“物质跨膜运输的实例”一节的教学设计

羊垂功

(广东省开平市开侨中学 529300)

1 教材分析和设计思路

人教版高中生物学教材《分子与细胞》第四章第一节“物质跨膜运输的实例”包括渗透作用、动物细胞的吸水和失水、“植物细胞的吸水和失水”探究实验、物质跨膜运输的其他实例等内容，它们在教材中内隐的逻辑关系是：以问题探讨引入，引导学生分析渗透作用的现象、条件；通过“思考与讨论”栏目，引导学生类比推理动物细胞本质是一套特殊的渗透装置，展示、启发学生分析动物细胞吸水与失水实验现象示意图，进而使学生认识动物细胞吸水与失水的现象、原理。那么细胞吸水与失水现象、原理有无实验证据？为体现这一内隐的科学探究方法，教材引导学生对比动、植物细胞结构上的差异，并在此基础上提供植物细胞吸水和失水的现象、原理的实验证据，进而使学生认识动、植物细胞吸水与失水的原理一样，但因两者结构有差异而使它们的实验现象有差异，然后梳理、总结水分子跨膜运输的特点，引导、启发学生通过“资料分析”，认识物质跨膜运输除了存在顺着相对含量梯度跨膜运输的实例外，还存在逆着相对含量梯度跨膜运输的实例，进而使学生建立起细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜的观点，为“生物膜的流动镶嵌模型”和“物质跨膜运输的方式”的学习奠定基础。本设计将“植物细胞的吸水和失水“的探究实验独立于第2个课时进行，而第1课时的教学主要为第2课时的教学夯实能力基础。

2 教学目标

2.1 知识目标 说出渗透作用发生的条件；举例说明动物细胞发生吸水和失水的原理；解释细胞对无机盐离子吸收的特点。

2.2 能力目标 学会从实验现象中提出问题、分析问题、解决问题；尝试解释有关生产和生活现象。

2.3 情感态度与价值观目标 认同细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，体验科学探究的一般过程。

3 教学过程

3.1 探讨渗透作用现象、原因 引导学生回顾细胞膜功能，然后强调：细胞膜其中一个功能是控制物质进出细胞,那么物质是怎样进出细胞的？引出课题“物质跨膜运输的实例”并补充：水是生命之源，也是细胞中含量最多的物质，那么水是怎样进出细胞的？播放渗透作用多媒体动画，展示半透膜并简介其作用。设问：看完动画后，大家最想了解的问题是什么？教师给出充裕的时间让各个小相成员相互交流、讨论，再选一个小组代表交流讨论结果，其他小组补充、完善(略)。

3.2 探究渗透作用发生条件 教师播放“探讨渗透作用发生条件实验”多媒体动画，展示实验结果示意图、实验结论记录表，组织学生开展小组探究活动：学生观看动画，小组成员相互交流、讨论；小组代表表述讨论结果，其他小组补充、完善实验现象、条件、结论(表1)。教师进一步追问：是不是半透膜两侧溶液只要存在浓度差，漏斗内的液面就可以无限制地升高？即A组实验中，液面不再升高时半透膜两侧溶液的浓度相等吗？通过小组交流、讨论及教师引导、启发，使学生明确：当漏斗内液面升到一定高度时，漏斗内的液面会对半透膜产生一定强度的静水压，这一强度的静水压使得单位时间内，透过半透膜渗入漏斗水分子的数量与渗出漏斗水分子的数量相等。因此，半透膜两侧溶液即使在该单位时间内存在浓度差，渗透作用也不能再发生。这也是漏斗内的液面不能无限制地升高的本质原因。

表1 渗透作用实验结论记录表

3.3 探究动物细胞吸水和失水 由学生小组交流、讨论“思考与讨论”栏目中的问题，完善问题答案后，教师展示哺乳动物成熟的红细胞与渗透装置类比表格。引导学生完善表格内容，启发学生类比推理“动物细胞的本质是一套特殊的渗透装置”(表2)。既然红细胞是一套特殊的渗透装置，那么将其置于不同的外界溶液时会出现怎样的实验现象？让学生小组进行讨论，演绎推理红细胞分别置于清水、0.9%NaCl溶液、9%NaCl溶液时出现的实验现象及其原因，并解释教材中“与生活联系”的实例及医用生理盐水的作用，以体验“学以致用”。最后，师生一起梳理、总结动物细胞吸水和失水的原理、原因以及水跨膜运输的特点。即顺着相对含量梯度，由相对含量高的地方往相对含量低的地方进行跨膜运输。那么，其他物质是否与水一样，也是顺着相对含量梯度进行跨膜运输呢？

表2 渗透作用装置与哺乳动物成熟的红细胞的类比

3.4 探究物质跨膜运输的其他实例 学生阅读教材“资料分析”中的相关实例，小组交流、讨论问题：①水稻培养液中Ca2+和Mg2+浓度为什么会升高？②水稻对Ca2+和Mg2+、SiO44-吸收有差异吗？番茄和水稻对SiO44-吸收有差异吗？这两个实例能否得出细胞对物质的吸收具有选择性?③人体甲状腺滤泡摄取碘是否与水一样也是顺着相对含量梯度进行？对于问题①水稻培养液中Ca2+和Mg2+浓度升高的原因，各小组在交流、讨论过程中产生的分歧，教师并不急于回答，而是让其他小组代表先发表看法后再补充、启发：资料实验结果显示“番茄培养液中SiO44-浓度升高”，而资料中已经暗示培养液中SiO44-浓度升高是由于番茄几乎不吸收SiO44-引起的，据此推理，水稻培养液中Ca2+和Mg2+浓度升高是因为水稻释放Ca2+和Mg2+引起，还是因为水稻几乎不吸收Ca2+和Mg2+引起？在学生都认同第二种观点的基础上，教师进一步追问：水稻培养液中SiO44-降低的幅度远大于Ca2+和Mg2+升高的幅度，说明水稻在相同的单位时间内对水的吸收量大还是对SiO44-的吸收量大？以使学生认识水稻对水和SiO44-的吸收是两个相对独立的过程，为学习第3节“物质跨膜运输的方式”奠定基础。最后，师生一起归纳、总结小组讨论结果：物质既存在顺着相对含量梯度跨膜运输，又存在逆着相对含量梯度跨膜运输，细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。

4 教学反思

本节教学中，通过播放渗透作用多媒体动画，让学生从实验现象中发现问题、分析问题、解决问题，体验科学探究的一般过程。在此基础上，探讨渗透作用实验条件，类比推理动物细胞本质，以资料分析为载体开展小组探究活动，培养学生批判性思维、类比推理能力、演绎推理能力，强化、深化学生发现问题、分析问题、解决问题能力，以为开展第2课时教学夯实能力基础。新课程倡导探究性学习，如何深入挖掘教材内容以提高知识的可探究性？如何深入挖掘实验以增加学生的思维容量，从而更好地进行思维训练？都值得生物学教师去思考与探索。本课的教学在这方面进行了有益的探索。