基于素養(yǎng)提升的“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗闭n堂教學

陳晴

[摘 要]文章從生活案例切入，改進滲透裝置，開展多種植物細胞吸水與失水的探究實驗活動，重新設計“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗钡慕虒W，發(fā)展學生的科學探究、科學思維等核心素養(yǎng)。

[關鍵詞]物質(zhì)跨膜運輸;課堂教學;核心素養(yǎng);高中生物學

“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗笔侨私贪娓咧猩飳W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輸。本節(jié)課是高中生物學的第一個探究性實驗，要求學生針對涼拌菜“出水”這一生物學現(xiàn)象進行觀察、提問、設計實驗、開展實驗并對實驗結(jié)果進行交流討論，從細胞水平探究植物吸水和失水的原因，從而培養(yǎng)學生的科學探究能力。

一、精心設計教學情境，激發(fā)科學探究熱情

學生展示家庭實驗“涼拌蔬菜”放鹽前后的照片，描述實驗現(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候會失水。教師引導學生：植物體是由細胞構(gòu)成的，當它的外界溶液濃度大時，實則是細胞在失水;動物體細胞也有類似的失水、吸水現(xiàn)象，當我們嗑瓜子時，會感覺嘴唇和口腔黏膜很干澀，及時補水之后，這種感覺又會消失，從而導入“動植物細胞失水與吸水”這一重難點。

設計意圖：從現(xiàn)實世界中的生物學現(xiàn)象出發(fā)，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，引導學生從感性認識上升到理性思考：動植物細胞是如何吸水和失水的呢？自然過渡到本節(jié)課的學習。

二、精巧改進滲透裝置，培養(yǎng)科學探究能力

1.滲透裝置的改進

人教版高中生物學必修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現(xiàn)密封，蔗糖溶液很容易漏出，導致滲透現(xiàn)象不明顯。筆者和學生嘗試運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小孔，待蛋黃和蛋清流出，反復用清水沖洗干凈。取一個[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產(chǎn)生大量氣泡，大約需要2～3小時外殼即可全部被反應掉。反應過程中，每隔一段時間（比如半小時）可用玻璃棒輕輕撥動蛋殼，攪拌溶液，以加快反應。操作過程一定要小心謹慎，不要戳破卵殼膜。取出卵殼膜放入清水中浸泡備用。

實驗前將鐵架臺、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，待液狀石蠟凝固后，向漏斗內(nèi)注入質(zhì)量分數(shù)為3% 的蔗糖溶液，用記號筆做好原始液面的標記，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]。

該滲透裝置可反復使用，教師在課堂上可以做演示實驗，或是在課前組織學生拍好實驗視頻，上課播放即可。教師順勢導入滲透作用的概念，并進一步追問：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發(fā)生滲透現(xiàn)象嗎？興趣小組的學生在實驗過程中會體驗到這兩個條件的重要性，在課堂討論環(huán)節(jié)，這些學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)生的兩個條件。

設計意圖：正如生物學的研究經(jīng)歷了從現(xiàn)象到本質(zhì)一樣，學生在做實驗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)的討論讓他們領悟到了滲透作用的本質(zhì)，這樣的設計符合學生的認知規(guī)律，為學習動物細胞膜和“植物的原生質(zhì)層都相當于一層半透膜”打下基礎。

2.解釋動物細胞的吸水與失水

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

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

3.植物細胞的吸水與失水實驗改進

學生針對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，植物體由細胞構(gòu)成，自然會聯(lián)想到是不是細胞在失水。研究對象由宏觀指向了微觀，那么細胞在什么情況下失水、吸水？原生質(zhì)層相當于半透膜嗎？細胞壁是半透膜嗎？在多年教學實踐中發(fā)現(xiàn)，很多學生不理解為什么液泡膜會同細胞質(zhì)、細胞膜共同構(gòu)成相當于半透膜的原生質(zhì)層，筆者嘗試著用類比推理的方法進行講解：液泡膜和細胞膜同屬于生物膜，它們具有相似的成分和結(jié)構(gòu)，細胞膜在控制物質(zhì)進出細胞時具有選擇性，因此推理液泡膜也應具有選擇性。

學生做出假設后，設計實驗方案并進行實驗。課前教師引導學生：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？教師可以提供有關的文獻資料讓學生課后研究以找到其他適合的植物材料。通過研究，學生總結(jié)出適合做該實驗的植物材料應具備易撕取、有顏色、表皮薄的特點。課堂上教師只提供了洋蔥鱗片葉，而學生帶來了馬齒莧的莖、蘿卜的莖、紅薯的莖、紫鴨跖草等實驗材料。

整堂課在數(shù)碼互動實驗室里進行，講臺前的屏幕上實時展示著學生的實驗現(xiàn)象，教師可以對實驗結(jié)果及時點評，學生之間也可以互相評價，學生直觀地感受到了幾種實驗材料的優(yōu)缺點，記錄匯總?cè)绫?。那么細胞處于質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中為什么會出現(xiàn)細胞壁與原生質(zhì)層的分離現(xiàn)象呢？細胞壁是半透膜嗎？學生分析第二個問題時有些難度，教師可引導學生從另一個角度分析：假如細胞壁是半透膜，實驗結(jié)果會如何？有些學生會想到假如細胞壁和原生質(zhì)層都是半透膜，二者的結(jié)構(gòu)和成分相似，在細胞失水收縮的過程中伸縮性一樣大，就不會出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

設計意圖：植物細胞的吸水與失水屬于微觀水平，比較抽象，設計一個貼近學生實際生活、激發(fā)學習熱情的教學情境顯得尤為重要。 為家人做一道“涼拌菜”，既讓家人感受到親人間的溫情，又為探究植物細胞的吸水和失水拉開序幕，學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，當課堂上看到自己的涼拌菜照片更是激動不已，探究的欲望空前高漲。教師鼓勵學生觀察、思考、提問并在假設的基礎上設計、實施方案，交流實驗結(jié)果。課前的文獻資料研究與課上的小組合作探究相得益彰，較好地提升了學生的歸納與概括能力和科學探究能力。數(shù)碼互動系統(tǒng)的使用改進了課堂教學方式，增加了師生間、生生間的互動交流，大大提高了課堂教學的效率，讓教學評價更及時、更有激勵性。

4.嘗試解決生活中的問題，提升社會責任感

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

設計意圖：通過對上述問題的討論，既復習了水分子的跨膜運輸，又符合課程標準的提倡：學生應積極運用生物學的知識和方法，關注社會議題，參與討論并做出解釋，主動宣傳關愛生命的觀念和知識，崇尚健康文明的生活方式，成為健康中國的提倡者和實踐者。

三、教學反思

“探究植物細胞的吸水與失水”與以往教材中的“觀察質(zhì)壁分離與復原”內(nèi)容相近，卻又有著重要區(qū)別，后者注重知識的驗證與實驗操作，而前者側(cè)重通過探究活動讓學生自主發(fā)現(xiàn)“原生質(zhì)層相當于半透膜”“細胞壁對水分進出沒有影響”等結(jié)論，由于本實驗是高中階段的第一個探究性實驗，學生缺乏訓練，再加上這節(jié)課內(nèi)容比較抽象，所以教師需要創(chuàng)設合適的教學情境作為探究的載體，以最大限度地激發(fā)學生大腦的活力和潛力，在后續(xù)的一些探究環(huán)節(jié)中，應鼓勵學生團隊合作、克難制勝、勇于創(chuàng)新 。

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中提出，要關注學生學習過程中的實踐經(jīng)歷，強調(diào)學生學習的過程是主動參與的過程，讓學生積極動手動腦。本節(jié)課通過“植物細胞的吸水與失水”的探究活動加深學生對“原生質(zhì)層相當于半透膜”“質(zhì)壁分離”這些核心概念的理解，提升學生應用知識的能力，幫助學生養(yǎng)成科學思維習慣、良好的飲水習慣，發(fā)展學生的終身學習能力和實踐創(chuàng)新能力[2]。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 蔣素梅.對“滲透作用”實驗的幾點改進[J].中學生物學，2012（5）：45-46.

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

（責任編輯 黃春香）