對(duì)“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸”教學(xué)的探討

文件編號(hào)：1003—7586(2010)07—0035—02

摘要 以“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸”的教學(xué)為例，結(jié)合探究植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一的問題，探討了高中生物課中探究性學(xué)習(xí)的方式及其意義，力圖通過實(shí)施具有科學(xué)研究?jī)r(jià)值的探究性學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)思維的能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)教學(xué) 跨膜運(yùn)輸 教學(xué)探討

中圖分類號(hào)：633.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一是生物學(xué)理論的基本觀點(diǎn)之一，認(rèn)識(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性，是形成辯證唯物主義自然觀的基礎(chǔ)。物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式是高中生物知識(shí)中的基礎(chǔ)內(nèi)容。如何在教學(xué)中實(shí)踐課標(biāo)理念，幫助學(xué)生理解科學(xué)過程和本質(zhì)?筆者在“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸”的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生從“探究植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一”的課題人手，以水分子和蔗糖分子的跨膜運(yùn)輸方式為具體的探究?jī)?nèi)容，試圖通過豐富的過程性體驗(yàn)，提升學(xué)生對(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。1教學(xué)內(nèi)容建構(gòu)體現(xiàn)由未知到獲知的過程

在新課程下，教師不僅是教材的使用者，更是教材的建設(shè)者。在各版本的教材中，觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)一般是安排在學(xué)習(xí)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式之后，作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開設(shè)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中突出學(xué)習(xí)過程的探究性，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷由未知到獲知、由現(xiàn)象到本質(zhì)的過程性探討，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)不僅學(xué)習(xí)了物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)闹R(shí)，還學(xué)習(xí)了在實(shí)驗(yàn)中獲取科學(xué)知識(shí)和進(jìn)行科學(xué)思考的方法。

教學(xué)中教師以“探究物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式”為具體教學(xué)內(nèi)容的中心，以學(xué)生當(dāng)前的知識(shí)水平和課程背景為設(shè)置問題的基礎(chǔ)，在“探究植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一”課題下，體現(xiàn)科學(xué)方法和科學(xué)思想的統(tǒng)一。在學(xué)生活動(dòng)前，師生共同分析動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能上的差異，特別是識(shí)別再認(rèn)細(xì)胞中的生物膜系統(tǒng)，說明物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸既具有普遍性，又因不同的膜而有特殊性，在探討物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式中，體現(xiàn)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一的思想。

探討影響植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原的因素，分析實(shí)現(xiàn)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)臈l件，探究水分子跨膜運(yùn)輸和蔗糖分子跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞降?，從教師教學(xué)的環(huán)節(jié)看，是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容預(yù)設(shè)問題和實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)完成教學(xué)目標(biāo)。而從學(xué)生學(xué)習(xí)的過程看，這就是一個(gè)由提出問題開始的探究活動(dòng)，是一個(gè)解決問題的科學(xué)研究過程，是創(chuàng)造知識(shí)和形成能力的過程。學(xué)生提出了各種問題，有些問題貌似簡(jiǎn)單，有些問題在提出時(shí)可能還不很確定，而教師應(yīng)該相信，在每個(gè)問題提出前，都曾被學(xué)生反復(fù)醞釀?wù)遄?，是基于原有知識(shí)積淀的探尋。

2 實(shí)驗(yàn)材料選擇體現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一的普遍規(guī)律

選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)材料，對(duì)于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)非常重要。在教材中，一般以洋蔥表皮細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，說明水分子跨膜運(yùn)輸與細(xì)胞內(nèi)外溶液滲透壓差有關(guān)，同時(shí)說明蔗糖分子不能通過跨膜運(yùn)輸進(jìn)入洋蔥表皮細(xì)胞。除了洋蔥表皮細(xì)胞，選擇其他植物作為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)于學(xué)生形成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一的觀念具有積極的意義。

具體選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，教師需要考慮：如果選擇的實(shí)驗(yàn)材料學(xué)生不熟悉，會(huì)增加實(shí)驗(yàn)以外的負(fù)擔(dān)；如果實(shí)驗(yàn)材料不便于操作，會(huì)增加實(shí)驗(yàn)的難度。由于利用黑藻觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)剛剛結(jié)束，學(xué)生對(duì)黑藻比較熟悉，黑藻的葉結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般綠色部分只有3-4層細(xì)胞構(gòu)成，是觀察實(shí)驗(yàn)的好材料。實(shí)驗(yàn)材料種類的增加，使實(shí)驗(yàn)中的變量復(fù)雜化了，學(xué)生的問題增多了，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)過程的探究性。結(jié)合黑藻細(xì)胞在不同濃度的蔗糖溶液的變化情況，學(xué)生對(duì)洋蔥表皮細(xì)胞中發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原現(xiàn)象的討論，就不再局限于現(xiàn)象本身了，因?yàn)閷W(xué)生看到了一個(gè)存在于植物細(xì)胞的普遍現(xiàn)象，在觀察到的現(xiàn)象的啟發(fā)下，已經(jīng)感悟到植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原的普遍意義。

在真正的研究中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)許多問題。例如：為什么在同樣濃度的蔗糖溶液中，不同部位的洋蔥表皮細(xì)胞的反應(yīng)不同，黑藻細(xì)胞和洋蔥表皮細(xì)胞的反應(yīng)也不相同?怎樣解釋在不同濃度的蔗糖溶液中，黑藻細(xì)胞和洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生的反應(yīng)?通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不僅說明不同物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式可能不同，還在實(shí)驗(yàn)中意外地“發(fā)現(xiàn)”了測(cè)定細(xì)胞液濃度的方法，真實(shí)地體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程。

3 學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)過程體現(xiàn)觀察發(fā)現(xiàn)和思考領(lǐng)悟的科學(xué)探究過程

高中課標(biāo)指出：每個(gè)探究活動(dòng)應(yīng)有學(xué)生未知答案的問題。在本課的探究活動(dòng)中，由于配制了3種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蔗糖溶液、提供了黑藻和洋蔥鱗片葉兩種植物材料，而不同部位的洋蔥鱗片葉的細(xì)胞液濃度也有差異，為學(xué)生的問題解決過程創(chuàng)設(shè)了未知的條件，為探究發(fā)現(xiàn)提供了比較廣闊的認(rèn)知背景。學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究過程簡(jiǎn)述如下。

①提出問題。

學(xué)生分析教材列表中動(dòng)物細(xì)胞在低滲、等滲和高滲溶液中的形態(tài)變化，結(jié)合探究植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一的學(xué)習(xí)要求，思考影響細(xì)胞跨膜運(yùn)輸?shù)囊蛩?，初步考慮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞內(nèi)外溶液的濃度差(滲透壓差)的關(guān)系。學(xué)生根據(jù)教師和課文提供的信息，初步提出自己的研究問題。

②作出假設(shè)。

教師要引導(dǎo)學(xué)生確認(rèn)自己提出的研究問題，并作出相應(yīng)的假設(shè)。保證每個(gè)學(xué)生都是在有問題的情況下進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且問題確實(shí)與教學(xué)目標(biāo)一致。

③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

教師建議學(xué)生利用提供的實(shí)驗(yàn)材料和試劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并交流實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。三種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蔗糖溶液為0.15g／mL、0.3g／mL、0.5g／mL；清水；洋蔥鱗片葉、黑藻等：

④實(shí)施實(shí)驗(yàn)。

制作臨時(shí)玻片標(biāo)本，運(yùn)用引流法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在高倍鏡下觀察細(xì)胞的變化。教師建議學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，依蔗糖溶液由0.5g／mL、0.3g／mL、0.15g／mL至清水的梯度順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，及時(shí)判斷細(xì)胞是否發(fā)生了質(zhì)壁分離，思考發(fā)生了質(zhì)壁分離的細(xì)胞在什么條件下復(fù)原，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。確認(rèn)發(fā)生變化時(shí)細(xì)胞外液的溶液濃度。記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

⑤分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

水分子的跨膜運(yùn)輸受到細(xì)胞液和細(xì)胞外溶液濃度的影響。由于實(shí)驗(yàn)過程表明，細(xì)胞發(fā)生的質(zhì)壁分離或復(fù)原現(xiàn)象與水分子進(jìn)出細(xì)胞有關(guān)，故推測(cè)，蔗糖分子可能不能進(jìn)入細(xì)胞。

⑥得出結(jié)論。

植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能具有統(tǒng)一性。影響水分子跨膜運(yùn)輸?shù)囊蛩兀捍嬖诩?xì)胞膜(原生質(zhì)層)和細(xì)胞膜兩側(cè)溶液的濃度差；蔗糖分子的跨膜運(yùn)輸方式與水分子不同，需要進(jìn)一步探究。

⑦進(jìn)一步探究。

各種不同物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式有什么不同?蔗糖分子的跨膜運(yùn)輸方式究竟是怎樣的?以新問題結(jié)束課時(shí)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞降膶W(xué)習(xí)熱情。

在實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)0.15／mL的蔗糖溶液最接近洋蔥外側(cè)鱗片葉的細(xì)胞液濃度；有的學(xué)生用位于洋蔥鱗莖內(nèi)部的鱗片葉實(shí)驗(yàn)時(shí)，反映在用0.3g／mL的蔗糖溶液處理時(shí)，細(xì)胞不發(fā)生質(zhì)壁分離，而在用0.15g／mL的蔗糖溶液處理時(shí)，還出現(xiàn)了細(xì)胞膨脹、液泡變大的現(xiàn)象，并推測(cè)此處細(xì)胞液濃度較高。學(xué)生發(fā)現(xiàn)黑藻細(xì)胞在0.3g／mL的蔗糖溶液中，很快發(fā)生質(zhì)壁分離。這些發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上更加具體地說明了植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一性的問題。

探究過程的真實(shí)性，揭示了生物學(xué)科知識(shí)必須與生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系的事實(shí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論時(shí)提出，可能由于實(shí)驗(yàn)所用的洋蔥品質(zhì)不同，細(xì)胞中所含物質(zhì)的量有一定差異，或洋蔥經(jīng)過一段時(shí)間存放。細(xì)胞本身含水量減少，導(dǎo)致細(xì)胞液濃度相對(duì)增加。涉及了良種生產(chǎn)和果蔬儲(chǔ)存的問題；有些學(xué)生根據(jù)自己接觸洋蔥后手上留下的物質(zhì)粘稠情況推測(cè)，洋蔥鱗片葉的細(xì)胞液濃度確實(shí)是不同的，得出同樣用洋蔥鱗片葉作為實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能不同的結(jié)論。

在探究性學(xué)習(xí)中，由于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的復(fù)雜性和多樣性，需要教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行細(xì)致的分析，排除各種因素的干擾，比較得出具有普遍性意義的結(jié)論。教師還需要通過不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，提高自身把握探究活動(dòng)進(jìn)程的能力，使學(xué)生在探究性學(xué)習(xí)中不斷地得到發(fā)展。