曹燕波 （無(wú)錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214123）

1 教材分析、學(xué)情分析及設(shè)計(jì)思路

“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”是人教版必修1《分子與細(xì)胞》第4 章第1 節(jié)的內(nèi)容。包括“細(xì)胞的吸水和失水”、探究實(shí)驗(yàn)“植物細(xì)胞的吸水和失水”和“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例”3 個(gè)部分內(nèi)容。其中“細(xì)胞的吸水和失水”是以水跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例將細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系在一起，介紹了滲透作用在生物界具有普遍性。在此基礎(chǔ)上再引入“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例”，為本章第3 節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式”作鋪墊，幫助學(xué)生建立細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過(guò)性膜的觀點(diǎn)。本節(jié)起承前啟后的作用，通過(guò)物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定功能的特點(diǎn)，勾勒出細(xì)胞這一生命系統(tǒng)最基本的層次。

“滲透作用”這個(gè)核心概念十分抽象，對(duì)于高一的學(xué)生而言要理解并能運(yùn)用其規(guī)律并不容易。若直接展示教材上的滲透裝置（圖片），簡(jiǎn)單地進(jìn)行概念傳授，學(xué)生的理解會(huì)流于表面。因此筆者嘗試以一系列的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑檩d體，變抽象的概念為具體、形象，進(jìn)而提高學(xué)生理解的透徹度。具體的設(shè)計(jì)思路如圖1。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：①理解滲透作用的原理及發(fā)生的條件；②說(shuō)出細(xì)胞在什么情況下失水和吸水；③舉例說(shuō)明細(xì)胞膜、原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性，相當(dāng)于半透膜；④理解水的跨膜運(yùn)輸是順濃度梯度。

2）能力目標(biāo)：①?lài)L試從生活現(xiàn)象中提出問(wèn)題，作出假設(shè)；②學(xué)習(xí)探究問(wèn)題的一般方法和步驟；③獨(dú)立完成植物細(xì)胞失水和吸水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：①體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑、務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度；②在合作學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)與人交流，尊重他人，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

3 教學(xué)重、難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：滲透作用的原理及植物細(xì)胞吸水、失水的分析與推理。

2）難點(diǎn)：分析植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)。

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 導(dǎo)入新課 （情境導(dǎo)入）借助中央電視臺(tái)科普欄目《是真的嗎？ 》筆者展示滲透實(shí)驗(yàn)裝置（圖2），請(qǐng)學(xué)生作出判斷。

教師指出：這是一個(gè)長(zhǎng)頸漏斗，漏斗中是30%的蔗糖溶液，漏斗外燒杯中是清水（用PPT 顯示相應(yīng)注釋?zhuān)?，將這2 種溶液隔開(kāi)的是一種特殊的膜，這種膜可以讓水分子自由通過(guò)，而蔗糖分子卻不能通過(guò)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，漏斗內(nèi)、外液面等高，靜置一段時(shí)間后，液面逐漸上升直至停止。這是真的嗎？ 是不是真的試了才知道。

教學(xué)意圖：拋出實(shí)例，吸引學(xué)生注意。再思考其真實(shí)性，導(dǎo)入對(duì)滲透作用的學(xué)習(xí)。

4.2 滲透作用模型構(gòu)建 教師通過(guò)視頻播放自制簡(jiǎn)易滲透裝置展示實(shí)驗(yàn)（圖3）。液面果然上升了，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的奧秘是什么？

教師提問(wèn)： 如果這個(gè)膜是一種完全不透的膜，例如塑料袋，液面會(huì)上升嗎？ （學(xué)生答：不會(huì)。）如果這個(gè)膜是一種全透性的膜，例如紗布，液面會(huì)上升嗎？ （學(xué)生答：不會(huì)。）由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)中液面上升的奧秘之一是這個(gè)膜，這種膜水分子可以自由通過(guò)，而蔗糖分子卻不能通過(guò)，這種膜稱(chēng)為半透膜。

教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注膜兩側(cè)濃度，分析得出奧秘之二是濃度差。液面為什么會(huì)上升或下降？上升是因?yàn)槭裁丛颍?（水分由燒杯中進(jìn)入漏斗中。）水分只能由燒杯進(jìn)入漏斗嗎？ 這個(gè)過(guò)程中有沒(méi)有水分由漏斗進(jìn)入燒杯？ （有。）所以，液面上升應(yīng)該是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)從燒杯中擴(kuò)散到漏斗中的水分子數(shù)量比較多。

總結(jié)：像這樣當(dāng)存在半透膜和濃度差時(shí)，更多的水分子從低濃度溶液流向高濃度的現(xiàn)象，稱(chēng)為滲透現(xiàn)象。

教學(xué)意圖：通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)易滲透裝置讓學(xué)生“眼見(jiàn)為實(shí)”，激勵(lì)他們帶著好奇心探究新知，逐步接近和還原科學(xué)原理。

4.3 動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水 教師指出：大家是否還記得，利用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞制備細(xì)胞膜的方法。如果浸泡在高濃度的溶液中，顯微鏡下觀察到細(xì)胞形態(tài)怎樣變化？ “這是真的嗎？ ”以鳥(niǎo)類(lèi)的蛋黃作為實(shí)驗(yàn)材料試一試。

教師向?qū)W生介紹了雞卵細(xì)胞（蛋黃類(lèi)似一個(gè)細(xì)胞）的腌漬實(shí)驗(yàn)。圖4是將雞卵細(xì)胞分別置于高濃度食鹽水（9% NaCl）、清水中17 h 和41 h 后的變化圖（注：14.22 g，15.49 g 是雞卵的起始重量，17 h 后2 個(gè)雞卵的重量分別是12.32 g 和17.75 g，41 h 后一個(gè)雞卵破裂，所以沒(méi)有稱(chēng)重）。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，雞卵細(xì)胞在蒸餾水中吸水膨脹，最后破裂，在濃鹽水中失水皺縮。動(dòng)物細(xì)胞吸水膨脹和失水皺縮屬于滲透現(xiàn)象嗎？ 動(dòng)物細(xì)胞發(fā)生滲透現(xiàn)象的條件是什么？ 半透膜的功能由動(dòng)物細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)承擔(dān)？

總結(jié)：細(xì)胞膜充當(dāng)了半透膜，允許水分子自由進(jìn)出細(xì)胞，但是控制著某些分子不能自由進(jìn)出細(xì)胞。

教學(xué)意圖：聯(lián)系學(xué)生熟悉的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)實(shí)例，再通過(guò)類(lèi)比肉眼可見(jiàn)的雞卵細(xì)胞重復(fù)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)動(dòng)物細(xì)胞滲透作用的認(rèn)知。

4.4 植物細(xì)胞的吸水和失水 動(dòng)物細(xì)胞有如此現(xiàn)象，植物細(xì)胞有此現(xiàn)象嗎？

4.4.1 蘿卜條實(shí)驗(yàn) 課前教師準(zhǔn)備了3 只燒杯，1 號(hào)裝蘿卜汁（和蘿卜等滲），2 號(hào)、3 號(hào)裝等量的清水和濃鹽水，每個(gè)燒杯中放入一根相同的蘿卜條。現(xiàn)在2 號(hào)、3 號(hào)燒杯的標(biāo)簽被筆者蒙住了，請(qǐng)學(xué)生利用生活常識(shí)猜一猜哪個(gè)燒杯里裝的是清水，哪個(gè)裝的是濃鹽水？學(xué)生通過(guò)觀察、觸摸等多維度的感官刺激，很快獲得答案。蘿卜條長(zhǎng)度變化能否直接證明蘿卜細(xì)胞發(fā)生失水和吸水？若不能，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣做？

學(xué)生經(jīng)分組討論后提出方案：取植物細(xì)胞，分別浸泡在清水、0.3 g/mL 蔗糖溶液中，并顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)變化。筆者請(qǐng)學(xué)生先推測(cè)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，再用實(shí)施的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。

教學(xué)意圖：學(xué)生通過(guò)眼看、手摸等多感官刺激學(xué)習(xí)，增加對(duì)植物細(xì)胞吸水、失水過(guò)程和結(jié)果的體驗(yàn)，加深對(duì)滲透作用發(fā)生條件的理解。

4.4.2 探究實(shí)驗(yàn)： 植物細(xì)胞失水和吸水 通過(guò)前面實(shí)驗(yàn)的鋪墊，學(xué)生對(duì)“觀察現(xiàn)象—提出問(wèn)題—作出假設(shè)—實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)操作—分析現(xiàn)象—得出結(jié)論”有了初步了解，較易作出“植物細(xì)胞是能發(fā)生吸水和失水的”的假設(shè)。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明？學(xué)生通過(guò)思考討論得出：使臨時(shí)裝片上的細(xì)胞“失水”或“吸水”，采用的方法是：分別在蓋玻片的一側(cè)滴加______ 或______（根據(jù)桌上的試劑瓶名稱(chēng)填寫(xiě)）。

實(shí)驗(yàn)操作。為幫助學(xué)生熟練操作顯微鏡，順利完成臨時(shí)裝片的制作，先播放2 段微視頻： 洋蔥“外”表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片制作、使用低倍鏡觀察細(xì)胞，并提供實(shí)驗(yàn)流程：

①制作臨時(shí)裝片：洋蔥鱗片葉紫色外表皮細(xì)胞；②用低倍鏡第1 次觀察：有紫色溶液充滿(mǎn)整個(gè)細(xì)胞；③滴加蔗糖溶液；④用低倍鏡第2 次觀察：紫色部分體積變____，顏色變_____；⑤滴加清水；⑥用低倍鏡第3 次觀察： 紫色部分體積變____，顏色變_____。

教師巡視各組完成情況，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并反饋。洋蔥外表皮細(xì)胞浸泡在0.3 g/mL 蔗糖溶液，發(fā)生失水了嗎？ 理由是什么？ 在播放微視頻“質(zhì)壁分離與復(fù)原”后提問(wèn)：能省略第1 次觀察嗎？ 為什么？請(qǐng)學(xué)生回憶植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，內(nèi)部紫色的是細(xì)胞液，外界溶液是蔗糖溶液，水分進(jìn)出應(yīng)該要通過(guò)的是細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和液泡膜部分，也就是原生質(zhì)層。請(qǐng)回答下列思考題：

思考1：若類(lèi)比滲透裝置，成熟植物細(xì)胞中承擔(dān)半透膜功能的結(jié)構(gòu)是________，所謂質(zhì)壁分離中的“壁”指的是細(xì)胞壁，“質(zhì)”指的則是_______。

思考2：由于細(xì)胞壁主要成分是纖維素，具有全透性，所以細(xì)胞壁和細(xì)胞膜之間應(yīng)為_(kāi)_____（細(xì)胞質(zhì)、外界溶液）。

思考3： 成熟的植物細(xì)胞失水會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離，原因之一是細(xì)胞外溶液濃度_____（填“大于”或“小于”）細(xì)胞液濃度；原因之二是_______ 的伸縮性明顯大于_______。

總結(jié)：植物細(xì)胞也能發(fā)生吸水和失水。當(dāng)外界溶液濃度高于細(xì)胞液時(shí)，液泡失水后明顯縮小，細(xì)胞膜隨液泡膜收縮，但細(xì)胞壁沒(méi)有明顯縮小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為質(zhì)壁分離。

教學(xué)意圖：學(xué)生在“問(wèn)題”的驅(qū)動(dòng)下，循序漸進(jìn)地完成整個(gè)探究過(guò)程，提高了對(duì)滲透作用原理的認(rèn)知水平，也培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

4.4.3 滲透作用與生活中的聯(lián)系 生活中有許多關(guān)于其他物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的實(shí)例，例如腌蘿卜干、制作果脯、腌咸蛋等。鴨蛋能被腌咸，說(shuō)明除了水以外還有哪些物質(zhì)也進(jìn)入了細(xì)胞？ 細(xì)胞本身是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，時(shí)刻與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換。還有鈉、鉀、氯等無(wú)機(jī)鹽離子。腌制生的鵪鶉蛋和煮熟的鵪鶉蛋，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煮熟的鵪鶉蛋更易變咸，這是真的嗎？ 你也可以試試。

教學(xué)意圖：通過(guò)幾個(gè)小問(wèn)題、筆者自己做的小實(shí)驗(yàn)，引起學(xué)生的興趣，從而思考除了水還有什么物質(zhì)可以進(jìn)出細(xì)胞？ 為后面知識(shí)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

5 課堂小結(jié)

以實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑檩d體貫穿整節(jié)課，主要采用情境式、探究式和師生互動(dòng)的教學(xué)模式，簡(jiǎn)潔、明快地解決了本節(jié)課的重、難點(diǎn)：滲透作用的原理；成熟植物細(xì)胞的吸水和失水；成熟植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)等。在多種感官的共同參與下，學(xué)生嘗試了探究問(wèn)題的一般方法和步驟，完成植物細(xì)胞失水和吸水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，了解到其他物質(zhì)也可進(jìn)出細(xì)胞，細(xì)胞膜是一種選擇透過(guò)性膜等，為今后的學(xué)習(xí)埋下了伏筆。

6 教學(xué)反思

本節(jié)課出現(xiàn)了多個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

①簡(jiǎn)易滲透裝置。為了便于觀察，筆者向倒置塑料試管內(nèi)加入了紅糖溶液，半透膜選擇的是魚(yú)鰾。開(kāi)始時(shí)現(xiàn)象還是很明顯的，紅色液面也很快上升了。但是幾小時(shí)過(guò)后筆者發(fā)現(xiàn)燒杯內(nèi)的清水會(huì)有些許渾濁。很明顯，紅糖從魚(yú)鰾中漏出了。筆者查閱了一些資料，資料顯示魚(yú)鰾、雞蛋殼膜等嚴(yán)格來(lái)講并不能完全阻隔蔗糖分子，它們并不是本實(shí)驗(yàn)最好的半透膜。但是筆者認(rèn)為，滲透裝置的理想模型不易得，若取得簡(jiǎn)易的滲透裝置能說(shuō)明當(dāng)前問(wèn)題，就是一個(gè)好模型（當(dāng)然這個(gè)半透膜的透性要和學(xué)生說(shuō)明）。

②雞卵細(xì)胞模型。雞蛋取材方便，整個(gè)雞蛋雖不是一個(gè)細(xì)胞，但是蛋黃可看作是一個(gè)雞卵細(xì)胞，所以將它放入清水或高濃度的溶液中發(fā)生的變化相比于哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞，由于肉眼可見(jiàn)，學(xué)生觀察更方便。

③蘿卜條實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。多?shù)教師會(huì)將相同的蘿卜條放在清水、濃鹽水中，然后比較蘿卜條的長(zhǎng)短、大小等。學(xué)生只是被告知結(jié)果。筆者改變思路，將蘿卜條分別放在清水、蘿卜汁（等滲溶液）、濃鹽水中，遮住裝清水和濃鹽水燒杯的標(biāo)簽，讓學(xué)生感知蘿卜條的變化，從而推測(cè)2 個(gè)燒杯對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽，這樣學(xué)生就化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，更易接受新知識(shí)。