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一、教材分析 （一）教学目标 1.阐明细胞膜的选择透过性。 2.阐明被动运输的原理和特点。 （二）教学重点和难点. 1.教学重点 （1）被动运输的原理和特点。 （2）探究植物细胞的吸水和失水。 2.教学难点 （1）探究植物细胞的吸水和失水。 （2）转运蛋白的种类和作用。 （三）编写思路 学生已经具备了细胞基本结构的知识，从本节开始，学生开始学习“细胞通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”的重要概念。在本节的“问题探讨”中，教材首先用一个物理渗透装置演示水分子通过半透膜的渗透。虽然半透膜不是细胞膜，但水分子通过半透膜与通过细胞膜的被动运输基本原理是一样的。因此，结合“讨论”中的三个问题，分析这个装置中水分渗透扩散的原理，就为后续学习“水进出细胞的原理”奠定了基础，这也是教材设计这一环节的意图所在。在结束该部分内容学习之后，紧接着设置了“思考.讨论”环节，与“问题探讨”的内容相呼应，并提出“想一想临床上输液为什么要用生理盐水”的问题，加强学以致用。 教材分别用动物细胞和植物细胞举例，归纳出渗透作用的原理。通过分析探讨水进出哺乳动物红细胞的实例，理解什么是渗透作用，发生渗透作用需要具备什么条件。选择哺乳动物的红细胞作为例子，一是因为学生对此较为熟悉，很多学生都有过输液的经历，对生理盐水的概念也不陌生；二是红细胞在低渗溶液中的确能够吸水膨胀，甚至涨破。以学生已有的经验和知识储备为基础创设问题情境，能激发学生的兴趣，符合认知规律。 植物细胞有细胞壁，成熟的植物细胞还有中央大液泡，这两个特点使得植物细胞的吸水和失水现象与动物细胞相比有明显区别。因此，教材对植物细胞的吸水与失水进行单独分析。一方面是水的进出主要是指进出液泡，也就是细胞液与细胞外液之间的相互渗透，这个过程需要穿过原生质层而不仅仅只是细胞膜，于是有了原生质层的概念；另一方面由于细胞壁的限制，植物细胞不会因为过度吸水而涨破。所以在植物组织临时装片制作中，使用清水即可，不必考虑细胞外液的浓度必须与细胞液溶质浓度相等。这些内容都是后面“探究植物细胞的吸水和失水”实验的理论基础。 “探究植物细胞的吸水和失水”是一个要求学生全程进行探究的实验，目的是希望通过这个实验，让学生进一步学习科学探究的一般方法。因此，该探究方案中所提供的案例是用作参考的，教学中不要照抄照搬“参考案例”，把探究实验变成验证实验。 在得出被动运输的概念之后，教材又对被动运输的两种形式——自由扩散和协助扩散，进行举例说明，并结合模式图分析了它们的异同点。 特别提示 1.渗透与扩散两个概念既有联系又有区别，渗透是特指水或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。 2.水进出细胞的方式过去普遍认为是自由扩散，但研究表明，水分子主要是通过膜上的水通道蛋白进出细胞的，因此，水进出细胞的方式既有自由扩散，也有协助扩散。 二、教学建议 通过本节内容的学习，主要让学生掌握“质膜具有选择透过性”“有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量”等概念，进而形成“被动运输无须消耗细胞的能量，可能需要转运蛋白协助，主要包括自由扩散和协助扩散”这一重要概念。通过相关内容的学习，有助于学生认识被动运输的不同方式，进一步理解细胞膜结构与功能相适应的特点和认识生命活动的复杂性，有助于学生形成和发展模型与建模、归纳与概括、分析与综合等科学思维方法，提升对生命本质的认识。 本节内容建议2课时完成。可以结合实验进行教学，并利用人类对通道蛋白的探索历程，对学生进行科学史和科学本质观教育。 本节建议采用实验探究、讲授与讨论相结合的方法组织教学。本节包含2个课程标准提出的应开展的教学活动要求，分别为“通过模拟实验探究膜的透性”和“观察植物细胞的质壁分离和复原”。教材中“问题探讨”的情境可在课堂上转化为“通过模拟实验探究膜的透性”活动。本节内容有较多活动，应争取创造条件让学生亲历活动过程，增强感性认识，领悟科学探究的一般方法，并习得相关的操作技能。 1.创设问题情境，引导学生思考物质进出细胞的机理 策略一学生完成“问题探讨"的实验。可通过观看演示实验，或者指导兴趣小组预先开展实验，课堂展示实验现象或播放录制好的视频，展开问题探讨，引导学生建构扩散和渗透作用两个概念。 策略二课前观看教师制作好的“问题探讨”的实验微课视频，结合日常生活中常见的现象（如植物萎蔫、脱水等）思考“问题探讨”。教师收集学生存在疑惑的问题，课堂开始时，发动学生质疑和论辩。在学习完“水分子进出细胞的原理”后，利用“思考·讨论"栏目的问题进行回扣，深化学生的理解。 2.联系动植物细胞的特点，深人探讨不同细胞的跨膜运输特点 策略一观察“水分子进出哺乳动物红细胞的示意图”，结合“问题探讨”的相关内容，借助“生物科学史话”中“人类对通道蛋白的探索历程"进行讨论，理解水分子进出动物细胞的原理。补充脱水、输液的相关内容，引导学生学以致用。通过复习植物细胞结构，进行初、高中知识的衔接，初步分析植物细胞是否满足渗透系统的两个条件。在此基础上分组讨论“探究植物细胞的吸水和失水”的实验方案，并动手完成实验。对实验现象进行讨论，理解水分子进出植物细胞的原理：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，其内外分别是细胞液和外界溶液，当二者存在浓度差时，水分子就会从浓度低的一侧扩散到浓度高的另一侧。通过探究学习，引导学生建构被动运输的概念：像水分子一样，物质通过扩散方式顺浓度梯度进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量的运输方式。补充植物“烧苗”现象的解释，引导学生学以致用。 策略二观看“水分子进出哺乳动物红细胞”的视频，通过分析红细胞的形态变化，理解水分子进出动物细胞的原理，结合“问题探讨”的内容，思考植物细胞是否满足渗透系统的两个条件。观看视频“紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离与复原"，比较植物细胞失水和动物细胞的区别，分组讨论“探究植物细胞的吸水和失水”的实验方案，动手完成实验。在实验过程中，观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞液泡的大小和颜色深浅，以及原生质层和细胞壁的位置关系，逐步理解植物细胞质壁分离和复原的原理，并在此基础上建构被动运输的概念。 3.建构模型，深入理解自由扩散和协助扩散的机理 结合实例解读“自由扩散和协助扩散示意图”，分析现象并建构自由扩散和协助扩散概念，可通过比较两者的异同以强化概念：相同点为顺浓度梯度和不需要消耗能量，不同点为是否需要转运蛋白。适当补充“生物科学史话”的内容，让学生接受科学史的教育，可简要介绍人类对通道蛋白的探索历程。 4.“探究·实践”教学建议 “探究植物细胞的吸水和失水”是高中生物学的第一个探究实验，应予以高度重视。教学前要做好预实验，组织学生学习科学探究的一般步骤和方法，明确本实验的原理.思路和大致步骤等。在学习原生质层的概念时，不要告诉学生水分进出前后植物细胞的变化，否则，容易将本探究性实验变成验证性实验。还可以让学生选取不同部位的植物细胞进行实验，或者设置蔗糖溶液的浓度梯度，开展进一步探究。 三、“探究·实践”指导 探究植物细胞的吸水和失水 中国人民大学附属中学蔡磊闫新霞 通过本实验，学生不仅能对植物细胞渗透吸水和失水形成清晰的理解，促进对细胞膜控制物质进出作用的理解，还可以提升实验操作及显微镜观察的基本技能。 1.材料准备 本实验选用的材料是紫色洋葱鳞片叶的外表皮，因为外表皮为单层细胞，便于制作临时装片，且细胞具有的紫色液泡，易于在显微镜下通过原生质层与细胞壁的位置关系，以及液泡大小来观察细胞是否发生吸水或失水。 2.实施建议 成功撕取紫色洋葱鳞片叶外表皮并制作好临时装片是保证实验效果的重要步骤。教师要进行操作示范：先用刀片尖在外表皮划出一个0.5 cm2的方块区域（仅划破表皮），再用镊子夹住这块外表皮的一角，将其撕取下来。要让学生明确，撕下的是单层外表皮，不要带上内层的叶肉细胞。 显微镜操作技术是否熟练影响观察效果。教师应在实验前通过演示、组织练习等方式尽可能保证学生能够规范、熟练使用显微镜。 在动手进行实验前，教师要向学生强调，选定一个显微镜视野后，随后进行的实验操作不能移动装片，否则会影响观察同一细胞在失水和吸水时的变化情况。 本实验操作难度最大的步骤是在显微镜的载物台上边滴加蔗糖或清水，边用吸水纸吸引。教师可以通过板书讲解和演示来展示操作细节，也可以播放视频给学生观看。操作要点是：一次不要滴加太多蔗糖溶液，防止过多的溶液污染物镜等；用吸水纸在滴加溶液的另-侧引流时，吸水纸要贴紧盖玻片边缘，以便蔗糖溶液或清水能够均匀通过盖玻片下方、充分接触材料。这个过程需要重复几次，才能保证材料中的细胞充分浸润在外界溶液中，才可能出现明显的质壁分离或复原现象。 在学生进行实验的过程中，教师要不断巡视、关注学生的操作，保证学生安全和操作步骤正确。例如，提醒学生在使用刀片时候不要划伤自己、纠正学生使用显微镜的不规范操作等。实验过程中，如果有条件，可以对优秀学生的实验结果拍照或录制视频，并通过投影进行展示，还可以让学生介绍自己实验的成功经验。也可以组织学生讨论，提出改进方案。 3.注意事项 （1）本实验应该选用新鲜的洋葱，以保证细胞膜具有选择透过性，能够顺利完成质壁分离和复原的实验过程。干燥、衰老的细胞生命活动较弱，影响实验效果。 （2）实验过程中，要保证显微镜视野不变，在载物台上滴加蔗糖溶液或者清水，引发细胞发生质壁分离或质壁分离复原时，连续观察同一个视野中单个或多个植物细胞的失水和吸水情况。 （3）质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液比较黏稠，提醒学生注意实验过程中尽量不要沾到物镜镜头或载物台上，实验结束后，要尽快清洁物镜镜头和载物台。 4.拓展方案 实验材料的拓展：若无法取得合适的洋葱等材料，还可以使用具有较多叶绿体的材料，如黑藻，通过观察叶绿体分布情况判断细胞是否发生质壁分离现象。 特殊的质壁分离现象：可以观察质壁分离的自动复原现象。如采用硝酸钾溶液引发质壁分离，植物会快速主动转运硝酸根离子进人细胞，较短的一段时间后会出现自动复原现象。做这个实验，只需将前述实验的高浓度溶液换成摩尔浓度为0.6mol/L的硝酸钾溶液，其他操作方法和步骤不变。 四、答案和提示 （一）问题探讨 1.烧杯中的水分子进人漏斗中导致漏斗液面升高。事实上半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出，但由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的相对含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些，导致漏斗中水量增加，液面上升。如果漏斗管足够长，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。 2.不会，因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。 3.漏斗管中的液面将保持不变。 （二）思考·讨论 1.红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。 2.是（是“相当于”，不是“等同"）。 3.不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。 4.取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。 5.因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。 （三）旁栏思考题 因为甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层出人细胞。 （四）练习与应用 概念检测 1.（1）√；（2）×；（3）×。 2.D。3.B。 拓展应用 1.提示：可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液。将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。 2.假设：温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。 设计实验提示：可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中，通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢，判定温度是否影响水分子的扩散速率。实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。 五、背景资料 1.水势与植物细胞吸水 细胞吸水有三种方式：未形成液泡的细胞，靠吸涨作用吸水；液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水；与渗透作用无关的代谢性吸水。在这三种方式中以渗透作用吸水为主。渗透作用是水分进出细胞的基本过程，而且水分移动需要能量做功。根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能，束缚能是不能转化为用于做功的能量，而自由能是在温度恒定的条件下用于做功的能量。一种物质每摩尔的自由能就是该物质的化学势，衡量水分反应或转移能量的高低，用水势表示。水溶液的化学势与同温同压同一系统中的纯水的化学势之差除以水的偏摩尔体积所得的商，称为水势。 纯水的自由能最大，水势也最高。溶液中的溶质颗粒降低了水的自由能，所以溶液中水的自由能要比纯水低。将纯水的水势定为零，溶液的水势就成为负值。溶液越浓，水势越低。在一个渗透系统中，水移动方向决定于半透膜两边溶液的水势高低。水势高的溶液中的水，流向水势低的溶液。水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象，称为渗透作用。植物细胞的细胞壁主要是由纤维素分子组成的，它对水和溶质是全通透的。而细胞膜和液泡膜都是半透膜，实际上可以把包括细胞膜、细胞质和液泡膜在内的原生质层当作一个半透膜来看待。液泡里的细胞液具有一定的水势。这样，细胞液、原生质层和环境中溶液之间，便会发生渗透作用。当环境中溶液的水势高，而液泡中细胞液的水势低时，环境中溶液所含的水就会进入细胞中。当然，细胞吸水不仅仅与水势有关，还受到其他因素的影响。 2.载体蛋白、通道蛋白等蛋白质构象、结构与功能 载体蛋白是跨膜蛋白分子，能够与特定的分子，通常是一些小的有机分子，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸或离子等结合，通过自身构象的变化，将与它结合的分子转移到膜的另一侧。每一种膜都含有一套适合于特定功能的不同载体的蛋白，如线粒体内膜中具有输人丙酮酸和ADP以及输出ATP的载体等。 通道蛋白横跨膜两侧，其分子中的多肽链折叠成通道，通道内带电荷并充满水，与所转运物质的结合较弱。通道蛋白有所谓的“闸门”结构，可开可关。当“闸门”开时，通道蛋白形成一条通道，能允许水、小的水溶性分子和特定的离子被动地通过；当“闸门”关时，就不允许这些分子通过，这就是构象开关的机制。通道蛋白含有“感受器”，它“感受刺激”时，蛋白的构象改变，“闸门”开闭。通道蛋白分为水通道和离子通道两种类型。 水通道又称为“水孔”，是一个高度特异性亲水通道，只允许水而不允许离子或其他小分子溶质通过。水通道为连续开放的通道，由4个亚基组成四聚体，每个亚基都由6个跨膜a螺旋组成。每个水孔蛋白亚基单独形成一个供水分子运动的中央孔，孔的直径稍大于水分子的直径，约9.28nm，水孔长2nm。水分子通过水通道从水势较高的地方向水势较低的地方扩散. 离子通道一般认为是细胞膜中由大分子组成的孔道，可被化学或电刺激等方式激活，从而控制离子通过细胞膜进行顺势流动，使带电荷的离子得以进行跨膜转运，是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元，它们]能产生和传导电信号，具有重要的生理功能。离子通道属于β型蛋白，通常由几个跨膜的亲水功能区构成。离子通道上有控制物质进出的门，因此，又被称为门通道。离子通过通道时，不需要和通道蛋白结合，而是借助浓度梯度自由扩散通过细胞膜。离子通道对离子具有选择性和专一性。即一种通道只允许一种类型的离子通过。这与离子通道的大小、形状和内部的带电荷氨基酸的分布有关。但通道的离子选择性是相对的而不是绝对的。例如，Na+通道对NH4+具有通透性；离子通道开放具有瞬时性，只有当某种特定的刺激发生时，通道门被激活，通道的构象发生改变，特定的物质就能通过，当这种刺激发生改变时，通道门又会立即关闭。通道蛋白与载体蛋白之间的根本区别在于它们辨别溶质的方式。通道蛋白主要根据分子的大小和电荷进行辨别：如果通道蛋白呈开放状态，那么足够小的和带有适当电荷的分子就有可能通过通道，如同“通过一扇敞开着但又狭窄的活动门”。而载体蛋白对运输物质的选择性要比通道蛋白强很多，它具有高度的选择性，即一种特定的载体只能运输一种类型的分子，这与载体上特定的位点有关，这种位点只能与特定的分子结合，而且这种结合是暂时的、可分离的。 六、教学案例与评析 被动运输（第2课时） 福建省福州第三中学 黄璐璐 教学目标的确定 课程标准与本节相对应的要求是：阐明细胞膜具有选择透过性；举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量。对应的学业要求是：在探究水分进出细胞方式的基础上建构被动运输的概念。教学中，建议利用科学探究的一般方法探究原生质层的选择透过性与质璧分离及其复原的关系，并在此基础上建构被动运输的概念，理解不同被动运输的异同点。由此确定的教学目标如下。 1.通过探究“植物细胞的吸水和失水”，说明水分子进出植物细胞的原理，阐释原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系。 2.通过水分进出细胞方式的探索学习，初步建构被动运输的概念，能比较自由扩散和协助扩散的异同点。 3.通过对被动运输的具体实例的讨论，分析细胞膜的成分、结构与物质跨膜运输功能之间的关系，尝试运用物质跨膜运输的知识解决有关实际问题。 教学设计思路 本节课的教学从探究“植物细胞的吸水和失水”人手研究水分子进出细胞的原理。教学中的重点是“探究植物细胞的吸水和失水”“建构被动运输的概念”“理解不同被动运输方式的异同点”等问题，可引导学生观察实验现象，通过问题驱动引导进行概念建构，最后运用生物学原理解决生产、生活中的实际问题，形成良好的生态意识和社会责任。 教学实施的程序 评析 本教学设计为“被动运输”的第2课时。第1课时中，学生已经学习了渗透作用和水分子进出动物细胞的知识，复习回顾了植物细胞结构的有关知识，并讨论了探究植物细胞吸水和失水的实验方案。本节课，教师通过“情境创设-实验操作-讨论交流-建构概念-总结提升”五个环节帮助学生习得技能，建构概念，提升科学思维能力。值得一提的是采用微视频创设情境，让学生在科学实践前获得对本节内容的感性认知，对于高中生物课程中首次要求学生进行的实验探究学习而言，设置“脚手架”是非常必要和可行的。学生在第1课时中所获得的概念性知识得到了实验检验，有助于学生认识科学本质和提高生物学学科核心素养。在课堂教学的过程中，不论是进行实验还是问题讨论阶段，教师能够精心预设，或者课堂实际情况设置相应的问题，层层深人、循循善诱，引导学生归纳、概括得出重要概念，进一步发展了结构和功能相适应的观念。 评析人：林建春、张锋（福建省普通教育教学研究室） 囡波湾生物 扫码查看更多 点击即为支持 觉得不错就给我个"在看"!  |
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来自： 囡波湾生物 > 《生物学必修1教参》
