資源簡介

——教學設計——
由于時間的限制，課時教學對于學生科學探究素養的培養必須要有側重。因為，我們需要對一個單元、一個模塊甚至是整個高中生物學學科課程的教學進行整體設計，以期全面提升學生的科學探究素養。從科學教學和實驗教學出發，我們嘗試以細胞通過質膜與外界進行物質交換這一概念為單元，對其進行科學探究素養四個維度的整體設計。
一、單元教學分析
本單元是選自《普通高中教科書·生物學》（2020滬科版）的必修1第四章細胞的代謝。“物質通過被動運輸、主動運輸等方式進出細胞， 以維持細胞的正常代謝活動”是高中生物學重要概念之一，其內容建立在學生已學實驗探究的思路、細胞的結構、各部分結構及分工又合作等基礎上，集中圍繞探究膜的透過性、物質出入方式比較及質壁分離實驗探究等方面展開。本單元設計了3課時。從整個高中生物學學科知識體系來看，本單元中有關細胞膜功能特點的探索、物質進出細胞方式的得出，體現了結構與功能觀、物質與能量觀等生命觀念；有關植物細胞質壁分離現象的活動體現了生物學學科的自然科學屬性和科學探究的基本思路和方法；在比較不同物質進出細胞方式的特點中，體現了科學思維的延伸性。本單元的學習，對于學生理解生命在細胞水平的具體表現，認識生物界的不同層次，樹立正確的自然觀有著重要意義。
二、單元概念
細胞內的各種生命活動，其本質就是物質與能量的轉化。物質以不同的方式通過細胞膜進出細胞，為細胞內的一系列生命活動提供物質基礎。本單元以“物質通過被動運輸、主動運輸等方式進出細胞，以維持細胞的正常代謝活動”這一重要概念為主題，劃分出“質膜具有選擇透過性”“有些物質順濃度梯度進出細胞，不需要額外提供能量；有些物質逆濃度梯度進出細胞，需要能量和載體蛋白”“大分子物質可以通過胞吞、胞吐進出細胞”這三個次位概念，這三個次位概念中又包含了若干個學科觀點。上述重要概念是“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”和“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”這兩個大概念的支撐。
三、單元目標
（一）學習目標
1. 生命觀念：通過討論模擬實驗“探究膜的透過性”，從結構與功能觀的角度，闡明細胞膜的功能特點；通過比較被動轉運、主動轉運和胞吞、胞吐的過程，從物質與能量觀的角度，說明生命活動的維持包括物質代謝和能量代謝。
2. 科學思維：運用歸納推理方法和數學模型構建，分析滲透、被動轉運和主動轉運的特點，繪制各轉運方式特點的曲線，并能解釋或分析其他事實。
3. 科學探究：通過活動“觀察植物細胞的質壁分離及復原”，能正確使用顯微鏡進行觀察，以相互對照來比較不同條件下的植物細胞形態；通過設計開放實驗“測定植物細胞的細胞液濃度”，能完成生物學實驗基本思路的設計，進行組間討論并完善實驗設計。
4. 社會責任：舉例說明物質跨膜運輸在實踐中的應用，探討其與生活、生產、醫學等的聯系，嘗試解決現實生活中的生物學問題；通過植物細胞質壁分離現象的應用探究，將課堂知識應用于校園生活，體驗生物學習的魅力。
（二）評價目標
1. 在學習“細胞膜具有選擇透過性”時，完成對實驗現象的繼續深入探索，并能夠從結構與功能觀、物質與能量觀的角度，闡明細胞膜具有選擇透過性。
2. 在學習物質跨膜運輸方式和胞吞、胞吐的過程后，能夠列表比較，歸納并舉例說明不同物質出入細胞的特點。同時，能夠構建數學模型，落實曲線繪制的基本要求，發展學生的觀察能力和根據實驗結果建立數學模型的能力。
3. 在進行活動“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及復原”以及設計“測定植物細胞的細胞液濃度實驗”過程中，能夠運用觀察、提問、設計實驗方法以及對結果的交流和討論，探究植物細胞滲透現象的應用。
4. 在學習“擴散和滲透”“滲透作用使細胞發生形態改變”后，能夠掌握物質出入細胞方式的相關概念，主動參與尿毒癥病因和治療方案的討論，嘗試分析并解決生活中的現實問題。
四、單元教學思路
（一）單元情境
以介紹腌制糖醋蘿卜方法作為情境引入，通過討論腌制方式，創設生活情境，喚醒學生認知，提高學習積極性。
以 “尿毒癥患者”作為單元整體情境，激起學生情感共鳴，通過討論尿毒癥的病因、治療方式。
腎臟通過水將代謝廢物等物質排出體外產生尿液，引出本單元的教學主線——正常的細胞代謝需要依賴細胞進行物質交換。
（二）核心任務
探索擴散和滲透的特點、動植物細胞失水與吸水的區別、植物細胞質壁分離現象的應用及物質進出細胞的方式等。
（三）教學流程
五、課時安排
課時1 物質的擴散和滲透
活動“觀察植物細胞的質壁分離及質壁分離復原現象”
任務1 探索擴散和滲透的特點
情境 播放“探究膜的選擇透性實驗”演示視頻。
活動1在細胞膜一節的學習中，用透析膜探究了細胞膜的功能，現在用具有相同特點的玻璃紙代替透析膜進行實驗，對實驗現象繼續展開討論。
問題1 剛開始，燒杯內是碘液的棕黃色，玻璃紙袋內接近無色。一段時間后，裝置顏色會發生什么變化？
問題2 在裝置顏色變化過程中，是否只有碘在運動？
活動2 為了證明擴散過程中是否有水分子運動，通過第二個實驗裝置進行探索。課前提前請兩位學生進行滲透裝置制作，拍攝視頻并通過多媒體播放。
問題1 在這個過程中，因為玻璃紙的透性，蔗糖分子無法透過玻璃紙。一段時間后，可以看到漏斗液面有明顯上升，產生這個現象的原因是什么？
問題2 如果用紗布代替玻璃紙，漏斗液面還會上升嗎？
問題3 如果將燒杯中的液體換成與漏斗內等濃度蔗糖溶液，漏斗液面還會上升嗎？
問題4 將水分子通過半透膜的擴散稱為滲透。那么，擴散和滲透現象的發生條件是否不同呢？
評價：結合兩個裝置的現象，進行小組討論，將擴散和滲透的比較，總結。
小組討論合作，開展生生互評，教師總結，進一步歸納擴散和滲透的特點及區別。
課時1 物質的擴散和滲透
任務2 探索動、植物細胞失水與吸水的區別
情境 當滲透發生在細胞中，現象會有什么不同嗎？以生活情境導入，多媒體展示雞蛋蛋黃在清水及蔗糖溶液中的不同形態變化。
活動1 觀察動物細胞的滲透現象，展示雞蛋的圖片。
問題1 將蛋黃放在不同濃度溶液中，蛋黃形態會發生什么變化？
問題2 如果將植物細胞放入不同濃度溶液中，現象會有什么區別嗎？
學生對現象有了一定猜測后，教師將提前制作好的實驗裝置展示出來，請學生進行描述，以驗證猜測是否正確，并由此得出結論：動物細胞的細胞膜就是一層半透膜。
活動2 觀察植物細胞的質壁分離及復原實驗。
先肉眼觀察宏觀條件下洋蔥切片在高濃度溶液中的形態變化，引發思考，這背后的細胞學原理是什么？接著通過動手實驗在顯微鏡下探索植物細胞形態變化的微觀原因。
在初中科學中，學生已經學習了如何制作紫色洋蔥外表皮的臨時裝片，接下來引導學生觀看，記錄 “引流法”向臨時裝片分別滴加0.3g/mL蔗糖溶液和清水，觀察細胞形態變化。
學生完成實驗操作后以繪圖方式進行實驗評價，教師引導學生分析得出質壁分離的含義，繼而引發思考，質壁分離發生的原因和條件分別是什么？通過與動物細胞滲透現象的比較，得出結論，即在植物細胞中充當半透膜的結構是原生質層。
接著教師提出問題，改用其他的外界溶液，現象會有何不同？學生觀看教師提前制作好的演示視頻，改用1mol/L的KNO3溶液再次進行實驗。
比較實驗現象的區別，并引導學生思考，而質壁分離后自動復原的生物學原理則在第二課時中再作歸納，在此埋下伏筆。
活動3 完成動、植物細胞吸水與失水的實驗探究。
學生討論，比較動、植物細胞滲透失水與吸水現象和原因，組內合作，完善內容。
課時2 實驗探究：植物細胞質壁分離以及現象的應用
活動1 實驗操作：觀察植物細胞質壁分離與復原
評價：學生完成實驗操作后以繪圖方式進行實驗評價，教師引導學生復習質壁分離的含義，回答質壁分離發生的原因和條件分別是什么？進一步深化理解。
情境 完成植物細胞質壁分離及復原實驗后，引導學生思考，質壁分離現象在生活中有什么應用嗎？
活動2 學生對實驗思路有了一定思考后，用手機拍照通過投屏，多媒體展示部分小組的討論成果，進行組間互評，完善實驗方案。
拓展活動3：尿毒癥是用藥物治療無法治愈的疾病，目前醫學上應用比較廣的是腎臟替代治療，即透析治療。常見的透析治療又知道哪些？
小結，建構單元框架
課時3 探索物質進出細胞的方式
任務 探索物質進出細胞的方式
情境 介紹尿毒癥的血液透析治療原理，在前兩課時學習的基礎上展開思考，透析機為何可以代替腎臟起到過濾凈化血液的作用？
活動1 播放血液透析的介紹視頻，討論透析過程中不同物質的運輸方式，并用多媒體動畫演示自由擴散與協助的過程，總結特點。
活動2 比較腎小球和腎小管的功能，分析正常人形成尿液的過程，并用多媒體動畫演示主動轉運的過程，總結出主動轉運的特點。
活動3 列表比較物質跨膜運輸不同方式的特點。
活動4 動畫展示變形蟲的攝食、巨噬細胞吞噬病原體的動畫，討論胞吞發生前后的細胞膜面積變化，結合過程圖解分析，歸納得出胞吞、胞吐的特點。
評價 歸納總結物質跨膜運輸不同方式；開展生生互評、師生評價，修正錯誤，總結規律。

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