验实验设计思路,提高学生的科学思维。]
（三）课堂小结
这节课通过渗透作用的实验现象，了解渗透作用的原理以及渗透作用发生必需的两个条件；从生活中的现象我们发现动植物细胞都能吸水和失水，重点学习探究的一般方法和基本步骤:提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→表达与交流→进一步探究。下节课我们就到实验室来完成这个实验。
（四）布置作业：小组合作完成，针对探究的问题，设计一份实验方案。
[课后记]
科学并非一些概念、规律的堆砌，对科学的正确认识应当懂得科学的原动力、科学精神和态度。科学的教育应当激发学生内在的动力──求知欲，要培养学生的科学方法、科学精神和态度。
教材将“渗透作用的实验现象”以图片形式呈现，我认为更好的设计是转化为学生主动体验实验过程，布鲁纳的“认知──发现学习”理论等一些优秀的学习理论，都含括了一个非常重要的理念，那就是重视“体验”。通过体验，让学生融入其中，才能真正有利于培养学生的生物科学素养，同时也为更好的理解教学重点、难点奠定基础。若课时限制，可以先由兴趣小组实验，并拍摄实验过程，上课播放兴趣小组实验过程录像，并由其中一同学作代表汇报实验情况，其他同学边观看边听汇报。
植物细胞失水和吸水的实验是一个“探究实验”，也是学生高中阶段第一次接触“探究实验”，有其重要的教学价值。这部分内容并没有告诉学生探究的具体步骤，而是以设问导问方法，使学生主动寻疑析疑最后达到解疑；引导学生既会发问又会寻疑析疑，真正做到“教是为了不教”，充分尊重学生的主体地位。
这节课时间相当紧，有些问题未能给学生充分的讨论时间，建议学生课前预习，有些问题课前讨论，并互相评价，写出评价记录。
[点评] 1.本节课从导入新课到细胞吸水和失水原理的探讨，都注重与现实生活的联系，充分调用学生的生活经验，用生活中的问题来激发学生的求知欲，使学生在对丰富的感性知识的回忆和体察中，感悟现象中蕴含的原理，顺利地建构概念，掌握和运用规律。较好地体现了新课程的理念。
2.该课的重点是探究水分进出细胞的原理。为了突出重点，教师在设计该课时，还运用了布鲁姆的“发现学习”理论，变传统的“结论式教学”为“过程式教学”，让学生在对科学探究过程的体验中，发现和建构知识，并培养求真务实、敢于质疑、勇于创新的科学态度和科学精神，这也是新课程改革的要求。
3.在该设计中，为了突破难点，还充分地整合了电脑多媒体和传统媒体的优势，使感性材料的呈现省时高效，增加了课堂上有效信息的密度。
4.该设计既留出了学生的自主学习和小组合作学习的时间，又有课外兴趣小组探究实验过程和结果的演示示范，在此基础上，教师从具体案例出发，重点讲述实验设计的基本环节，让学生举一反三，从模仿开始，循序渐进的去领悟探究实验设计的基本方法。这既符合新课程改变学生单一学习方式的要求，也符合学生现有的认知水平和认知规律，且体现了课堂空间时间上的弹性和开放性。
5.该设计比较注意新旧知识的承前启后，让学生在温故中知新，实现知识的正迁移；还比较注重对学生的思维方法的引导和思维能力的培养，在教学环节和教学语言的设计中体现了逻辑的严谨性。
6.该设计学生课外探究实验仅限于少数几个学生，若能扩大学生参与的面，教学效果将会更好。此外，为了检验学生对重点和难点知识的掌握程度，课堂适时检测反馈也是必要的。
