基于素养提升的“物质跨膜运输的实例”课堂教学

陈晴

[摘 要]文章从生活案例切入，改进渗透装置，开展多种植物细胞吸水与失水的探究实验活动，重新设计“物质跨膜运输的实例”的教学，发展学生的科学探究、科学思维等核心素养。

[关键词]物质跨膜运输;课堂教学;核心素养;高中生物学

“物质跨膜运输的实例”是人教版高中生物学必修1第四章第一节的内容，具体涉及渗透作用、水和其他离子的跨膜运输。本节课是高中生物学的第一个探究性实验，要求学生针对凉拌菜“出水”这一生物学现象进行观察、提问、设计实验、开展实验并对实验结果进行交流讨论，从细胞水平探究植物吸水和失水的原因，从而培养学生的科学探究能力。

一、精心设计教学情境，激发科学探究热情

学生展示家庭实验“凉拌蔬菜”放盐前后的照片，描述实验现象：放盐后的盘子中水分变多，做出解释：植物体在外界溶液浓度大的时候会失水。教师引导学生：植物体是由细胞构成的，当它的外界溶液浓度大时，实则是细胞在失水;动物体细胞也有类似的失水、吸水现象，当我们嗑瓜子时，会感觉嘴唇和口腔黏膜很干涩，及时补水之后，这种感觉又会消失，从而导入“动植物细胞失水与吸水”这一重难点。

设计意图：从现实世界中的生物学现象出发，激发学生的好奇心和求知欲，引导学生从感性认识上升到理性思考：动植物细胞是如何吸水和失水的呢？自然过渡到本节课的学习。

二、精巧改进渗透装置，培养科学探究能力

1.渗透装置的改进

人教版高中生物学必修1中的渗透装置中用的半透膜是玻璃纸，这种半透膜较厚，漏斗内液面上升较慢，而且玻璃纸与漏斗口难以实现密封，蔗糖溶液很容易漏出，导致渗透现象不明显。笔者和学生尝试运用其他的半透膜材料，最终选择鸡蛋的卵壳膜作为半透膜。其制法如下：选用新鲜较大的鸡蛋，在没有气室的一端敲开一个小孔，待蛋黄和蛋清流出，反复用清水冲洗干净。取一个[250 mL]的烧杯，注入约[150 mL]市售浓盐酸，将蛋壳浸泡其中。蛋壳与浓盐酸快速反应产生大量气泡，大约需要2～3小时外壳即可全部被反应掉。反应过程中，每隔一段时间（比如半小时）可用玻璃棒轻轻拨动蛋壳，搅拌溶液，以加快反应。操作过程一定要小心谨慎，不要戳破卵壳膜。取出卵壳膜放入清水中浸泡备用。

实验前将铁架台、长颈漏斗、烧杯搭建好，用棉线将卵壳膜固定在漏斗的下端，接缝处用石蜡油密封，待液状石蜡凝固后，向漏斗内注入质量分数为3% 的蔗糖溶液，用记号笔做好原始液面的标记，后将装有蔗糖溶液的卵壳膜放在清水中， 2～3分钟即可观察到漏斗内液面上升[1]。

该渗透装置可反复使用，教师在课堂上可以做演示实验，或是在课前组织学生拍好实验视频，上课播放即可。教师顺势导入渗透作用的概念，并进一步追问：如果把半透膜换成纱布或塑料袋，或是把烧杯中的清水换成等浓度的蔗糖溶液还会发生渗透现象吗？兴趣小组的学生在实验过程中会体验到这两个条件的重要性，在课堂讨论环节，这些学生可以起到传帮带的作用，小组讨论后可得出渗透作用发生的两个条件。

设计意图：正如生物学的研究经历了从现象到本质一样，学生在做实验或是观看视频的过程中感受到了渗透现象的存在，后续的讨论让他们领悟到了渗透作用的本质，这样的设计符合学生的认知规律，为学习动物细胞膜和“植物的原生质层都相当于一层半透膜”打下基础。

2.解释动物细胞的吸水与失水

教师展示渗透作用装置图与动物细胞示意图，动物细胞中哪一部分相当于渗透装置中的半透膜呢？学生已知细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，可以看作是渗透装置中的半透膜。

PPT展示哺乳动物成熟红细胞置于清水、等渗溶液、高渗溶液的图片，学生思考讨论后预测三种情况下红细胞的状态，有前面吸水涨破法制备细胞膜的知识做铺垫，学生可解释动物红细胞吸水和失水的原因。

3.植物细胞的吸水与失水实验改进

学生针对做凉拌菜的过程中观察到的植物体在浓度高的环境中失水，植物体由细胞构成，自然会联想到是不是细胞在失水。研究对象由宏观指向了微观，那么细胞在什么情况下失水、吸水？原生质层相当于半透膜吗？细胞壁是半透膜吗？在多年教学实践中发现，很多学生不理解为什么液泡膜会同细胞质、细胞膜共同构成相当于半透膜的原生质层，笔者尝试着用类比推理的方法进行讲解：液泡膜和细胞膜同属于生物膜，它们具有相似的成分和结构，细胞膜在控制物质进出细胞时具有选择性，因此推理液泡膜也应具有选择性。

学生做出假设后，设计实验方案并进行实验。课前教师引导学生：书本上的材料是洋葱鳞片叶的外表皮，是不是可以用其他植物材料替代呢？教师可以提供有关的文献资料让学生课后研究以找到其他适合的植物材料。通过研究，学生总结出适合做该实验的植物材料应具备易撕取、有颜色、表皮薄的特点。课堂上教师只提供了洋葱鳞片叶，而学生带来了马齿苋的茎、萝卜的茎、红薯的茎、紫鸭跖草等实验材料。

整堂课在数码互动实验室里进行，讲台前的屏幕上实時展示着学生的实验现象，教师可以对实验结果及时点评，学生之间也可以互相评价，学生直观地感受到了几种实验材料的优缺点，记录汇总如表1。那么细胞处于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中为什么会出现细胞壁与原生质层的分离现象呢？细胞壁是半透膜吗？学生分析第二个问题时有些难度，教师可引导学生从另一个角度分析：假如细胞壁是半透膜，实验结果会如何？有些学生会想到假如细胞壁和原生质层都是半透膜，二者的结构和成分相似，在细胞失水收缩的过程中伸缩性一样大，就不会出现质壁分离现象。

设计意图：植物细胞的吸水与失水属于微观水平，比较抽象，设计一个贴近学生实际生活、激发学习热情的教学情境显得尤为重要。 为家人做一道“凉拌菜”，既让家人感受到亲人间的温情，又为探究植物细胞的吸水和失水拉开序幕，学生在做好凉拌菜之后，争先恐后地把加盐前后的照片发给教师，当课堂上看到自己的凉拌菜照片更是激动不已，探究的欲望空前高涨。教师鼓励学生观察、思考、提问并在假设的基础上设计、实施方案，交流实验结果。课前的文献资料研究与课上的小组合作探究相得益彰，较好地提升了学生的归纳与概括能力和科学探究能力。数码互动系统的使用改进了课堂教学方式，增加了师生间、生生间的互动交流，大大提高了课堂教学的效率，让教学评价更及时、更有激励性。

4.尝试解决生活中的问题，提升社会责任感

学生思考讨论两个问题：（1）口渴时，喝浓度高的饮料会解渴吗？（2）遇到海难时，能否饮用海水以达到解渴的目的？

设计意图：通过对上述问题的讨论，既复习了水分子的跨膜运输，又符合课程标准的提倡：学生应积极运用生物学的知识和方法，关注社会议题，参与讨论并做出解释，主动宣传关爱生命的观念和知识，崇尚健康文明的生活方式，成为健康中国的提倡者和实践者。

三、教学反思

“探究植物细胞的吸水与失水”与以往教材中的“观察质壁分离与复原”内容相近，却又有着重要区别，后者注重知识的验证与实验操作，而前者侧重通过探究活动让学生自主发现“原生质层相当于半透膜”“细胞壁对水分进出没有影响”等结论，由于本实验是高中阶段的第一个探究性实验，学生缺乏训练，再加上这节课内容比较抽象，所以教师需要创设合适的教学情境作为探究的载体，以最大限度地激发学生大脑的活力和潜力，在后续的一些探究环节中，应鼓励学生团队合作、克难制胜、勇于创新 。

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中提出，要关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，让学生积极动手动脑。本节课通过“植物细胞的吸水与失水”的探究活动加深学生对“原生质层相当于半透膜”“质壁分离”这些核心概念的理解，提升学生应用知识的能力，帮助学生养成科学思维习惯、良好的饮水习惯，发展学生的终身学习能力和实践创新能力[2]。

[   参   考   文   献   ]

[1]  蒋素梅.对“渗透作用”实验的几点改进[J].中学生物学，2012（5）：45-46.

[2]  中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：56-58.

（责任编辑 黄春香）