資源簡介

第四章　細胞的物質輸入和輸出
第1節　被動運輸 教學設計
第（1）課時 細胞的吸水和失水
教材分析
“被動運輸”是生物新人教必修1第4章“細胞的物質輸入和輸出”的第一節內容。本節課的教學內容是在學習了細胞結構的基礎上進行的，主要包括動物細胞的吸水和失水、植物細胞的吸水和失水、質壁分離及其復原實驗、自由擴散和協助擴散等內容;這有利于學生鞏固放面所學的知識又能為學生學習后面的主動運輸作好鋪墊，在教材史起著承上肩下的橋梁作用。
學情分析
1、知識基礎:在本章前兩節中，學生已經學習了細胞膜的組成、功能以及物質跨膜運輸的一些實例，但還未對物質跨膜運輸的原理進行學習。本節內容就是系統的學習物質跨膜運輸的方式之一——被動運輸，學生對其中涉及的滲透作用的現象有所了解，但對其原理的理解有一定的難度。
2、認知能力:高中生已達到一定分析處理問題的水平。
教學目標
1.通過滲透現象演示實驗、動植物的吸水和失水，理解動物細胞膜和植物細胞原生質層相當于一層生物半透膜，能夠選擇性的控制物質進出，強化細胞的結構與功能觀。
2.通過探究“植物細胞的吸水和失水”，學會提出問題、作出假設，設計并動手實驗，對實驗現象進行分析與交流討論，總結植物細胞吸水和失水的原理，證明植物細胞的原生質層相當于半透膜，提升科學探究能力。
重點與難點
1.教學重點
(1）被動運輸的原理和特點。
(2）探究植物細胞的吸水和失水。
2.教學難點
(1）探究植物細胞的吸水和失水。
(2）轉運蛋白的種類和作用。
教學策略選擇與設計
情境教學法
探究-發現教學策略
教學資源與工具設計
多媒體演示動畫——滲透現象示意圖
實驗視頻——探究植物細胞的吸水和失水
電子課件ppt
教學過程
新課導入
問題探討：滲透作用概念和原理
先明確兩個概念：
擴散：分子從高濃度一側向低濃度一側運動的現象，叫擴散。生活中有很多擴散的例子，比如從廚房飄出的飯菜香
滲透作用：水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴散，稱為滲透作用。
強調擴散和滲透作用的異同：滲透作用特指水分子或其它溶劑分子的擴散，而且是通過半透膜的擴散。
通過滲透裝置的圖像分析結果
問題1：如果漏斗管足夠長，管內的液面會無限升高嗎？為什么？不會，因為管內的水柱產生的壓力會加快漏斗中的水分向外擴散的速度，最終膜兩側水分擴散的速度達到平衡，液面不再上升。
問題2：如果用紗布或不透水的塑料布代替玻璃紙，漏斗管內的液面會升高嗎？
問題3：如果將燒杯中的清水換成與漏斗中等濃度的蔗糖溶液，結果會怎樣？
漏斗管中的液面保持不變。由此，請你總結發生滲透作用的條件。
學生：1.半透膜 2.膜兩側有濃度差
教學任務：水進出動物細胞的原理
教師：基于滲透現象的分析，請你推測，水分子通過細胞膜是什么方式？
學生：可能是通過滲透作用。
教師：下面我們以哺乳動物紅細胞吸水和失水為例，一起討論。教材圖4-1 水進出哺乳動物紅細胞的示意圖。說明：為什么這個實驗以哺乳動物的成熟紅細胞為實驗材料呢？
學生：因為其具有以下特點：a哺乳動物的成熟紅細胞，沒有細胞核及細胞器，這就排除了細胞核及各種具膜的細胞器對細胞吸水、失水的影響。b哺乳動物的紅細胞具有運輸氧氣的功能，其內部有大量的血紅蛋白。
提問：基于紅細胞的結構特點及圖示結果，你認為水進出紅細胞的方式？請說明原因。
學生：是滲透作用。
1因為細胞膜是選擇透過性膜，相當于半透膜
2紅細胞中富含大分子的血紅蛋白等有機物，不能透過細胞膜，當將其置于低濃度溶液中時，膜兩側存在濃度差
老師：以上滿足了發生滲透作用的兩個條件，所以水進出紅細胞是通過滲透作用，同理，水進出其他類型的動物細胞同樣是通過滲透作用。
教學任務2：水進出植物細胞的原理
教師：同學們都知道，動物細胞與植物細胞的結構有很多區別。通過第三章的學習，你現在能夠說出哪些主要區別呢？
學生：植物細胞的細胞膜外面還有一層細胞壁，細胞壁具有保護和支持細胞的作用；成熟植物細胞具有液泡，液泡內部的液體叫做細胞液，其中含有糖類、無機鹽、色素、蛋白質等溶質；葉肉細胞中還具有葉綠體。
教師：在這里，老師有幾點要進行補充：
a．對于很多分子如水分子、離子、甚至較大的分子如蔗糖而言，細胞壁是全透性的，即它們可以自由通過細胞壁；而且由于細胞壁主要由纖維素構成，其伸縮性比較小；
b．成熟植物細胞一般只具有一個中央大液泡，其體積能夠占據到細胞體積的95%以上，所以細胞質及其中的各種細胞器，就被擠成一薄層，擠到了細胞的邊邊角角，所以細胞內的液體主要指的是液泡中的細胞液。我們把細胞膜、細胞質、液泡膜統稱為原生質層。實際上，植物與外界環境進行水分交換，指的是水分通過原生質層在細胞液與外界環境之間的交換。
提問：動物細胞與植物細胞在結構上不同，植物細胞吸水和失水的方式與動物細胞是否相同呢？我們通過實驗一起探究。
實驗：探究植物細胞的吸水和失水
實驗目的：探究水分通過滲透作用進出植物細胞
實驗材料：紫色洋蔥的鱗片葉
實驗步驟：視頻播放
實驗結果分析：
1．該實驗過程共觀察了3次，制作臨時裝片后觀察，滴加蔗糖溶液后觀察，再次滴加清水后觀察。每一次是什么樣的實驗現象呢？
學生：紫色代表液泡，在未滴加蔗糖溶液之前，可以觀察到洋蔥鱗片葉外表皮的液泡占據了整個細胞，原生質層緊貼在細胞壁內側；滴加濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液之后，紫色區域縮小即液泡變小，原生質層開始與細胞壁分離，再次滴加清水之后，液泡逐漸變大，原生質層重新緊貼細胞壁。
2.解釋滴加 0.3g/mL的蔗糖溶液后液泡變小的原因。
學生：植物細胞內的液體環境主要是液泡里的細胞液，水進出細胞，主要指水經過原生質層進出液泡；細胞外蔗糖溶液的濃度高于細胞液，水從細胞液透過原生質層進入到蔗糖溶液中，液泡發生失水收縮。實際上是整個原生質層的收縮。其實細胞壁也有一定程度的收縮，但是由于其伸縮性不及原生質層，就會發生原生質層與細胞壁分離。
教師：植物細胞由于液泡失水，而使原生質層與細胞壁分離的現象叫做“質壁分離”；當細胞液濃度大于外界溶液的濃度時，觀察到中央液泡變大，這是因為外界溶液中的水透過原生質層進入到細胞液，原生質層逐漸恢復成原來的狀態，植物細胞發生了“質壁分離復原”。
3.水分進出植物細胞是通過滲透作用嗎？
圖片展示滲透裝置和成熟植物細胞示意圖
教師：我們發現，液泡中的水分通過原生質層進入外界溶液，就像是滲透裝置中清水透過半透膜進入到漏斗中。通過實驗，我們發現，蔗糖分子不能通過細胞膜、液泡膜，而水分子可以，細胞膜、液泡膜是具有選擇透過性的。原生質層相當于一層半透膜，而原生質層兩側的溶液通常具有濃度差，滿足滲透作用的兩個條件，成熟植物細胞就可以通過滲透作用吸水或者失水。請同學們進一步思考，是否可以選擇其他的生物材料來替代滲透裝置中的玻璃紙，得出同樣的結果呢？比如說，魚鰾、雞蛋殼內側的內殼膜等，感興趣的同學可以在課下做一個類似的裝置探究一下結果。
進一步分析：
1. 發生質壁分離的細胞壁內側的溶液是什么？判斷依據？
2. 動物細胞能在高濃度溶液中發生質壁分離嗎？
學生：
1.植物細胞壁是全透性的，發生質壁分離的細胞壁內側溶液是外界溶液。
2.動物細胞不會高濃度溶液中發生質壁分離，因為其不具有細胞壁。
老師：像水分子這樣，物質以擴散方式進入細胞，不需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種物質跨膜運輸方式稱為被動運輸。被動運輸又分為自由擴散和協助擴散兩類，我們將在下一節課學習，請同學們做好預習。
第一課時小結
細胞膜既是將細胞內部與外界分隔開的屏障，也是細胞與外界進行物質交換的門戶；滲透作用是水分子通過半透膜的擴散，細胞可以通過滲透作用吸水或失水；動物的細胞膜、植物細胞的原生質層都相當于一層半透膜。

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