4.1 植物细胞的吸水与失水实验说课教学设计-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

人教版（2019）高中生物必修一第四章第1节《植物细胞的吸水与失水》实验说课 一、教材与学情分析 （1）教材分析：本实验位于人教版（2019）高中生物必修一《分子与细胞》第四章第1节，课程标准对于本节内容的要求是：阐明细胞膜具有选择透过性；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。改进实验通过观察现象、提出问题、作出假设、设计实验、实施实验、得出结论等几个环节进行，是培养学生生命观念和科学思维、科学探究能力的良好材料。 （2）学情分析：学生学完第三章，已知道细胞膜能够控制物质进出细胞，但是对于细胞膜控制物质进出作用的本质、控制的程度等还无法解释。学生进行植物细胞的吸水和失水改进实验后能够更深刻理解原生质层的作用、水对于维持细胞形态的作用、细胞壁对于细胞结构的保护作用。 二、实验教学目标 （1）通过实验现象,结合已学知识,归纳总结出细胞膜的结构及功能特点,初步形成结构与功能相适应的观念。（生命观念） （2）经历探究细胞膜选择透过性实验,将现代信息技术与显微镜使用相结合,初步掌握科学探究的基本思路和实验方法,提高实践能力。（科学探究） （3）基于实验现象和实验数据,构建植物细胞质壁分离程度与外界溶液浓度之间的数学模型,运用归纳与概括等科学思维方法,阐释渗透作用的特点。（科学思维） （4）初步体会细胞膜的选择性对生命的意义，并能在生产实践中加以应用。（社会责任） 三、实验重难点与创新要点 （1）实验重点：初步掌握科学探究的基本思路和实验方法。 （2）实验难点：构建植物细胞质壁分离程度与外界溶液浓度之间的数学模型。 （3）实验创新要点： 1）学校实验器材较老旧，同学们用手机拍摄照片和录制视频，然后借助电脑软件完成图像和数据处理。（视频剪辑软件，数据分析软件） 2）探究实验，提出新疑问：除了水分子以外，细胞膜还能选择运输哪些小分子的物质？ 3）探究洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液大致浓度和能承受的最大蔗糖浓度。 4）改良细胞质壁分离程度测量方法。 四、实验器材 紫色洋葱鳞片叶、光学显微镜、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、1mol/L的KNO3、1mol/L葡萄糖、1mol/L尿素、1mol/L的NaCl，不同浓度的蔗糖溶液。 五、实验教学内容 （1）在 0.3g/ml 浓度的蔗糖溶液和清水下分别对洋葱鳞片叶表皮细胞进行质壁分离与复原的定性观察。 （2）用溶液1mol/LKNO3、1mol/L葡萄糖、1mol/L尿素、1mol/L的NaCl，分别观察洋葱鳞片叶外表皮细胞在不同溶液中的质壁分离及复原现象。 （3）以刚出现质壁分离的蔗糖溶液大致作为洋葱鳞片叶表皮细胞的等渗溶液。以刚好发生质壁分离后，在清水中不能复原对应的蔗糖溶液浓度为其能承受的最大蔗糖浓度。 （4）数据处理：用CAD测量图像面积，Excel绘制蔗糖浓度与质壁分离程度之间的曲线关系，找到细胞液等渗溶液以及细胞能承受的最大蔗糖浓度。 六、实验设计思路 图1 项目式教学流程图 如图1所示，该实验采用项目式教学，在 0.3g/ml 的蔗糖溶液中观察洋葱细胞的质壁分离以及在清水中的复原现象。同学们提出疑问：在其他物质的溶液中洋葱细胞能否发生质壁分离？同学们通过查阅资料，设置了1mol/L的葡萄糖、硝酸钾、氯化钠和尿素。分别进行探究实验。实验观察到在葡萄糖、尿素、硝酸钾溶液中，洋葱细胞不仅发生了质壁分离，而且可以自动复原。为了弄清楚自动复原的原因，同学们通过查阅资料，获得了细胞膜具有选择性的吸收硝酸钾、葡萄糖、尿素等小分子物质的知识。加深了同学们对细胞膜具有选择透过性这一知识的理解。同学们通过查阅资料还发现，洋葱细胞在0.5g/ml的蔗糖溶液中，发生质壁分离后，在清水中不能复原，因此提出新的疑问，洋葱细胞在多大的蔗糖浓度下开始发生质壁分离，以及能够承受的最大浓度的蔗糖浓度是多少？同学们设置了一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别进行探究，得出相应的结论。 七、实验教学过程 （1）在实验的准备阶段，配置了相应的试剂以及提供本实验所用的相应的器材和材料。见图2、图3。 图2 1mol/L的不同溶液 图3 不同浓度的蔗糖溶液 （2） 在实验的实施阶段，同学们做了以下的实验，取洁净干燥的载玻片，在载玻片的中央滴一滴清水，用镊子撕取洋葱鳞片叶外表皮在清水当中展开，然后盖上盖玻片，放到显微镜下进行观察。在显微镜下找到细胞相应的位置后，用0.3g/ml的蔗糖滴在一侧，另一侧用吸水纸进行吸引，多试几次，使洋葱细胞完全浸润在0.3g/ml的蔗糖溶液中。在0.3g/ml的蔗糖溶液中观察到细胞发生质壁分裂后，在一侧滴加清水，另一侧用吸水纸巾吸引，并且多试几次。使洋葱细胞完全浸润在清水当中，同时观察其质壁分离复原的情况。如图4所示。最后，同学们获得了洋葱细胞在0.3g/ml的蔗糖溶液中发生质壁分离的状态，以及在清水当中发生质壁分离分离复原的状态照片。 图4 0.3g/ml的蔗糖溶液中质壁分离（左）及清水中质壁分离复原（右） （3）为了探究植物细胞选择运输其他物质的分组实验，同学们将洋葱细胞分别置于1mol/LKNO3、1mol/L葡萄糖、1mol/L尿素、1mol/L的NaCl溶液中，观察其发生质壁分离现象。同时发现洋葱细胞在硝酸钾、葡萄糖、尿素溶液中发生质壁分离后可以自动复原。为了寻找其自动复原的原因，同学们通过查阅资料获得细胞膜能选择运输硝酸钾、葡萄糖、尿素等小分子的物质。加深了对细胞膜具有选择透过性这一知识的理解。 （4）为了探究洋葱鳞片叶表皮细胞细胞液的浓度，同学们设了一系列低浓度的蔗糖溶液，观察洋葱细胞分别发生质壁分离的情况，以刚好发生质壁分离的蔗糖浓度作为其细胞液的等渗溶液的浓度。见图5。 图5 不同低浓度蔗糖溶液中洋葱细胞质壁分离的情况 （5） 为了探究洋葱鳞片叶表皮细胞能承受的最大蔗糖浓度，同学们设置了一系列高浓度的蔗糖浓度，观察洋葱细胞分别发生质壁分离后在清水中能否发生复原的情况，以发生质壁分离之后在清水中不能复原的蔗糖浓度作为其承受的最大蔗糖浓度。见图6。 图6 不同高浓度蔗糖溶液中洋葱细胞质壁分离的情况 （6） 在数据处理的过程当中，如图7所示，同学们用CAD画图得出了细胞的面积以及质壁分离后原生质层的面积。将原生质层的面积与细胞的面积的比值作为细胞质壁分离的程度，用此方法在各种蔗糖溶液当中获得其质壁分离程度的各个数据，建立了细胞质壁分离的程度与蔗糖溶液浓度之间的数学模型。见图8。将定性的实验现象改为定量的数据分析，使同学们对植物细胞的吸水和失水有更直观的感受和认识。 图7 CAD测量细胞面积（左）及质壁分离后原生质层面积（右） 图8 细胞质壁分离程度与蔗糖溶液浓度的关系 八、教学反思与自我评价 （一）教学反思 （1）本次实验改进符合学生对细胞膜选择透过性的认知过程。拓展学生思维深度和广度，加深对核心概念的认识。初步建立结构与功能观。 （2）通过使用软件对数据分析大大增加了测量的准确性，学生在进行分组的数据统计，在完成质壁分离程度与蔗糖溶液浓度之间的。数学模型的构建，最终通过小组讨论，加深理解了细胞膜的选择透过性于生命的意义。由此也达到了本节课的教学目标。 （3）本实验将现代信息技术与显微镜使用相结合，开展显微定量测量的探究思路，大大提高了同学们的科学思维和科学探究能力。同学们通过观察现象，提出疑问，再进行探究，在探究的过程当中进一步的发现问题，解决问题。经过该环节可以很好的落实生物学科的核心素养，体现生物学科的育人价值。 （二）自我评价 （1）项目式教学，问题导向引导学生自主进行全过程的科学探究； （2）进行深层次、多角度的探究，将定性现象转为定量的数据分析； （3）聚焦概念，整个实验通过植物细胞质壁分离与复原展开，围绕着渗透作用、原生质层的概念进行。 学科网（北京）股份有限公司 $$