4.1 被动运输（第1课时）教学设计-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

第四章 细胞的物质输入和输出 第一节 被动运输 【教学内容分析】 《被动运输》是人教版教材高一生物课本必修一第四章第一节的内容，主要包括动物细胞的失水和吸水、植物细胞的吸水和失水、质壁分离及其复原实验、自由扩散、协助扩散等内容。从知识体系看，本节课是课程标准中“物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”这一大概念的重要部分。课程标准提出的要求是“阐明质膜具有选择透过性，举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量”。通过本节课的学习，有利于学生在巩固前面所学知识的同时，能够更加具体的学习、掌握被动运输的主要内容，并为学生后面学习主动运输、胞吞和胞吐做好铺垫。 【教学重点】 渗透作用的原理及条件;探究植物细胞的吸水和失水;被动运输的原理和特点。 【教学难点】 探究植物细胞的吸水和失水。 【教学目标】 1.生命观念 通过分析水进出哺乳动物红细胞的原理，认识到细胞膜的选择透过性，培养结构与功能相适应的生命观念。 2.科学思维 通过对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用的原理及条件，提高分析与综合的科学思维能力。 3.科学探究 通过探究植物细胞的吸水和失水，培养设计实验、实施方案、分析结果，得出结论的科学探究能力。 4.社会责任 运用渗透作用原理解决生产实践中的问题，密切关注农业生产等社会问题。 【学情分析】 本节课我所面对的是高一年级的学生，他们已经学习了细胞膜的结构与功能，也知道了植物细胞与动物细胞在结构上的区别，但是对物质跨膜运输的具体方式还不了解。此外，高一学生具备了一定的类比和分析推理能力，但探究实验的设计和分析能力不足，需要教师进行合理的引导。 【教学策略】 采用情境教学策略，以实际问题为导向，激发学生学习兴趣和创造力，优化传统教育模式，促进学生从被动学习转变为主动学习。探究学习法是在学生在主动参与的前提下，根据自己的猜想或假设，在科学理论指导下，运用科学的方法对问题进行研究，在研究过程中获得创新实践能力、获得思维发展，自主构建知识体系的一种学习方法。 本案例将采用情境教学，探究学习法等教学策略来突破教学重点和难点。以红墨水的扩散现象等实际问题为导向，通过“以学生为中心”的理念去优化传统教育中的被动学习模式，激发出学生的创造力和潜能，让学生从被动学习者转变为主动学习者。通过一系列实验和问题串联进行探究，使知识逻辑前后相通，串联起来，形成知识体系。例如教学中创设有关扩散现象的实验情景，引导学生主动观察，思考问题、探究问题、获取新知。 【教学内容】 教学流程 教学内容及教学互动 教学意图 （一） 创设情境，导入新课 细胞是一个开放的系统，它不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。 那么，物质分子是如何跨越细胞膜输入和输出细胞的呢？不同的物质进出细胞的方式一样吗？ 我们今天就借助最简单也最重要的物质——水进入细胞为例来进行探究。 【情景导入】 教师手持一杯水，将一滴红墨水滴入水中，清水很快就变成了红色。 问：为什么水会变红呢？ 答：因为红墨水会发生扩散。 讲解扩散作用的概念，扩散就是物质由高浓度向低浓度自由运动。 问：那么水是否会发生扩散呢？ 通过下面实验探究，我们将揭开这个谜题。 通过日常生活中的常见的现象，提出问题，激发学生们的学习热情。 （二） 分析渗透现象，概括渗透作用原理 【任务一 渗透作用的原理和条件】 在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。 渗透作用示意图 让同学们观看实验，并向同学们提问下列问题。 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 答：因为单位时间内从烧杯中流入漏斗中的水分子数要多于从漏斗中流入烧杯中的水分子，所以漏斗液面会上升。 2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 答：不会，因为蔗糖也能穿过纱布，所以液面高度保持不变。 3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 答：液面高度保持不变。 由上述问题的探讨得出以下结论： ①渗透膜的条件：必须有半透膜和半透膜两侧要有浓度差; ②在渗透作用中，水分子是从溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的一侧渗透。 观察实验视频，让同学们对实验现象进行思考。通过分析、讨论得出渗透作用发生需要的条件，进而引出水进出细胞的原理。 （三） 探究水进出细胞的原理 【任务二 水进出动物细胞的原理】 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下改变： 清水 10％NaCl溶液 0.9％NaCl溶液 分析结果，得出结论： 当细胞质的浓度=外界溶液中的浓度，细胞形态不变; 当细胞质的浓度>外界溶液中的浓度，细胞吸水膨胀; 当细胞质的浓度<外界溶液中的浓度，细胞失水皱缩。 通过阅读教材P63内容，讨论下面的问题。 (1)红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨"所示装置中的什么物质？ 答：一般不能透过细胞膜，蔗糖分子。 (2)红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜? 答：是。 (3)当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗? 答：不一定，只有当外界溶液溶质的浓度很低时，红细胞才会不断吸水而涨破。 (4)红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件? 答：红细胞内外浓度的差值，也就是说，水分进出细胞与细胞质行的外界液是否存在浓度差有关。 (5)为什么临床上输液要用生理盐水？ 答：因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞形态基本不变。 通过观察实验现象，我们证实动物细胞通过渗透作用吸水和失水。 【任务三 水进出植物细胞的原理】 通过回顾前面的学习，以及对植物细胞的相关知识复习和扩展，引导学生对植物细胞是否是一个渗透系统进行探究。 （1）植物细胞具有细胞壁，细胞壁是全透性的; （2）细胞膜和液泡膜相当于半透膜; （3）原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 水分进出细胞要经过原生质层，让同学们思考原生质层是不是相当于一层半透膜呢?还有细胞壁，它对细胞的吸水和失水有没有影响? 之前学习过细胞壁，同学们知道它主要是由纤维素和果胶组成的，是全透性的，只能起到支持和保护作用，那它能不能控制物质的进出? 学生通过对以上问题的思考，合理猜测水进出植物细胞的原理，并将通过实验来验证。 实验：洋葱鳞片叶外表皮细胞的吸水和失水 (1) 提出问题：原生质层相当于一层半透膜吗？ (2) 做出假设：原生质层相当于一层半透膜。 (3) 预期结果：当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞失水;当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞吸水。 (4) 设计实验: ①实验材料、试剂、用具的选择： a.材料的选择：选有颜色的还是没有颜色的，细胞小的还是相对比较大的?为什么?洋葱鳞片叶表皮细胞有紫色液泡，而且表皮容易撕取获得，实验过程中细胞应处于生活状态。 b.试剂选择: 试剂的浓度必须是好控制的,试剂是容易获得的，对细胞是没有伤害的。应选取质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。 c.实验用具的选择: 植物细胞的吸水和失水是一个微观的过程，必须通过什么工具来观察? 答：显微镜 ②实验步骤: 1.选取新鲜洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮上划一方框，用镊子撕下表皮。在洁净的载玻片上滴一滴清水，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。 2.用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生质层的位置。 3.从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。 4.用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层在什么位置，细胞大小是否变化。 5.在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。 6.用低倍显微镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞的大小有没有变化。 (5) 实验结果： 根据实验现象，填写实验结果。 项目 中央液泡大小 原生质层的位置 细胞大小 0.3 g/mL蔗糖溶液 变小 脱离原来位置 基本不变 清水 逐渐恢复原来大小 恢复原来位置 基本不变 (6)分析结果，得出结论： ①植物细胞可以通过渗透作用吸水或者失水，原生质层相当于一层半透膜。 ②细胞液的浓度<外界溶液中的浓度，细胞失水，质壁分离; 细胞液的浓度>外界溶液中的浓度，细胞吸水，质壁分离复原。 通过对实验的分析，引出被动运输的概念，将本节课的知识紧密联系起来。 根据动物细胞的吸水和失水实验结构图片，通过分析、思考水进出哺乳动物红细胞的原理。 根据植物细胞结构图，通过分析，探究植物细胞的吸水和失水，得出水进出植物细胞的原理。 （三）被动运输的原理和条件 【任务四 被动运输】 1.被动运输的概念 像水分子这样,物质以扩散的方式进出细胞，不需要消耗细胞内的化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 2.被动运输的分类 （1）自由扩散 a.概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。 b.特点：①顺浓度梯度;②不需要转运蛋白的协助;③不消耗能量。 c.例子：水分子、气体（CO2，O2）、脂溶性分子（甘油、乙醇、苯等）。 （2）协助扩散 a.概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。 b.特点：①顺浓度梯度;②需要转运蛋白的协助;③不消耗能量。 C.例子：水分子、离子、葡萄糖、氨基酸顺浓度梯度跨膜运输。 3.自由扩散和协助扩散的比较： 4.转运蛋白的类型 镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 只允许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 只允许与自身通道的直径和形状相匹配，大小和电荷相适应的分子离子通过 自身构象 改变 不改变 是否与转运的分子结合 结合 不结合 是否有特异性 具有 具有 实例 葡萄糖，通过载体蛋白进入红细胞 水分子通过水通道蛋白进出细胞 归纳总结水分子进出细胞的方式，引出被动运输概念、分类、以及自由扩散和协助扩散特点。 【板书设计】 【教学反思】 高中生物学课程的核心任务，毫无疑问就是提高学生的生物学学科核心素养，生物学学科核心素养包括:生命观念、科学思维、科学探究、社会责任。学习被动运输对于高中生物教学具有重要意义。首先，通过了解被动运输的原理和特点，有助于学生深入理解细胞内外物质交换的过程和机制。其次，被动运输的概念和实例可以帮助学生更好地掌握生物学基本概念和原理，提高生物学科的学习兴趣和积极性。最后，通过对被动运输的学习，学生可以更好地理解细胞稳态和物质交换的重要性，为后续的生物学学习和研究打下基础。 在教学过程中，由于时间和条件不足，未能将探究实验进一步扩展，今后可引导学生课后进一步设计和探究;有些抽象内容难以理解和解释，应采用更通俗易懂的方式讲授;教师容易将探究实验变成验证实验，难以提高学生们自主探究能力，无法达到实验目的。 学科网（北京）股份有限公司 $$