“探究细胞液浓度”教学设计

赵晓刚

探究细胞液浓度，是学生在完成质壁分离实验后，浙科版教材《必修一·分子与细胞》模块安排的一个建议活动。该活动一方面让学生熟悉制作临时装片和使用显微镜的操作方法，提高学生生物学实验技能；另一方面也是培养学生的探究意识和创新精神，接受科学方法训练的好素材，建议中学阶段应积极开展。为了达到预期教学目标，对探究细胞液浓度的教学设计如下。

1 设置问题情景，提出问题

上课伊始，要求学生依据教师提供的材料和器具，以“质量分数为1%的KNO3溶液”为介质制备1个紫色洋葱表皮的临时装片备用，稍后观察。

（1） 实验材料和器具。

紫色的洋葱鳞片叶、浓度为0.1 g/mL（10%）的KNO3溶液、蒸馏水、反应器皿、解剖刀、镊子、100～1000 μL可调移液器、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜。

设置目的和评价：让学生熟悉制作临时装片的技能，独立解决溶液的稀释问题，为配置合适浓度梯度的KNO3溶液奠定技术基础。

（2） 复习提问上节课内容，即质壁分离及复原实验的原理。

设置目的和评价：设置时间差（约1～2 min），为学生“发现问题，作出假设”做好铺垫。

（3） 待提问结束后，让学生观察刚才制作的临时装片，描述观察到的现象。

实验结果：未观察到“质壁分离”现象，教师引导学生分析产生此现象的原因。

2 作出假设

学生经过分析讨论，对“未发生质壁分离”现象的假设主要集中在4个方面：

（1） 细胞为死细胞。

（2） 细胞外液（KNO3溶液浓度）等于细胞液浓度。

（3） 细胞外液（KNO3溶液浓度）小于细胞液浓度。

（4） 细胞外液（KNO3溶液浓度）大于细胞液浓度，由于未及时观察发生质壁分离后复原。

设置目的和评价：教师引导学生发现或提出问题，作出假设。优化问题情景和问题设置可激发学生对生物学科和课堂的极大的兴趣，使其产生学习、探究的动力。引导学生设计可行的实验方案解决自己提出的假设。

3 设计实验，验证假设，确立实验课题

3.1 确定实验课题、实验原理和实验方案

对于“假设细胞为死细胞”，如何设计实验验证？经讨论分析，学生设置的实验方案一般有2个：

（1） 染色排除法，依据实验原理：活细胞膜具有选择透性。

（2） 利用不同浓度梯度KNO3溶液处理细胞，显微镜观察是否发生质壁分离，依据原理是渗透作用。

经师生共同分析，发现依据提供的实验材料和器具，无法完成实验方案（1），但可完成方案（2）。同时发现方案（2）也是解决“假设②、③、④”的最佳方案，确定探究细胞液浓度的课题进行研究。

设置目的和评价：引出本节课的实验课题、实验原理、实验方法。

3.2 依据实验课题和方案，分析实施实验的注意事项

依据前面的问题情境和师生分析，教师引导学生思考，为完成“测定细胞液浓度”的目的，在实验过程中需要注意的事项：

（1） 选择新鲜的材料，排除死细胞的干扰。

（2） 溶液处理材料后要迅速观察，排除质壁分离复原的干扰。

（3） 实验成败的关键是设置合适的KNO3溶液浓度梯度。

设置目的和评价：实验注意事项不是由教师确定强加于学生，而是让学生依据实验目的和实验情景分析得出。教师要培养学生分析和解决问题的能力，使他们在科学探索过程中逐步形成科学态度和科学价值观。

3.3 学生实验

完善实验报告，实施实验。

3.4 统计实验结果及分析，得出实验结论

多数学生通过实验测得洋葱鳞片叶外表皮细胞在质量分数为2%的KNO3介质中约一半细胞不发生质壁分离，少数学生结果有差异。

学生的自主探究活动终结于得出结论，不同学生实验结论的差异会是引起学生进一步思考的动力。教师要引导学生从实验的自变量、因变量、无关变量的角度分析产生实验误差的原因，感受成功或失败的情感体验和科学思维的乐趣，从而突出学生在学习过程中的主体作用，激发学生思维和行动的内在动力。

4 设置新的问题情景，理解细胞液浓度的含义

教材中实验提供的试剂是蔗糖，往年我校学生洋葱细胞液浓度测得值为0.15 g/mL（15%）蔗糖浓度，测得值与质量分数为2%的KNO3溶液。这两个数值含义是否相同，细胞液浓度的含义是什么。

设置目的和评价：引导学生思考细胞液的真正含义，通过数据计算，细胞液的浓度是细胞液所有溶质（分子和离子）的总的物质的量浓度。这样使学生体验跨学科知识的魅力，培养学生科学思维方法和能力，体会做科学的严谨和快乐。

5 教学反思

本节课以KNO3溶液为介质，通过合理设置问题情景，激发学生探究的动力，提出并较好的完成了“测定细胞液浓度”的实验课题，并通过实验分析让学生理解了细胞液浓度的真正含义。加强探究性实验教学的实践和研究是未来生命科学教学的必然方向，教学中教师要摆正自己的位置，教师在教学过程中只是问题的教师设计者、探究时的参与者、结论的共同形成者。教学中要充分尊重学生的主体作用，培养学生的科学精神。