2019-2020年人教版高中生物必修1 4-1物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?教案2.doc

2019-2020年人教版高中生物必修1 4-1物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?教案2教學目標：1.知識與技能（1）說出細胞在什么情況下吸水和失水。（2）舉例說明細胞膜是選擇透過性膜。（3）熟練制作臨時裝片和操作顯微鏡觀察。2.過程與方法（1）嘗試從生活現(xiàn)象中提出問題，作出假設。（2）學習進行探究問題的一般方法和步驟。 3.情感態(tài)度與價值觀（1）參與課堂討論與交流。（2）養(yǎng)成良好的實驗習慣，如及時清洗和擺放實驗用具，愛護實驗室衛(wèi)生等。教學重點：1.如何進行探究實驗，其基本方法和一般過程。2.滲透作用；細胞是一個滲透系統(tǒng)。3.細胞膜不僅僅是半透膜，還是選擇透過性膜。教學難點：1.如何發(fā)現(xiàn)問題和提出問題。2.如何設計實驗過程（材料、實驗用具、試劑的選擇，實驗結果的預測，操作的細節(jié)）。3.細胞膜不僅僅是半透膜，還是選擇透過性膜。教具準備1.滲透演示實驗。2.蘿卜條吸水和失水的演示實驗。3.滲透原理的多媒體演示課件。課時安排2課時第一課時 探究細胞的吸水與失水教學過程課前準備課前老師準備好蘿卜條吸水和失水的演示實驗，取三塊形狀大小相同的蘿卜條，一塊置于盛有清水的燒杯中，一塊置于盛有鹽水的燒杯中，一塊用培養(yǎng)皿盛放以作對照。此實驗一般需要半小時就可以有明顯的結果。情境創(chuàng)設今天我們開始學習第4章細胞的物質(zhì)輸入和輸出，無論是從個體層次還是細胞層次來看，生命系統(tǒng)并不是一個孤立封閉的系統(tǒng)，它要不斷與外界發(fā)生物質(zhì)和能量的交換，包括從外界攝入物質(zhì)（如我們吸入氧氣、吃飯等），同時也包括及時地把代謝產(chǎn)生的廢物排出體外（如呼出二氧化碳，排尿，出汗等）。那么這一章我們著重探討在細胞層次上物質(zhì)是如何輸入和輸出的。首先我們來看這樣幾個生活中的例子：（1）你吃比較咸的食物時，例如腌制的咸菜、連續(xù)嗑帶鹽的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜會有什么感覺？為什么？學生：會有干燥難受的感覺，因為口腔和唇的細胞失去水分，即水分的輸出。（2）當你把白菜剁碎準備做餡時，常常要放一些鹽，過一段時間后就可見有水分滲出，這些水分是從哪里來的？學生：菜餡細胞失去的水分，即水分的輸出。（3）蔫了的青菜葉放入清水中浸泡一段時間后，會有什么變化？學生：菜葉又重新變得硬挺起來了，葉面伸展，即水分的輸入。（4）老師展示課前準備好的蘿卜條失水和吸水的實驗，介紹實驗過程，展示實驗結果。問：兩個燒杯中的蘿卜條為什么會出現(xiàn)明顯的不同呢？學生：清水中的蘿卜條吸水，即水分的輸入；鹽水中的蘿卜條失水，即水分的輸出。（5）你還能想到哪些類似的例子呢？師生互動1.提出問題教師：結合上面這些例子，特別是蘿卜條吸水和失水的這個演示實驗，如果深入思考的話，你可以提出什么問題？將問題寫下來。學生：細胞會失水嗎？（滲出的水是細胞內(nèi)的水還是間隙的水）細胞在什么情況下會失水，什么情況下會吸水呢？水分是如何進出細胞的？教師：大家一起來討論一下提的問題哪些是有價值的，值得探究的？學生：和兩個問題提得好，可以探究。教師：我們要學會善于從生活中的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)新的問題，提出問題。許多科學家發(fā)現(xiàn)也就是在平時看似習以為常的現(xiàn)象或者一些偶然巧合的現(xiàn)象中提出來的，例如牛頓就從蘋果掉下來的現(xiàn)象中提出地球引力的問題；細菌學家弗萊明從一個長了青霉的細菌培養(yǎng)皿中提出青霉的分泌物是否具有抑制葡萄球菌生活的作用，從而提取出青霉素的。當然這要求我們要有敏銳的觀察能力和敏捷的思維。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“提出一個問題比解決一個問題更重要?！笨梢哉f“提出問題的能力”是人們素質(zhì)的一個重要組成部分,是創(chuàng)造發(fā)明的源泉之一。好，提出了一個有價值的問題以后，我們?nèi)绾稳パ芯克?？這節(jié)課我主要是告訴大家探究問題的一般方法和步驟。2.作出假設當一個問題提出來后，首先我們要對現(xiàn)象進行分析，結合已有的知識（必要時還要查找一些資料）和生活經(jīng)驗，對提出的問題作出一個嘗試性的回答。我們叫“作出假設”。比如我們研究“細胞在什么情況下會失水，什么情況下會吸水呢”，綜合分析以上幾個例子嗑瓜子引起口干，菜餡滲出水，還有鹽水中的蘿卜條失水，它們的共同點是細胞外有一定的鹽分，所以可以推理“是不是當細胞外界溶液的濃度過大或者說大于細胞內(nèi)的濃度時，細胞會失水呢？反之如果細胞外溶液低于細胞內(nèi)溶液的濃度時細胞則會吸水”，作出了一個假設。那作出的假設正確與否呢？就需要通過實驗來驗證，那么接下來我們就要設計一個實驗，創(chuàng)造我們假設中所提出的條件，來檢測細胞是否發(fā)生失水或吸水。3.設計實驗教師：那這個實驗的設計上我們需要考慮哪些細節(jié)呢？首先我們要考慮“選擇怎樣的細胞材料來進行實驗”，脫開書本，假如你是第一次碰到這樣的問題，你會考慮選擇怎樣的材料呢？學生：樹葉；菜葉；血細胞；花瓣。教師：大家可以打開思維來想，剛才你們提的材料很好，都可以用來嘗試，或許這些材料都能成功，但也可能一些材料不能助你成功。同時你們也想一想這個實驗要用到哪些工具，你如何判斷細胞失水了還是沒有失水？學生：用顯微鏡觀察。教師：很好，當你選用了顯微鏡以后，你的選材就應注意要盡可能選容易做成裝片的，在顯微鏡下容易觀察到的（如細胞比較大，或細胞有顏色等，如果沒有顏色，能不能染色？染色要注意什么）。比如洋蔥表皮細胞有紫色，也很好撕取做成裝片，就可以考慮，那大家還能不能想到其他什么好材料呢？學生：水綿，水綿是綠色的，水綿是單層細胞。那葫蘆蘚也可以，它的葉是一層細胞的。美人蕉的花瓣表皮細胞中液泡顏色呈現(xiàn)鮮紅色。紫鴨跖草表皮容易撕取，紫色液泡大而明顯，很容易找到。教師：大家的思路開始打開了，想得很好，那究竟這些材料好不好，大家也可以做為一個課題來研究，多選幾種材料都試試，進行比較。好，那接下來我們還要考慮選用怎樣的試劑好呢？學生：鹽水教師：還有沒有其他的呢？學生：糖水；醋酸；海水。教師：想得很好，這里我們同樣也考慮這些問題，我們選的試劑會不會對細胞有傷害？能否保證細胞是活的？如醋酸就可能對細胞產(chǎn)生傷害；試劑的濃度我們最好是能控制的，海水的濃度我們不好控制。還有試劑要是容易獲得的。所以這里大家提的鹽水和糖水是比較好的。材料、用具、試劑都選好了，接下來我們要考慮整個實驗具體的操作步驟該如何。是先把洋蔥泡在鹽水中，10分鐘后取出做成裝片，顯微鏡下檢測；還是先做好裝片，再想辦法往里加入試劑呢？學生：先做裝片再加試劑好，這樣可以在顯微鏡下監(jiān)控細胞失水的變化過程。教師：很好，現(xiàn)在我們還有一個重要的問題，那就是要預期一下實驗結果，加了高濃度糖水后細胞會發(fā)生怎樣的變化呢？學生：細胞會縮小。圖4111.正常細胞 2、3.發(fā)生了質(zhì)壁分離的細胞教師：對，細胞液中的水分流失，使細胞壁和原生質(zhì)層都出現(xiàn)一定程度的收縮。由于原生質(zhì)層（包括細胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細胞質(zhì)。注意：原生質(zhì)層和原生質(zhì)兩個概念是不同的，原生質(zhì)則指細胞內(nèi)的生命物質(zhì)，整個動物細胞都是一團原生質(zhì)，而植物細胞除細胞壁外的其他所有物質(zhì)是一團原生質(zhì)）比細胞壁的伸縮性大，當細胞不斷失水時，原生質(zhì)就會與細胞壁分離開來，也就發(fā)生質(zhì)壁分離。所以觀察到質(zhì)壁分離可以作為細胞失水的表現(xiàn)。預測了實驗結果后，我們可以設計一個表格來記錄實驗結果。這個實驗中的表格就比較簡單了。中央液泡的大小原生質(zhì)層的位置細胞大小0.3 g/mL蔗糖溶液清水4.開展實驗好，當所有這些實驗的細節(jié)都考慮清楚了以后，我們就可以開始實驗了，下節(jié)課我們就到實驗室完成這個探究實驗。5.記錄結果6.分析結果，得出結論做完實驗后，我們要對實驗結果進行分析，實驗結果是否與預期相吻合？是否支持了我們最初的假設？當實驗結果與預期不符時，我們要多思考，也不要急于認定假設不成立，要考慮會不會是因為實驗操作的不正確導致不能達到預期結果的？會不會有什么干擾因素呢？例如這個實驗中，如果開始使用了0.8 g/mL的蔗糖溶液，很快就觀察到了質(zhì)壁分離，但后來加清水怎么也不能使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離復原，能否斷定當外界濃度低的時候細胞不能吸水呢？學生：不能。教師：那為什么會出現(xiàn)與預期不符的結果呢？就要多思考了，有沒有誰能想到呢？學生：會不會因為蔗糖濃度過高了，導致細胞失水過快而死亡了。教師：很好，回答得很正確。所以無論實驗成功也好，失敗也好，都要認真分析。如果確實找不到實驗設計上的原因也找不到實驗操作上的原因，始終也未能得到預期的結果，這就要認定假設是錯的了。這時又要重新回頭做新的假設，然后設計別的實驗了。失敗不要緊，很多偉大的發(fā)現(xiàn)都不可能一次就成功的，都是要經(jīng)過多次，有的甚至千百次的失敗后才成功的。失敗是成功之母嘛。教師精講進行科學探究的方式是多種多樣的。一般來說，其基本過程具有六個要素：提出科學問題；進行猜想和假設；制定計劃，設計實驗；觀察與實驗，獲取事實與證據(jù)；檢驗與評價；表達與交流。某些探究過程只包含其中的幾個要素，而且也不一定按上面呈現(xiàn)的順序進行。我們進行科學探究主要是領悟科學探究的思想，培養(yǎng)自己進行科學探究所需要的能力，增進對科學探究方法與過程的理解。科學探究能力是通過完成部分探究活動和完整的探究活動而形成和發(fā)展的。板書設計第4章 細胞的物質(zhì)輸入和輸出第1節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗谝徽n時 探究細胞的吸水與失水第二課時 水分及其他物質(zhì)的跨膜運輸教學過程課前準備老師準備滲透作用的演示實驗：剪取一塊平整、無裂痕的羊皮紙（或賽璐珞膜，俗稱透明紙或玻璃紙，也可以選用動物的膀胱膜、腸衣，蛋殼內(nèi)膜等材料）作為半透膜，包在長頸漏斗的口上，用橡皮筋扎緊，然后在漏斗頸上套一段乳膠管（約34 cm長），將漏斗口朝下平放在桌面上，用吸管吸取加有紅墨水的蔗糖溶液，注滿漏斗。取一支0.5mL的移液管，插在乳膠管的另一端并且與漏斗頸相接。將乳膠管的兩端用線扎緊。安裝完畢，將漏斗移入盛有清水的燒杯中，并且用鐵架臺固定如圖412所示：圖412實驗開始時，選一塊色彩鮮艷的紙條貼在移液管上，標明這時的液面位置。幾分鐘以后，便能夠看到明顯的實驗效果。注意，移液管不能太細，否則液面上升太快。學生準備預習實驗并寫下詳細實驗方案，復習顯微鏡的使用方法。情境創(chuàng)設在上一節(jié)課中，我們學習了進行探究實驗的一般方法和基本步驟，并且一起分析了“細胞在什么情況下會失水，什么情況下會吸水”的實驗設計，那今天我們就來動手做這個探究實驗，看我們的假設是否正確。師生互動1.學生實驗，教師指導大家課前已經(jīng)做好了預習，實驗器材已經(jīng)發(fā)放到大家的桌面上了，下面可以開始動手實驗了。注意以下幾點：（1）加蔗糖溶液時不要污染了顯微鏡。（2）如果你從蓋玻片左側加蔗糖溶液，接下來加清水時應從右側加入。（3）如實記錄實驗結果，并完成實驗評價表（見評價方案）。（4）實驗時間為25分鐘，實驗結束后要清洗和整理好實驗用具。學生進行實驗，老師旁邊指導，將實驗效果特別好的裝片拿到教師顯微鏡下并通過顯微投影投放到大屏幕上展示出來。2.分析實驗結果，得出結論下面我們看一組同學的實驗結果記錄，它能否證明我們最初的假設是正確的呢？中央液泡的大小原生質(zhì)層的位置細胞大小0.3 g/mL蔗糖溶液變小脫離細胞壁基本不變清水逐漸恢復原來的大小逐漸恢復原來的位置基本不變學生：可以，很明顯細胞在0.3 g/mL蔗糖溶液下因失水發(fā)生了質(zhì)壁分離，而在清水中因吸水發(fā)生了質(zhì)壁分離的復原。教師：大家想想，假如沒有細胞壁，實驗結果會有什么不同，你會聯(lián)系到之前我們講的一個什么實驗？學生：細胞會發(fā)生破裂，就像之前學的用哺乳動物的紅細胞制備細胞膜的實驗，紅細胞因沒有細胞壁，吸水以后會發(fā)生破裂。教師：很好，其實動物細胞也會發(fā)生失水和吸水。下面我們看看水分進出哺乳動物紅細胞的圖片： 圖413 外界濃度與 圖414 外界濃度小 圖415 外界濃度細胞質(zhì)濃度相同， 于細胞質(zhì)濃度， 大于細胞質(zhì)濃度，細胞形態(tài)正常 細胞吸水膨脹 細胞失水皺縮那為什么細胞在高濃度的溶液中就會失水呢？原理是什么呢？我們接下來看下面的演示實驗。3.滲透作用演示“滲透作用實驗”介紹實驗裝置，指導觀察實驗結果：在這個裝置中（圖見課前準備），倒置漏斗內(nèi)的是蔗糖溶液（為了便于觀察，可加入少量紅墨水），燒杯中的是清水。漏斗口上扎的是玻璃紙（或腸系膜，或蛋殼膜，或魚鰾），它的特點是一些小分子如水分子可以自由通過，而大分子如蔗糖分子則不能通過，我們把它叫半透膜。實驗之初，漏斗內(nèi)液面位置我們用一個標志環(huán)標示出來了。圖416大家看現(xiàn)在液面發(fā)生了什么變化？為什么會發(fā)生這種變化呢？通過多媒體動畫演示突破難點：蔗糖分子不能自由通過半透膜而水分子可以。兩側的水分子都在運動。由于下側（燒杯內(nèi)）的水分子數(shù)量多（相對濃度大），所以由下側進入上側（漏斗內(nèi)）的水分子比由上側進入下側的水分子多。整體表現(xiàn)為水分子由燒杯通過半透膜進入了漏斗。這種水分子透過半透膜的運動叫滲透作用。這個裝置叫滲透裝置。大家總結一下，滲透作用的發(fā)生必需的條件有哪些？引導學生回答：要有半透膜；半透膜兩側的溶液濃度不同。那漏斗內(nèi)的液面會一直升高嗎？學生：不會，當兩側水分子的數(shù)量同時達到一種動態(tài)的平衡時，漏斗內(nèi)液面不再上升。教師：我們再回到細胞的失水與吸水，那一個細胞相當于一個滲透系統(tǒng)嗎？它具備滲透作用的發(fā)生必需的條件嗎？（展示植物細胞結構圖P61圖42）從圖中可以看出原生質(zhì)層相當于半透膜，一些分子可以自由通過，一些分子不能自由通過，但由于原生質(zhì)是具有生命活性的物質(zhì)，它又與物理意義的半透膜（如玻璃紙也是半透膜）是有區(qū)別的。下面我們看看物質(zhì)跨膜運輸?shù)钠渌麑嵗?.半透膜與選擇透過性膜學生閱讀課本P63的“資料分析”，并進行討論：（1）水稻培養(yǎng)液里的Ca2+和Mg2+濃度為什么會增高？說明什么？學生：水稻吸收水分和其他離子多，而吸收Ca2+和Mg2+較少。（2）不同作物對無機鹽的吸收有差異嗎？學生：有明顯差異，水稻吸收大量的Si4+而番茄幾乎不吸收。番茄吸收Ca2+和Mg2+較多。（3）水分子跨膜運輸是順相對含量梯度的，其他物質(zhì)也是這樣的嗎？學生：不是的，比如水稻吸收Si4+，這是根據(jù)生物生命活動的需要。（4）細胞對物質(zhì)的吸收有選擇嗎？如果有，這種選擇有普遍性嗎？學生：是有選擇性的，因為不同生物吸收的離子的量是各不相同的；這種選擇也是有普遍性的，如不同微生物對不同礦物的吸收表現(xiàn)出較大的差異。教師：所以，細胞膜并不是單純物理意義的半透膜，它是有生理活性的，能對一些物質(zhì)進行選擇性通過，這叫選擇透過性膜。教師精講典型的滲透裝置必須具備兩個條件：一是具有半透膜；二是半透膜兩側的溶液具有濃度差。細胞主要通過滲透作用從外界吸收水分，當水分進入細胞時，人必須通過細胞壁和原生質(zhì)層，細胞壁是全透性的，原生質(zhì)層由于細胞膜和液泡膜是選擇透過性膜，因此可以看作一層選擇透過性膜。這里，往往造成概念錯誤，把選擇透過性膜當作半透膜。事實上，兩者之間是有區(qū)別的。滲透作用原先是一種物理和化學現(xiàn)象?；瘜W中的半透膜是指只允許某種混合物中的一些物質(zhì)透過，而不容許另外一些物質(zhì)透過的薄膜，如膀胱膜、動植物細胞的細胞膜；物理中的半透膜是指只允許某種混合物（溶液、混合氣體）中的一些物質(zhì)透過，而不允許另一些物質(zhì)透過的薄膜，例如動物的膀胱、動植物細胞膜；生物上的半透膜是指只讓溶劑分子透過而不讓溶質(zhì)分子透過的薄膜，如膀胱膜等。從上述概念中可以看出，半透膜是指只允許某些分子（或離子）透過而不讓別的分子（或離子）透過的膜。植物生理學中通過杜南氏平衡不消耗能量使某種離子在細胞內(nèi)累積的現(xiàn)象是用半透膜理論來解釋的。由于植物細胞的質(zhì)膜是一個半透膜，細胞內(nèi)含有一些大分子帶電化合物（如蛋白質(zhì)），這些蛋白質(zhì)帶負電而又不能向細胞外擴散，但它可與一些陽離子形成鹽（如K+），當把這種細胞放于KCl溶液中，如果細胞內(nèi)沒有Cl，則Cl進入細胞內(nèi)，同時K+也跟著進入細胞內(nèi)以保持細胞內(nèi)外一定的電位差，最后達平衡時細胞內(nèi)的K+遠遠高于細胞外。細胞膜選擇透性是由于膜上具有一些吸收與運輸物質(zhì)的載體。一般認為這種載體是蛋白質(zhì)大分子，它有專門運送物質(zhì)的功能。因不同植物細胞膜含有不同類型的載體，同一細胞膜上對不同物質(zhì)的載體性質(zhì)不同，數(shù)量也不同，甚至對同一種鹽類的陽離子與陰離子的透過酶也不同，因而表現(xiàn)了細胞膜的高度選擇性。細胞通過選擇透性膜吸收物質(zhì)時需要消耗能量，故稱為主動吸收。細胞死亡時膜便失去選擇透過性，成為全透性。由此可見半透性膜與選擇透性膜是兩個明顯不同的概念。課堂小結本節(jié)課我們通過實驗探究了植物細胞在什么情況下失水和吸水，并且學習了其失水和吸水的原理是滲透作用。細胞膜是一種半透膜，一些小分子可以自由通過，一些分子則不能自由通過，但細胞膜又不是純物理意義上的半透膜，它是有生理活性的，能對一些離子和小分子進行選擇性通過。所以細胞膜更是一種選擇透過性膜。那為什么會有選擇性呢？細胞膜是靠什么機制來對不同的物質(zhì)進行選擇的呢？這就跟細胞膜的結構有密切的關系，下節(jié)課我們再來學習細胞膜的結構特點。布置作業(yè)課后探討課本P64“與社會的聯(lián)系”中的問題。課后拓展質(zhì)壁分離法測定細胞的滲透勢實驗實驗原理將植物組織置于對其無毒害的一系列不同濃度的溶液里處理一定時間，然后鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞數(shù)，通常把視野中有50的細胞發(fā)生質(zhì)壁分離時定為初始質(zhì)壁分離，細胞初始質(zhì)壁分離時壓力勢為零，因而可把引起細胞初始質(zhì)壁分離的外界溶液稱之為等滲溶液，其溶液具有的滲透勢即為細胞的滲透勢。由于很難正好找到引起50細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的濃度。因此通常用插值法求得等滲溶液濃度，代入公式即可計算滲透勢。器材與試劑器材：顯微鏡，載玻片，蓋玻片，鑷子，刀片，培養(yǎng)皿（或具塞試管），記號筆，滴管。 試劑：蔗糖。 方法與步驟（1）配制質(zhì)量濃度為0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 mol/L蔗糖溶液，放于6個試劑瓶中，必要時配制溶液濃度可相差0.05 mol。（2）取6套干凈清潔的小培養(yǎng)皿，用記號筆編號，將配制好的不同濃度的蔗糖溶液按順序倒入各個培養(yǎng)皿中使之成一薄層，蓋好培養(yǎng)皿蓋。 （3）將帶有色素的植物組織或葉片（可選用有色素的洋蔥鱗片的外表皮，紫鴨跖草，蠶豆，小麥，玉米等葉的表皮）撕取表皮分別迅速投入各種濃度的蔗糖溶液中，每個培養(yǎng)皿中放3塊左右材料，使其完全浸沒，浸泡2040分鐘。（4）到時間后，取出表皮，放在載玻片上，滴一滴相同濃度的蔗糖，蓋上蓋玻片，在顯微鏡下觀察質(zhì)壁分離的細胞數(shù)和細胞總數(shù)，找出引起50細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的外界溶液濃度，即為細胞滲透濃度值。板書設計第二課時 水分及其他物質(zhì)的跨膜運輸一、滲透作用：水分子是順著水分子的相對含量的梯度跨膜運輸?shù)膬蓚€條件：1.要有半透膜 2.半透膜兩側的溶液濃度不同二、離子的跨膜運輸并不是順著離子相對含量的梯度來進行的細胞膜是一種選擇透過性膜