“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計

羊垂功

(廣東省開平市開僑中學(xué) 529300)

1 教材分析和設(shè)計思路

人教版高中生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》第四章第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”包括滲透作用、動物細(xì)胞的吸水和失水、“植物細(xì)胞的吸水和失水”探究實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例等內(nèi)容，它們在教材中內(nèi)隱的邏輯關(guān)系是：以問題探討引入，引導(dǎo)學(xué)生分析滲透作用的現(xiàn)象、條件；通過“思考與討論”欄目，引導(dǎo)學(xué)生類比推理動物細(xì)胞本質(zhì)是一套特殊的滲透裝置，展示、啟發(fā)學(xué)生分析動物細(xì)胞吸水與失水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象示意圖，進(jìn)而使學(xué)生認(rèn)識動物細(xì)胞吸水與失水的現(xiàn)象、原理。那么細(xì)胞吸水與失水現(xiàn)象、原理有無實(shí)驗(yàn)證據(jù)？為體現(xiàn)這一內(nèi)隱的科學(xué)探究方法，教材引導(dǎo)學(xué)生對比動、植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)上的差異，并在此基礎(chǔ)上提供植物細(xì)胞吸水和失水的現(xiàn)象、原理的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，進(jìn)而使學(xué)生認(rèn)識動、植物細(xì)胞吸水與失水的原理一樣，但因兩者結(jié)構(gòu)有差異而使它們的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有差異，然后梳理、總結(jié)水分子跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生通過“資料分析”，認(rèn)識物質(zhì)跨膜運(yùn)輸除了存在順著相對含量梯度跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例外，還存在逆著相對含量梯度跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例，進(jìn)而使學(xué)生建立起細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜的觀點(diǎn)，為“生物膜的流動鑲嵌模型”和“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡膶W(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。本設(shè)計將“植物細(xì)胞的吸水和失水“的探究實(shí)驗(yàn)獨(dú)立于第2個課時進(jìn)行，而第1課時的教學(xué)主要為第2課時的教學(xué)夯實(shí)能力基礎(chǔ)。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo) 說出滲透作用發(fā)生的條件；舉例說明動物細(xì)胞發(fā)生吸水和失水的原理；解釋細(xì)胞對無機(jī)鹽離子吸收的特點(diǎn)。

2.2 能力目標(biāo) 學(xué)會從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中提出問題、分析問題、解決問題；嘗試解釋有關(guān)生產(chǎn)和生活現(xiàn)象。

2.3 情感態(tài)度與價值觀目標(biāo) 認(rèn)同細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜，體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過程。

3 教學(xué)過程

3.1 探討滲透作用現(xiàn)象、原因 引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞膜功能，然后強(qiáng)調(diào)：細(xì)胞膜其中一個功能是控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞,那么物質(zhì)是怎樣進(jìn)出細(xì)胞的？引出課題“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”并補(bǔ)充：水是生命之源，也是細(xì)胞中含量最多的物質(zhì)，那么水是怎樣進(jìn)出細(xì)胞的？播放滲透作用多媒體動畫，展示半透膜并簡介其作用。設(shè)問：看完動畫后，大家最想了解的問題是什么？教師給出充裕的時間讓各個小相成員相互交流、討論，再選一個小組代表交流討論結(jié)果，其他小組補(bǔ)充、完善(略)。

3.2 探究滲透作用發(fā)生條件 教師播放“探討滲透作用發(fā)生條件實(shí)驗(yàn)”多媒體動畫，展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖、實(shí)驗(yàn)結(jié)論記錄表，組織學(xué)生開展小組探究活動：學(xué)生觀看動畫，小組成員相互交流、討論；小組代表表述討論結(jié)果，其他小組補(bǔ)充、完善實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、條件、結(jié)論(表1)。教師進(jìn)一步追問：是不是半透膜兩側(cè)溶液只要存在濃度差，漏斗內(nèi)的液面就可以無限制地升高？即A組實(shí)驗(yàn)中，液面不再升高時半透膜兩側(cè)溶液的濃度相等嗎？通過小組交流、討論及教師引導(dǎo)、啟發(fā)，使學(xué)生明確：當(dāng)漏斗內(nèi)液面升到一定高度時，漏斗內(nèi)的液面會對半透膜產(chǎn)生一定強(qiáng)度的靜水壓，這一強(qiáng)度的靜水壓使得單位時間內(nèi)，透過半透膜滲入漏斗水分子的數(shù)量與滲出漏斗水分子的數(shù)量相等。因此，半透膜兩側(cè)溶液即使在該單位時間內(nèi)存在濃度差，滲透作用也不能再發(fā)生。這也是漏斗內(nèi)的液面不能無限制地升高的本質(zhì)原因。

表1 滲透作用實(shí)驗(yàn)結(jié)論記錄表

3.3 探究動物細(xì)胞吸水和失水 由學(xué)生小組交流、討論“思考與討論”欄目中的問題，完善問題答案后，教師展示哺乳動物成熟的紅細(xì)胞與滲透裝置類比表格。引導(dǎo)學(xué)生完善表格內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生類比推理“動物細(xì)胞的本質(zhì)是一套特殊的滲透裝置”(表2)。既然紅細(xì)胞是一套特殊的滲透裝置，那么將其置于不同的外界溶液時會出現(xiàn)怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？讓學(xué)生小組進(jìn)行討論，演繹推理紅細(xì)胞分別置于清水、0.9%NaCl溶液、9%NaCl溶液時出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其原因，并解釋教材中“與生活聯(lián)系”的實(shí)例及醫(yī)用生理鹽水的作用，以體驗(yàn)“學(xué)以致用”。最后，師生一起梳理、總結(jié)動物細(xì)胞吸水和失水的原理、原因以及水跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。即順著相對含量梯度，由相對含量高的地方往相對含量低的地方進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。那么，其他物質(zhì)是否與水一樣，也是順著相對含量梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸呢？

表2 滲透作用裝置與哺乳動物成熟的紅細(xì)胞的類比

3.4 探究物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例 學(xué)生閱讀教材“資料分析”中的相關(guān)實(shí)例，小組交流、討論問題：①水稻培養(yǎng)液中Ca2+和Mg2+濃度為什么會升高？②水稻對Ca2+和Mg2+、SiO44-吸收有差異嗎？番茄和水稻對SiO44-吸收有差異嗎？這兩個實(shí)例能否得出細(xì)胞對物質(zhì)的吸收具有選擇性?③人體甲狀腺濾泡攝取碘是否與水一樣也是順著相對含量梯度進(jìn)行？對于問題①水稻培養(yǎng)液中Ca2+和Mg2+濃度升高的原因，各小組在交流、討論過程中產(chǎn)生的分歧，教師并不急于回答，而是讓其他小組代表先發(fā)表看法后再補(bǔ)充、啟發(fā)：資料實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示“番茄培養(yǎng)液中SiO44-濃度升高”，而資料中已經(jīng)暗示培養(yǎng)液中SiO44-濃度升高是由于番茄幾乎不吸收SiO44-引起的，據(jù)此推理，水稻培養(yǎng)液中Ca2+和Mg2+濃度升高是因?yàn)樗踞尫臗a2+和Mg2+引起，還是因?yàn)樗編缀醪晃誄a2+和Mg2+引起？在學(xué)生都認(rèn)同第二種觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步追問：水稻培養(yǎng)液中SiO44-降低的幅度遠(yuǎn)大于Ca2+和Mg2+升高的幅度，說明水稻在相同的單位時間內(nèi)對水的吸收量大還是對SiO44-的吸收量大？以使學(xué)生認(rèn)識水稻對水和SiO44-的吸收是兩個相對獨(dú)立的過程，為學(xué)習(xí)第3節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健钡於ɑA(chǔ)。最后，師生一起歸納、總結(jié)小組討論結(jié)果：物質(zhì)既存在順著相對含量梯度跨膜運(yùn)輸，又存在逆著相對含量梯度跨膜運(yùn)輸，細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜。

4 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)中，通過播放滲透作用多媒體動畫，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過程。在此基礎(chǔ)上，探討滲透作用實(shí)驗(yàn)條件，類比推理動物細(xì)胞本質(zhì)，以資料分析為載體開展小組探究活動，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、類比推理能力、演繹推理能力，強(qiáng)化、深化學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力，以為開展第2課時教學(xué)夯實(shí)能力基礎(chǔ)。新課程倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，如何深入挖掘教材內(nèi)容以提高知識的可探究性？如何深入挖掘?qū)嶒?yàn)以增加學(xué)生的思維容量，從而更好地進(jìn)行思維訓(xùn)練？都值得生物學(xué)教師去思考與探索。本課的教學(xué)在這方面進(jìn)行了有益的探索。