陳晴

[摘 要]文章從生活案例切入，改進(jìn)滲透裝置，開展多種植物細(xì)胞吸水與失水的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，重新設(shè)計(jì)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”的教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]物質(zhì)跨膜運(yùn)輸;課堂教學(xué);核心素養(yǎng);高中生物學(xué)

“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”是人教版高中生物學(xué)必修1第四章第一節(jié)的內(nèi)容，具體涉及滲透作用、水和其他離子的跨膜運(yùn)輸。本節(jié)課是高中生物學(xué)的第一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生針對(duì)涼拌菜“出水”這一生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、提問、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流討論，從細(xì)胞水平探究植物吸水和失水的原因，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

一、精心設(shè)計(jì)教學(xué)情境，激發(fā)科學(xué)探究熱情

學(xué)生展示家庭實(shí)驗(yàn)“涼拌蔬菜”放鹽前后的照片，描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：放鹽后的盤子中水分變多，做出解釋：植物體在外界溶液濃度大的時(shí)候會(huì)失水。教師引導(dǎo)學(xué)生：植物體是由細(xì)胞構(gòu)成的，當(dāng)它的外界溶液濃度大時(shí)，實(shí)則是細(xì)胞在失水;動(dòng)物體細(xì)胞也有類似的失水、吸水現(xiàn)象，當(dāng)我們嗑瓜子時(shí)，會(huì)感覺嘴唇和口腔黏膜很干澀，及時(shí)補(bǔ)水之后，這種感覺又會(huì)消失，從而導(dǎo)入“動(dòng)植物細(xì)胞失水與吸水”這一重難點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：從現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)現(xiàn)象出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性思考：動(dòng)植物細(xì)胞是如何吸水和失水的呢？自然過渡到本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

二、精巧改進(jìn)滲透裝置，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

1.滲透裝置的改進(jìn)

人教版高中生物學(xué)必修1中的滲透裝置中用的半透膜是玻璃紙，這種半透膜較厚，漏斗內(nèi)液面上升較慢，而且玻璃紙與漏斗口難以實(shí)現(xiàn)密封，蔗糖溶液很容易漏出，導(dǎo)致滲透現(xiàn)象不明顯。筆者和學(xué)生嘗試運(yùn)用其他的半透膜材料，最終選擇雞蛋的卵殼膜作為半透膜。其制法如下：選用新鮮較大的雞蛋，在沒有氣室的一端敲開一個(gè)小孔，待蛋黃和蛋清流出，反復(fù)用清水沖洗干凈。取一個(gè)[250 mL]的燒杯，注入約[150 mL]市售濃鹽酸，將蛋殼浸泡其中。蛋殼與濃鹽酸快速反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，大約需要2～3小時(shí)外殼即可全部被反應(yīng)掉。反應(yīng)過程中，每隔一段時(shí)間（比如半小時(shí)）可用玻璃棒輕輕撥動(dòng)蛋殼，攪拌溶液，以加快反應(yīng)。操作過程一定要小心謹(jǐn)慎，不要戳破卵殼膜。取出卵殼膜放入清水中浸泡備用。

實(shí)驗(yàn)前將鐵架臺(tái)、長頸漏斗、燒杯搭建好，用棉線將卵殼膜固定在漏斗的下端，接縫處用石蠟油密封，待液狀石蠟?zāi)毯?，向漏斗?nèi)注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 的蔗糖溶液，用記號(hào)筆做好原始液面的標(biāo)記，后將裝有蔗糖溶液的卵殼膜放在清水中， 2～3分鐘即可觀察到漏斗內(nèi)液面上升[1]。

該滲透裝置可反復(fù)使用，教師在課堂上可以做演示實(shí)驗(yàn)，或是在課前組織學(xué)生拍好實(shí)驗(yàn)視頻，上課播放即可。教師順勢(shì)導(dǎo)入滲透作用的概念，并進(jìn)一步追問：如果把半透膜換成紗布或塑料袋，或是把燒杯中的清水換成等濃度的蔗糖溶液還會(huì)發(fā)生滲透現(xiàn)象嗎？興趣小組的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)體驗(yàn)到這兩個(gè)條件的重要性，在課堂討論環(huán)節(jié)，這些學(xué)生可以起到傳幫帶的作用，小組討論后可得出滲透作用發(fā)生的兩個(gè)條件。

設(shè)計(jì)意圖：正如生物學(xué)的研究經(jīng)歷了從現(xiàn)象到本質(zhì)一樣，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)或是觀看視頻的過程中感受到了滲透現(xiàn)象的存在，后續(xù)的討論讓他們領(lǐng)悟到了滲透作用的本質(zhì)，這樣的設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，為學(xué)習(xí)動(dòng)物細(xì)胞膜和“植物的原生質(zhì)層都相當(dāng)于一層半透膜”打下基礎(chǔ)。

2.解釋動(dòng)物細(xì)胞的吸水與失水

教師展示滲透作用裝置圖與動(dòng)物細(xì)胞示意圖，動(dòng)物細(xì)胞中哪一部分相當(dāng)于滲透裝置中的半透膜呢？學(xué)生已知細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的功能，可以看作是滲透裝置中的半透膜。

PPT展示哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞置于清水、等滲溶液、高滲溶液的圖片，學(xué)生思考討論后預(yù)測三種情況下紅細(xì)胞的狀態(tài)，有前面吸水漲破法制備細(xì)胞膜的知識(shí)做鋪墊，學(xué)生可解釋動(dòng)物紅細(xì)胞吸水和失水的原因。

3.植物細(xì)胞的吸水與失水實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

學(xué)生針對(duì)做涼拌菜的過程中觀察到的植物體在濃度高的環(huán)境中失水，植物體由細(xì)胞構(gòu)成，自然會(huì)聯(lián)想到是不是細(xì)胞在失水。研究對(duì)象由宏觀指向了微觀，那么細(xì)胞在什么情況下失水、吸水？原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜嗎？細(xì)胞壁是半透膜嗎？在多年教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生不理解為什么液泡膜會(huì)同細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜共同構(gòu)成相當(dāng)于半透膜的原生質(zhì)層，筆者嘗試著用類比推理的方法進(jìn)行講解：液泡膜和細(xì)胞膜同屬于生物膜，它們具有相似的成分和結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜在控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞時(shí)具有選擇性，因此推理液泡膜也應(yīng)具有選擇性。

學(xué)生做出假設(shè)后，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。課前教師引導(dǎo)學(xué)生：書本上的材料是洋蔥鱗片葉的外表皮，是不是可以用其他植物材料替代呢？教師可以提供有關(guān)的文獻(xiàn)資料讓學(xué)生課后研究以找到其他適合的植物材料。通過研究，學(xué)生總結(jié)出適合做該實(shí)驗(yàn)的植物材料應(yīng)具備易撕取、有顏色、表皮薄的特點(diǎn)。課堂上教師只提供了洋蔥鱗片葉，而學(xué)生帶來了馬齒莧的莖、蘿卜的莖、紅薯的莖、紫鴨跖草等實(shí)驗(yàn)材料。

整堂課在數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，講臺(tái)前的屏幕上實(shí)時(shí)展示著學(xué)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及時(shí)點(diǎn)評(píng)，學(xué)生之間也可以互相評(píng)價(jià)，學(xué)生直觀地感受到了幾種實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)缺點(diǎn)，記錄匯總?cè)绫?。那么細(xì)胞處于質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中為什么會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞壁與原生質(zhì)層的分離現(xiàn)象呢？細(xì)胞壁是半透膜嗎？學(xué)生分析第二個(gè)問題時(shí)有些難度，教師可引導(dǎo)學(xué)生從另一個(gè)角度分析：假如細(xì)胞壁是半透膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)如何？有些學(xué)生會(huì)想到假如細(xì)胞壁和原生質(zhì)層都是半透膜，二者的結(jié)構(gòu)和成分相似，在細(xì)胞失水收縮的過程中伸縮性一樣大，就不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：植物細(xì)胞的吸水與失水屬于微觀水平，比較抽象，設(shè)計(jì)一個(gè)貼近學(xué)生實(shí)際生活、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情的教學(xué)情境顯得尤為重要。 為家人做一道“涼拌菜”，既讓家人感受到親人間的溫情，又為探究植物細(xì)胞的吸水和失水拉開序幕，學(xué)生在做好涼拌菜之后，爭先恐后地把加鹽前后的照片發(fā)給教師，當(dāng)課堂上看到自己的涼拌菜照片更是激動(dòng)不已，探究的欲望空前高漲。教師鼓勵(lì)學(xué)生觀察、思考、提問并在假設(shè)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、實(shí)施方案，交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。課前的文獻(xiàn)資料研究與課上的小組合作探究相得益彰，較好地提升了學(xué)生的歸納與概括能力和科學(xué)探究能力。數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的使用改進(jìn)了課堂教學(xué)方式，增加了師生間、生生間的互動(dòng)交流，大大提高了課堂教學(xué)的效率，讓教學(xué)評(píng)價(jià)更及時(shí)、更有激勵(lì)性。

4.嘗試解決生活中的問題，提升社會(huì)責(zé)任感

學(xué)生思考討論兩個(gè)問題：（1）口渴時(shí)，喝濃度高的飲料會(huì)解渴嗎？（2）遇到海難時(shí)，能否飲用海水以達(dá)到解渴的目的？

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)上述問題的討論，既復(fù)習(xí)了水分子的跨膜運(yùn)輸，又符合課程標(biāo)準(zhǔn)的提倡：學(xué)生應(yīng)積極運(yùn)用生物學(xué)的知識(shí)和方法，關(guān)注社會(huì)議題，參與討論并做出解釋，主動(dòng)宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識(shí)，崇尚健康文明的生活方式，成為健康中國的提倡者和實(shí)踐者。

三、教學(xué)反思

“探究植物細(xì)胞的吸水與失水”與以往教材中的“觀察質(zhì)壁分離與復(fù)原”內(nèi)容相近，卻又有著重要區(qū)別，后者注重知識(shí)的驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)操作，而前者側(cè)重通過探究活動(dòng)讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)“原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜”“細(xì)胞壁對(duì)水分進(jìn)出沒有影響”等結(jié)論，由于本實(shí)驗(yàn)是高中階段的第一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏訓(xùn)練，再加上這節(jié)課內(nèi)容比較抽象，所以教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境作為探究的載體，以最大限度地激發(fā)學(xué)生大腦的活力和潛力，在后續(xù)的一些探究環(huán)節(jié)中，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、克難制勝、勇于創(chuàng)新 。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出，要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動(dòng)參與的過程，讓學(xué)生積極動(dòng)手動(dòng)腦。本節(jié)課通過“植物細(xì)胞的吸水與失水”的探究活動(dòng)加深學(xué)生對(duì)“原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜”“質(zhì)壁分離”這些核心概念的理解，提升學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣、良好的飲水習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力[2]。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 蔣素梅.對(duì)“滲透作用”實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)改進(jìn)[J].中學(xué)生物學(xué)，2012（5）：45-46.

[2]? 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：56-58.

（責(zé)任編輯 黃春香）