情境化教學(xué)在概念難點突破中的實踐

一、教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)自標(biāo)主要集中在深入理解“被動運(yùn)輸”的科學(xué)概念。被動運(yùn)輸在生物學(xué)中指的是物質(zhì)（如水分、氧氣、二氧化碳等）在沒有能量支持的情況下，沿濃度梯度通過細(xì)胞膜的運(yùn)輸過程。本節(jié)課將詳細(xì)講解其中的兩種主要形式：自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散。自由擴(kuò)散是物質(zhì)直接通過細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層，而協(xié)助擴(kuò)散則涉及載體蛋白或通道蛋白的幫助。學(xué)生需要掌握這兩種方式的機(jī)制及其在細(xì)胞功能中的不同作用和特點，這對理解細(xì)胞如何維持內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要。

二、教學(xué)重難點

（一）教學(xué)重點

教學(xué)重點是深入講解并全面理解“被動運(yùn)輸\"這一生物學(xué)概念。被動運(yùn)輸包括自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散兩種主要類型，這要求學(xué)生不僅要掌握每種方式的基本原理，還要能夠識別和區(qū)分這兩種過程在實際生物系統(tǒng)中的應(yīng)用。

（二）教學(xué)難點

教學(xué)難點主要集中在如何將抽象的生物學(xué)原理有效地與實際現(xiàn)象相結(jié)合?！氨粍舆\(yùn)輸”作為生物學(xué)中的一個基本概念，雖然理論定義明確，但在實際生物系統(tǒng)中的運(yùn)作模式及其影響因素顯示出極大的復(fù)雜性。這種復(fù)雜性源于生物體內(nèi)環(huán)境的多變性以及外部條件的不斷變化，給學(xué)生的理解和掌握帶來了很大挑戰(zhàn)。

三、教材分析

本節(jié)教材選自人教版生物學(xué)必修1第4章第1節(jié)“被動運(yùn)輸”，涉及細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和生命活動中細(xì)胞與外界物質(zhì)的交換機(jī)制。此部分內(nèi)容是理解細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸機(jī)制的基礎(chǔ)，重點講解被動運(yùn)輸中的自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散及它們在維持細(xì)胞正常代謝活動中的關(guān)鍵作用。

四、學(xué)情分析

高中生已具備一定的科學(xué)探究能力和基本的生物學(xué)知識，如細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和基本功能，知曉細(xì)胞膜的流動性、選擇透過性的概念。然而，學(xué)生對于細(xì)胞如何控制物質(zhì)進(jìn)出，尤其是跨膜運(yùn)輸?shù)木唧w機(jī)制可能還缺乏深入理解。

五、教學(xué)過程

（一）情境引入- 創(chuàng)設(shè)問題，激發(fā)思維

教師在課堂上播放一段洋蔥細(xì)胞在高濃度蔗糖溶液中質(zhì)壁分離的視頻。視頻清晰展示了細(xì)胞在高濃度溶液中如何逐漸失水，細(xì)胞質(zhì)收縮，液泡縮小，從而導(dǎo)致細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象。

在播放完洋蔥細(xì)胞質(zhì)壁分離的視頻后，教室里充滿了好奇和思考的氣氛。視頻中，細(xì)胞在高濃度蔗糖溶液中的變化激發(fā)了學(xué)生的興趣，教師及時提出問題，引導(dǎo)學(xué)生深人探討。

教師：同學(xué)們，從這段視頻中大家看到了細(xì)胞在不同條件下的變化。那這種變化說明了什么？

學(xué)生A：老師，我覺得細(xì)胞失水的現(xiàn)象可能是因為溶液的濃度太高，水分子從細(xì)胞內(nèi)向外移動，導(dǎo)致了細(xì)胞質(zhì)的收縮。

教師：非常好的觀察。這確實是由于溶液的高滲透壓造成的。那么，大家能不能解釋一下，為什么水分子會從細(xì)胞內(nèi)向外移動呢？

學(xué)生B：我認(rèn)為這是滲透作用的結(jié)果。因為溶液中蔗糖的濃度比細(xì)胞內(nèi)部高，水分子通過半透膜從低濃度的細(xì)胞內(nèi)向高濃度的溶液外移動，試圖平衡兩邊的濃度。

教師：你解釋得很到位！這是典型的被動運(yùn)輸現(xiàn)象，不需要細(xì)胞耗能。那么，細(xì)胞膜在這個過程中起了什么作用？

學(xué)生C：細(xì)胞膜像是一個只允許特定物質(zhì)通過的門，它通過選擇透過性控制著物質(zhì)的進(jìn)出，保證細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的平衡。

教師：對。細(xì)胞膜的選擇透過性確保了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。這種自然的調(diào)控機(jī)制是生物體內(nèi)許多生命活動的基礎(chǔ)。

隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧之前學(xué)習(xí)的知識，包括滲透作用、細(xì)胞膜功能，并將這些知識與觀察到的洋蔥細(xì)胞現(xiàn)象聯(lián)系起來。

教師使用圖表和模型進(jìn)一步解釋被動運(yùn)輸?shù)倪^程和機(jī)制。如圖1所示。

教師：根據(jù)已知的滲透作用原理，水分子是如何在細(xì)胞內(nèi)外移動的？細(xì)胞膜在這一過程中起什么作用？

學(xué)生丙：水分子通過半透膜從水濃度高的地方向水濃度低的地方自由移動，這是被動運(yùn)輸

教師：非常準(zhǔn)確！并且，細(xì)胞膜的選擇透過性使得某些物質(zhì)可以通過而某些物質(zhì)不能通過，這對維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境平衡至關(guān)重要。

（設(shè)計意圖：在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過理論與實際觀察相結(jié)合，深入理解被動運(yùn)輸?shù)纳飳W(xué)原理及其在細(xì)胞生理活動中的作用。通過圖表和模型將抽象的科學(xué)概念具象化，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系。）

（二）情境分析一觀察現(xiàn)象，探究規(guī)律

在生物學(xué)課堂上，為了加深學(xué)生對“被動運(yùn)輸”的理解，教師設(shè)計了一個實驗，讓學(xué)生觀察洋蔥表皮細(xì)胞在不同濃度溶液中的形態(tài)變化。這個實驗不僅能加深學(xué)生對被動運(yùn)輸科學(xué)概念的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能和觀察分析能力。

教師指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)備三組洋蔥鱗片葉的外表皮細(xì)胞臨時裝片，編號為1、2、3。學(xué)生在低倍顯微鏡下觀察每組細(xì)胞中紫色中央液泡的大小、原生質(zhì)層的位置，以及細(xì)胞的大小。

教師通過多媒體設(shè)備展示實驗的具體步驟：

1.低濃度蔗糖溶液處理：在編號1、2、3的裝片上分別滴加質(zhì)量濃度為 {0.2g/mL.0.3g/mL.0.4g/mL）的蔗糖溶液，觀察細(xì)胞的反應(yīng)。

2.變化記錄：低倍顯微鏡下記錄中央液泡的大小變化、原生質(zhì)層的位置變化及細(xì)胞大小的變化。

3.清水處理：在處理后的裝片上滴加等量清水，觀察細(xì)胞恢復(fù)的情況。

教師要求學(xué)生記錄他們觀察到的數(shù)據(jù)，包括細(xì)胞變化的前后狀態(tài)，并嘗試分析溶液濃度如何影響細(xì)胞狀態(tài)的變化。

教師：通過這個實驗，你們有沒有觀察到不同濃度蔗糖溶液對細(xì)胞的影響？

學(xué)生甲：在蔗糖濃度高的溶液中，細(xì)胞中的水分似乎被抽出，導(dǎo)致液泡縮小和原生質(zhì)層脫離細(xì)胞壁

學(xué)生乙：當(dāng)我們向細(xì)胞中加入清水后，原生質(zhì)層似乎又重新貼近了細(xì)胞壁，液泡也逐漸恢復(fù)了原來的大小。

教師：你們的觀察非常到位。這說明了什么科學(xué)現(xiàn)象？

學(xué)生丙：這是滲透作用的結(jié)果。水分子通過半透膜自由移動，試圖平衡細(xì)胞內(nèi)外的溶質(zhì)濃度。

（設(shè)計意圖：通過實驗教學(xué)活動，教師引導(dǎo)學(xué)生直接觀察和操作，深入理解被動運(yùn)輸和滲透現(xiàn)象，理解被動運(yùn)輸?shù)母拍詈吞攸c。）

（三）情境深化 一對比分析，突破難點

為深化學(xué)生對被動運(yùn)輸機(jī)制的理解，教師設(shè)計了一個對比分析環(huán)節(jié)，通過對自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的對比和討論，幫助學(xué)生突破對兩種運(yùn)輸方式的難點理解。

教師首先展示相關(guān)特性圖，如圖2所示，引導(dǎo)學(xué)生觀察自由擴(kuò)散圖。

教師：請大家觀察圖2，自由擴(kuò)散的運(yùn)輸速率為什么會隨著物質(zhì)濃度的增加而不斷提高？

學(xué)生甲：因為自由擴(kuò)散是由濃度梯度驅(qū)動的，物質(zhì)分子會自發(fā)地從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散，沒有其他因素限制它的速率。

學(xué)生乙：我覺得是因為自由擴(kuò)散不需要任何載體蛋白參與，所有的分子都可以自由通過細(xì)胞膜

教師總結(jié)：大家的分析很準(zhǔn)確！自由擴(kuò)散的核心特點是運(yùn)輸速率完全依賴濃度梯度，不需要膜蛋白的輔助。這種方式適用于小分子和非極性分子，如氧氣和水分子。

隨后，教師讓學(xué)生仔細(xì)觀察主動運(yùn)輸圖的特點，圖2中清晰標(biāo)出了協(xié)助擴(kuò)散的運(yùn)輸速率隨物質(zhì)濃度的變化。運(yùn)輸速率在低濃度時隨濃度的增加而上升，但在達(dá)到臨界點（P點）后趨于穩(wěn)定。

教師：在圖2中，為什么協(xié)助擴(kuò)散的運(yùn)輸速率在達(dá)到P點后不再增加了呢？和自由擴(kuò)散相比，這種現(xiàn)象說明了什么？

學(xué)生丙：因為協(xié)助擴(kuò)散需要載體蛋白或通道蛋白的幫助，當(dāng)所有蛋白都“忙碌\"時，速率就不會再提升了。

學(xué)生?。何矣X得這和自由擴(kuò)散不同，自由擴(kuò)散沒有這種飽和現(xiàn)象，因為它不依賴膜蛋白。

教師進(jìn)一步引導(dǎo)：非常好！協(xié)助擴(kuò)散的速率受限于載體蛋白的數(shù)量，而自由擴(kuò)散沒有這種限制。這種“飽和現(xiàn)象”是協(xié)助擴(kuò)散的一個關(guān)鍵特點，

（設(shè)計意圖：通過觀察和對比圖表，學(xué)生能夠深入理解協(xié)助擴(kuò)散的動力來源和膜蛋白的作用，突破“飽和現(xiàn)象”這一概念難點。）

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸?shù)膶Ρ葓D。協(xié)助擴(kuò)散的運(yùn)輸速率隨著濃度梯度的增加而提高，但主動運(yùn)輸是逆濃度梯度進(jìn)行的，其速率依賴能量（ATP）的供應(yīng)。

教師：通過圖2，我們可以看到協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸?shù)囊粋€重要區(qū)別。為什么協(xié)助擴(kuò)散不需要能量，而主動運(yùn)輸需要ATP？\"

學(xué)生甲：協(xié)助擴(kuò)散是順濃度梯度的運(yùn)輸，而主動運(yùn)輸是逆濃度梯度的運(yùn)輸，所以需要額外的能量來推動。

學(xué)生乙：我認(rèn)為是因為協(xié)助擴(kuò)散依賴的是載體蛋白，而主動運(yùn)輸不僅需要載體蛋白，還需要ATP提供能量。

教師總結(jié)：很好！協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸?shù)母緟^(qū)別就在于運(yùn)輸方向和能量需求。協(xié)助擴(kuò)散是順濃度梯度的，而主動運(yùn)輸則克服了濃度梯度。這也是細(xì)胞在調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境時采用不同運(yùn)輸方式的原因。

（設(shè)計意圖：通過對協(xié)助擴(kuò)散與主動運(yùn)輸?shù)膶Ρ?，學(xué)生從更高層次理解了運(yùn)輸機(jī)制的多樣性。）

最后，教師展示了主動運(yùn)輸?shù)奶匦詧D。圖中標(biāo)明了主動運(yùn)輸?shù)乃俾适蹵TP供應(yīng)的限制，當(dāng)能量供應(yīng)不足時，運(yùn)輸速率會顯著降低。

教師：我們已經(jīng)了解了協(xié)助擴(kuò)散和主動運(yùn)輸?shù)膮^(qū)別。那主動運(yùn)輸在能量供應(yīng)不足時會發(fā)生什么呢？

學(xué)生丙：如果沒有足夠的ATP，主動運(yùn)輸就無法進(jìn)行，運(yùn)輸速率也會隨之下降。

學(xué)生丁：這說明主動運(yùn)輸完全依賴細(xì)胞的能量代謝活動。

教師補(bǔ)充：正是如此。主動運(yùn)輸?shù)倪@一特點對細(xì)胞的生存和功能至關(guān)重要，如細(xì)胞通過主動運(yùn)輸來維持離子濃度的平衡。

（設(shè)計意圖：通過對主動運(yùn)輸圖的分析，教師將學(xué)生的注意力引導(dǎo)到細(xì)胞能量代謝的重要性上。這種結(jié)合情境化的講解方式，不僅鞏固了知識，還讓學(xué)生對細(xì)胞運(yùn)輸?shù)膹?fù)雜性有了更深的理解。）

（四）情境遷移一聯(lián)系實際，解決問題

為了幫助學(xué)生將課堂知識遷移到實際情境中，教師設(shè)計了一系列案例分析和實踐任務(wù)，結(jié)合鹽堿地改良與日常生活現(xiàn)象，幫助學(xué)生理解被動運(yùn)輸?shù)膶嶋H應(yīng)用，同時培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力與科學(xué)思維

1.鹽堿地土壤對植物生長的影響

教師通過多媒體展示鹽堿地的圖片及相關(guān)數(shù)據(jù)，講解土壤中高濃度溶液對植物根系細(xì)胞水分運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

教師：同學(xué)們，鹽堿地是一種常見的農(nóng)業(yè)問題。在這種環(huán)境下，植物為什么會出現(xiàn)萎蔫甚至死亡的現(xiàn)象？這和我們剛剛學(xué)習(xí)的被動運(yùn)輸有什么關(guān)系呢？

學(xué)生甲：我認(rèn)為這可能是因為鹽堿地中的溶液濃度太高，水分從植物根細(xì)胞內(nèi)部流失到外部環(huán)境，導(dǎo)致細(xì)胞失水。

學(xué)生乙：對，這和滲透作用有關(guān)。植物細(xì)胞中的水分通過被動運(yùn)輸，流向濃度更高的土壤溶液中。

教師：很好！這種現(xiàn)象確實是由滲透作用導(dǎo)致的。那我們應(yīng)該采取什么措施來減少這種水分流失呢？

學(xué)生丙：可以通過合理灌溉降低土壤中的鹽分濃度。

學(xué)生丁：還可以在鹽堿地上種植耐鹽作物。

教師：你們的分析非常全面。合理灌溉和種植耐鹽作物可以有效降低鹽堿地對植物生長的不良影響。這是被動運(yùn)輸理論在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個實際應(yīng)用。

（設(shè)計意圖：通過分析鹽堿地案例，教師幫助學(xué)生認(rèn)識到被動運(yùn)輸?shù)脑聿恢痪窒抻谡n堂，還與現(xiàn)實生活密切相關(guān)。學(xué)生能夠從實際問題出發(fā)，應(yīng)用所學(xué)知識提出解決方案，從而強(qiáng)化知識的應(yīng)用性。）

2.蔬菜“焯水\"過程中的滲透現(xiàn)象

教師播放一段關(guān)于家庭烹飪中焯水的短視頻，展示蔬菜在熱水中顏色變鮮亮、水分流失的現(xiàn)象。

教師：同學(xué)們在家里一定見過蔬菜焯水的過程吧。蔬菜在焯水過程中為什么會變得鮮亮，而焯水時間過長又會變得口感不好？這和我們今天學(xué)的被動運(yùn)輸有什么聯(lián)系？

學(xué)生甲：我覺得蔬菜在熱水中會發(fā)生細(xì)胞壁破裂，水分從細(xì)胞內(nèi)部流失到外部，所以焯水時間不能太長。

學(xué)生乙：這可能和滲透作用有關(guān)。熱水讓細(xì)胞內(nèi)外的水分濃度變化更快。

教師引導(dǎo)：非常好！焯水過程中的細(xì)胞水分流失確實和被動運(yùn)輸?shù)臐B透作用密切相關(guān)。那么，為了保持蔬菜的口感，該如何控制焯水的時間和溫度呢？

學(xué)生丙：可以短時間焯水，并迅速放人冷水中冷卻。

學(xué)生?。簩Γ@樣可以減少水分流失，同時保持蔬菜的顏色和口感。

教師總結(jié)：通過討論，我們明白了焯水過程中的滲透現(xiàn)象和被動運(yùn)輸?shù)脑怼４蠹艺莆者@些知識，可以在生活中更加科學(xué)地解決實際問題。

（設(shè)計意圖：教師通過蔬菜焯水這一貼近學(xué)生生活的實例，激發(fā)學(xué)生對知識的興趣，使他們理解科學(xué)知識在日常生活中的具體應(yīng)用，從而實現(xiàn)知識的遷移與創(chuàng)新。）

六、教學(xué)總結(jié)

情境化教學(xué)在概念難點突破中具有獨特的優(yōu)勢。通過引入貼近實際的生活案例與直觀實驗，教師能幫助學(xué)生在生物學(xué)語境中實踐科學(xué)探究方法。從洋蔥細(xì)胞質(zhì)壁分離的觀察到鹽堿地改良和焯水過程的分析，學(xué)生在熟悉的情境中將抽象的科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為具體認(rèn)知，加深了對“被動運(yùn)輸”概念的深刻理解。同時，情境化教學(xué)注重引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象中提煉科學(xué)規(guī)律，通過觀察、假設(shè)驗證培養(yǎng)學(xué)生的批判性和邏輯性思維。教師通過設(shè)計日常觀察實驗，使學(xué)生的知識應(yīng)用能力與創(chuàng)新意識得到了進(jìn)一步提升，真正實現(xiàn)了從理論到實踐的轉(zhuǎn)化。這種教學(xué)模式不僅有效突破了生物學(xué)概念的教學(xué)難點，還提升了學(xué)生在現(xiàn)實情境中解決問題的能力。

（作者單位：無錫市第六高級中學(xué)）

編輯：趙文靜