“物质跨膜运输的方式和实例”教学设计

王荣

摘 要：分析贴近生活的教学实例，引导学生利用假说-演绎法作为探究手段解决问题，小组合作为主学习被动运输的两种物质跨膜运输方式。

关键词：物质跨膜运输 探究教学 假说-演绎法

一、教材分析

本研究优化了人教版高中生物学教材《分子与细胞》第4章内容。新授课内容将“物质跨膜运输的实例”和“物质跨膜运输的方式”合并为“物质跨膜运输的方式和实例”讲授。教学分3课时：第1课时完成被动运输的实例和方式;第2课时完成主动运输和胞吞、胞吐;第3课时完成植物细胞吸水和失水的实验室操作。本设计就第1课时内容进行探究。教学中利用科学研究的过程，小组合作探究生物膜控制物质进出的方式。

二、学情分析

本教学面对高二年级艺术生。学生已经具备了细胞膜的结构和功能的知识认知;具备主动提出问题、解决问题的逻辑能动性。因此本节教学设计引导学生自主查阅资料、观看动画、解读表格等方式体悟膜结构与功能相适应的观点。

三、教学目标

1.展示多媒体课件，分析渗透作用原理。

2.体验假说-演绎法科学探究步骤和过程，说明物质进出细胞的方式。

3.分析生活中的相关实例资料图片，比较被动运输两种方式的异同。

四、教学过程

1.填表，检测预习情况

2.推理求证，建构概念

第一步，观察现象，发现问题。以水为例，安排1组学生代表向全班汇报课前收集有关动物细胞渗透作用现象的图片资料，介绍鸡卵细胞膜被破坏前后分别置于高浓度食盐水，清水后的变化图，学生认识到： 活 细 胞 的 膜 存在的前提下，当外界溶液浓度>细胞质的浓度，细胞失水皱缩;当外界溶液浓度<细胞质的浓度，细胞吸水膨胀，甚者涨破。最后总结奥秘：活细胞吸水或失水取决于细胞膜两侧的浓度差。教师提问：以上现象用什么原理来解释？教师演示Flash 动画，介绍渗透实验装置，漏斗半透膜内为蔗糖液、外为清水，让学生分析液面上升原因：只有当半透膜两侧溶液具有浓度差时，水才能透过膜，明确渗透作用概念和发生条件是半透膜和膜两侧的浓度差。就细胞渗透吸水的实例和原理基础上，教师用多媒体播放自由扩散动画，明确自由扩散所需条件，概念和特点。针对对比过程中学生提出的人工膜和细胞膜能否等同认识的疑问，引导学生分析水分子透过人工膜和细胞膜的扩散情况异同。

第二步，分析问题，作出假说。分析水分子透过人工膜和细胞膜的扩散情况不一致时，引导学生思考细胞膜的选择透过性与膜上成分有关，人工膜和细胞膜组成均含有磷脂成分，不同在于人工膜无蛋白质。接着，学生区分几种以自由扩散方式通过膜的物质特性：气体体积小能通过磷脂分子间的缝隙;脂溶性和非脂溶性的水分子不能通过磷脂分子间的缝隙，但均能以自由扩散方式通过含磷脂的人工膜和细胞膜。同时，学生发现水分子并没有全部通过人工膜，但通过了细胞膜，结合蛋白质亲水的功能特点，推理得出水分子跨膜扩散的方式还有协助扩散。再者，启发学生从蛋白质的角度思考：像葡萄糖、氨基酸等分子质量相对较大的物质和吸引水分子后体积变大的带电荷的离子只通过细胞膜的信息，怎么解释？学生回忆蛋白质的种类和数量决定细胞膜功能复杂性的特点，最终确定细胞膜的选择性与膜蛋白质有关的假说的合理性。

第三步，依据假说，演绎推理。假设细胞膜具有一定选择性与膜上蛋白质有关。安排1组同学汇报，利用水分子进出细胞膜有无蛋白质成分的情况下，能否实现过膜情况进行推理假说指导学生对自由扩散和协助扩散进行对比分析，最终推理得出协助扩散的特点，为后续设计实验做铺垫，

第四步，设计实施，验证结果。本研究由于教学条件和时间的局限性，安排其他两组同学课后查找相关的实验事实来证明观点进行假说的实验论证。

实例：在哺乳动物的红细胞移入低渗溶液后，红细胞很快就会吸水膨胀而溶血（细胞膜上存在大量的水通道蛋白，使得水分子很快进入了细胞内部 ） ，水生动物的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀（细胞膜上的水通道蛋白就比较少，单纯以自由扩散的方式进入细胞，明显较慢 ）。的确，自由扩散和协助扩散的动力虽然都是浓度差，但是由水通道蛋白介导的水分转运具有活化能低、水通透系数高、选择性强、无温度依赖性的特點，所以水分子通过水通道要比通过磷脂分子层的速率快得多。

第五步，分析结果，得出结论。教师借助动画演示“协助扩散”动态过程，引导学生描述实例的重要信息，与协助扩散对应，分析协助扩散所需要条件，概念和特点。有了上面的铺垫，协助扩散的概念已经呼之欲出。此时，给学生2分钟时间阅读教材“被动运输”部分内容介绍，师生共同完成概念图，对协助扩散和自由运输进行归类，突出二者的区别和联系，在展台请代表展示阐述具体内容，对本节课内容进行总结，教师给予补充。

五、教学反思

本节的重点是物质跨膜运输的方式，难点是渗透作用原理。利用物质跨膜的具体实例来推理探究学习物质跨膜运输的方式，结合动画，图表信息解读等进行形象化教学，化抽象为具体，解决了教学的重点与难点问题;利用假说-演绎法的科学探究过程引导学生自主学习和小组合作探究，培养了善于发现解决问题的意识和能力。但是限于课时，高中艺术生自主探究机会不多，本节课在既定时间内按预定目标完成教学任务，但是只有部分学生在“问题”的引导下，主动参与整个探究过程。

参考文献

[1]曹燕波.以实验模型为载体的“渗透作用”教学设计[J].生物学通报，2018，53（6）：21.