4.1 被动运输（第1课时）教学设计2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学教学设计聚焦水进出细胞的原理，涵盖渗透作用的条件及原理、动植物细胞吸水失水过程。通过原尿重吸收情境导入，结合漏斗渗透装置问题探讨与动画演示建立渗透作用概念，再类比动物细胞（红细胞）和植物细胞（质壁分离实验），构建知识支架。 资料特色在于融合科学思维与探究实践，渗透作用环节用动画微观演示及问题串（如半透膜条件、浓度差影响）引导分析归纳，植物细胞部分设计完整探究实验（假设、步骤、结果分析），并联系临床（生理盐水输液）和生活实例（烧苗）。培养学生科学思维和探究能力，助力教师高效教学，落实核心素养。

4.1 被动运输 第1课时 水进出细胞的原理 教案 一、教学目标 1.阐明渗透作用的条件及原理。 2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。 二、教学重难点 教学重点：1.阐明渗透作用发生的条件。 2.说出水分子跨膜运输的特点。 3.举例说明动物细胞膜相当于半透膜。 教学难点：1.阐明渗透作用发生的条件。 2.说出水分子跨膜运输的特点。 三、教学过程 【导入新课】 创设情境，导入新课： 原尿中各种物质在肾小管和集合管等部位被选择吸收后，最终成为终尿排出体外。原尿中各种物质在肾小管和集合管等部位吸收的量不同，终尿中的比例差距很大。 【新课学习】 目标：水进出细胞的原理 （一）渗透作用 问题探讨： 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，使漏斗管内外液面高度相等。过一段时间后，会出现下图所示现象（课件展示“渗透作用示意图”）：漏斗管内液面上升。 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。 教师活动：展示渗透装置的组成，包括动画演示蔗糖分子较大不能通过玻璃纸，而水分子较小，通过玻璃纸，引导学生认识半透膜。 引导：半透膜与选择透过性膜的区别。 学生活动：初步了解渗透装置的组成，区别半透膜与选择透过性膜。 （设计意图：利用动画演示，增强直观感，培育学生观察和分析的能力和意识。） 介绍半透膜的概念：半透膜是允许一部分物质通过，不允许另一部分物质通过的膜。它包括物理性的过滤膜和生物性的选择透过性膜。 在这里，我们先明确两个概念： 扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象，叫扩散。如图1所示，物质从浓度高的A区向浓度低的B区扩散，最终达到平衡。生活中有很多扩散的例子，比如从厨房飘出的饭菜香 渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如图2所示。 提出问题：从扩散和渗透作用的示意图中，可以看出两种方式有什么异同吗？ 提示：渗透作用特指水分子或其它溶剂分子的扩散，而且是通过半透膜的扩散。 教师活动：引导小组合作，思考、讨论交流，回答问题。 学生活动：观察渗透作用的发生过程，小组讨论分析、思考回答相关问题。结合问题自主构建渗透作用的概念及条件。 活动1：思考讨论 讨论1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 进一步将半透膜放大，进行微观分析。 可以看到，在半透膜的阻隔下，由于蔗糖分子较大，则无法通过半透膜，而水分子比较小，可以穿过半透膜自由进出。并且单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量多于渗出的水分子数量，因此液面升高。 提示：由于单位体积的清水中水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，因此单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。 讨论2.若漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 提示：不会，因为管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分向外扩散的速度，最终膜两侧水分扩散的速度达到平衡，液面不再上升。 讨论3.当漏斗内溶液不再上升（即渗透平衡）时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗? 提示：不相同。漏斗内溶液浓度仍然高，由于漏斗管内液面升高形成的静水压会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故半透膜两侧溶液浓度关系仍是漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。 讨论4.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 提示：不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。纱布两侧溶液的浓度相等，水分子进出处于动态平衡。 讨论5.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？ 提示：不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。水分子进出处于动态平衡。 （设计意图：利用动画演示，增强直观感，学生根据观察的现象提出问题并从分子运动的角度分析实验现象。此环节以问题串为主线，引导学生自主探究，合作，最终完成对知识的主动建构。） 教师：什么是渗透作用，渗透作用发生的条件是什么？ 学生：回答问题。 师生共同归纳总结： 1.渗透作用：是指水分子或其它溶剂分子通过半透膜的扩散。 2.发生渗透作用的条件：一是具有半透膜，二是半透膜两侧的溶液有浓度差。 3.水分子的扩散方向：水的相对含量从高浓度到低浓度扩散（顺相对含量梯度）。溶液浓度从低浓度溶液向低浓度溶液扩散。 4.渗透作用的原理：当溶液浓度A>B时，水分子就通过半透膜由B流向A；当溶液浓度A<B时，水分子就通过半透膜由A流向B；当溶液浓度A＝B时，则处于动态平衡。 5.渗透作用的结果：水分子可以通过半透膜进行双向扩散。从宏观观察，水分是由低浓度溶液流向高浓度溶液，直到达到动态平衡。 核心归纳： 1.渗透作用具备的两个条件： 2.水分子的运动规律 （1）水的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。 （2）半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。 （3）当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。 3.渗透平衡≠浓度相等 渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高（反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高）；浓度差越大，液面高度差也越大。 （二）水进出细胞的原理 1.水进出动物细胞的原理 教师：水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的道理吗？细胞膜是否相当于一层半透膜呢？基于渗透现象的分析，请你推测，水分子通过细胞膜是什么方式？有的同学会说，可能是通过渗透作用。下面我们以哺乳动物红细胞吸水和失水为例，一起讨论。如图所示，将哺乳动物成熟的红细胞放入不同浓度的NaCl溶液中，一段时间后，红细胞发生了以下的变化：当外界溶液溶质的浓度比细胞质的浓度低时，即红细胞处于高浓度溶液中，细胞吸水膨胀；当红细胞处于低浓度溶液中时，细胞失水皱缩；当外界溶液的浓度与红细胞的细胞质浓度相同时，细胞形态不变。 教师：展示水进出哺乳动物红细胞的示意图，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的变化，引导学生自主学习，思考并讨论以下问题。 学生：思考回答，归纳。 活动2：思考讨论 请同学们思考并讨论： 讨论1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于教材P62“问题探讨”所示装置中的什么物质？ 提示：血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。 讨论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？ 提示：是。 讨论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？ 提示：不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。 讨论4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 提示：取决于红细胞内外溶液的浓度差。一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。 讨论5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 提示：因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。 （设计意图：“设障”、“布惑”，与渗透装置对照，进行类比推理，使其能认同“动物细胞相当于一个渗透装置”的观点。培养学生观察、比较和分析、总结，进而得出科学结论的能力。） 提出问题：基于红细胞的结构特点及图示结果，你认为水进出红细胞的方式是什么？请说明原因。 学生：小组合作，讨论交流，回答问题。 是渗透作用。 1.细胞膜相当于半透膜; 2.红细胞中富含大分子的血红蛋白等有机物，不能透过细胞膜，当将其置于低浓度溶液中时，膜两侧存在浓度差。 教师：展示渗透装置，通过渗透装置与动物细胞的比较，总结渗透作用的原理以及水进出哺乳动物红细胞的原理。 学生：分析比较，进行归纳总结。 师生共同归纳总结： 动物细胞的吸水：外界溶液浓度小于细胞的浓度。 动物细胞的失水：外界溶液浓度大于细胞的浓度。 动物细胞既不吸水也不失水：外界溶液浓度等于细胞的浓度。 动物的细胞膜相当于半透膜。 水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。 提出问题：水又是怎样进出植物细胞的呢? 2.水进出植物细胞的原理 讲解：成熟植物细胞一般只具有一个中央大液泡，其体积能够占据到细胞体积的90%以上，所以细胞质及其中的各种细胞器，就被挤成一薄层，挤到了细胞的边边角角，所以细胞内的液体主要指的是？液泡中的细胞液。我们把细胞膜、细胞质、液泡膜统称为原生质层（动画）。实际上，植物与外界环境进行水分交换，指的是水分通过原生质层在细胞液与外界环境之间的交换。 展示成熟的植物细胞模式图： 教师：引导学生回忆，西红柿和白糖凉拌，稍等一会儿可见有水分渗出。植物细胞吸水和失水的情况是怎样的呢？ 学生：观察教材中“成熟的植物细胞模式图”，并阅读图左有关内容概括出：成熟的植物细胞中央有大液泡。细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。 教师：细胞的原生质层是否相当于一层半透膜？下面我们通过实验来探究植物细胞的吸水和失水。 讲解：进行科学探究的方式多种多样。一般来说，探究一般方法和基本步骤是：观察现象，提出问题→做出假设→设计实验→开展实验→分析结果，得出结论→表达与交流。 学生：听讲，回顾探究实验的步骤。 活动3：探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量的清水，一段时间后液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，试解释上述现象。 凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液的浓度大于清水，马铃薯细胞吸水，导致清水液面下降； 当向清水中加入适量蔗糖后，蔗糖溶液的浓度大于马铃薯细胞液的浓度，马铃薯细胞失水，一段时间后导致液面上升。 提出问题：在植物细胞中是否像动物细胞一样存在一个渗透系统呢？ 讲解：动物细胞与植物细胞在结构上不同，植物细胞吸水和失水的方式与动物细胞是否相同呢？让我们通过实验一起探究。实验目的是：探究水分进出植物细胞是否通过渗透作用。在进行实验之前，可以提出假设：水分通过渗透作用进出植物细胞。接下来设计实验。这一步让很多同学感觉困难，应该怎么进行实验设计呢？实验设计时，首先要根据实验目的确定实验材料和方法。 将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变得硬挺。将白菜剁碎做馅时，常常要放一些盐，稍过一会儿就可见到有水分渗出。对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。这些现象都说明，植物细胞也像动物细胞一样，会发生吸水或失水现象，吸水或失水同样与外界溶液的浓度有关。 （1）实验目的：探究水分进出植物细胞是否通过渗透作用。 （2）作出假设：水分通过渗透作用进出植物细胞 （3）设计实验： ①如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会______________，液泡体积就会______________；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会______________，液泡体积就会______________。所以可以通过液泡的大小变化反映水分进出细胞。 （ 失水 缩小 吸水 增大 ） ②如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？ 提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。 ③如何看到细胞，需要借助于什么材料和器具？ 利用显微镜观察临时装片。 ④对实验结果作出预测：细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？ 由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过；因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离； 加入清水后，细胞液浓度大于外界溶液的浓度，外界溶液中的水会透过原生质层进入细胞液，发生质壁分离的复原。 本实验要探究水分进出植物细胞的方式，结合成熟植物细胞的结构特点，水分实际是经过原生质层进出液泡，如果失水，液泡应该会缩小，如果吸水，液泡就会有一定程度的增大，所以可以通过液泡的大小变化反映水分进出细胞。而只有成熟的植物细胞才具有占据细胞90%以上空间的中央大液泡，所以要选择如表皮细胞等易获取的成熟植物细胞。为了能够观察清楚，还需要用到显微镜。 （4）实验材料 ①实验材料是紫色洋葱鳞片叶细胞，它既容易被剥离而制成临时装片，又很容易在显微镜下观察。 ②刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜。 ③质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液很容易使洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离，短时间内对细胞的伤害小；而清水又可使质壁分离得到复原。 a.下列细胞中能发生质壁分离的是_______________。（ CEF ） A.大蒜根尖分生区细胞 B.人的口腔上皮细胞 C.菠菜叶肉细胞 D.蛙的红细胞 E.洋葱鳞片叶外表皮细胞 F.洋葱鳞片叶内表皮细胞 b.若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在________（用图中数字表示）；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在_______（用图中数字表示）；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了红墨水，则有色区域在_______（用图中数字表示）。 （ 7 5 6） （5）方法步骤 播放视频《探究植物细胞的吸水和失水》 主要的实验过程是：取材—制片—观察—加蔗糖溶液—观察—滴加清水—观察。 （6）实验结果分析 ①紫色洋葱的外表皮是单层细胞，便于制作临时装片，而且它的液泡呈紫色，便于观察液泡大小变化及原生质层的位置变化，以判断细胞是否发生吸水或失水；该实验过程共观察了3次，制作临时装片后观察，滴加蔗糖溶液后观察，再次滴加清水后观察。每一次是什么样的实验现象呢？ ②实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？ 观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。 ③紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？ 颜色逐渐变深。吸水能力逐渐增强。 ④有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？ 蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。 （7）实验结论 得出结论：（1）植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； （2）植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 其实细胞壁也有一定程度的收缩，但是由于其伸缩性不及原生质层，就会发生原生质层与细胞壁分离。植物细胞由于液泡失水，而使原生质层与细胞壁分离的现象叫做“质壁分离”；当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，观察到中央液泡变大，为什么呢？因为外界溶液中的水透过原生质层进入到细胞液，原生质层逐渐恢复成原来的状态，植物细胞发生了“质壁分离复原”。 教师：为什么会出来质壁分离？ 学生：讨论、回答。 师生共同归纳总结：植物细胞发生质壁分离与复原的原因。 内因：原生质层相当于一层半透膜 原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性 外因：外界溶液浓度 > 细胞液浓度 知识拓展 肾是人体非常重要的器官，但肾衰竭无法正常工作时，体内的废物就无法排出，人就会因中毒而死亡。人工洗肾机就是根据肾脏的工作原理而设计的一种血液透析机器。其中的透析膜是一层半透膜，血细胞和大分子蛋白质不能透过，而葡萄糖、水、无机盐、尿素等物质能自由通过。图中的透析膜相当于肾小球。 人肾脏的功能受损，血液中代谢产生的废物和过多的水分不能排出，使人体生命受到严重的危害．如图血液透析是把人体的血液从动脉引出，和透析液在透析器内借半透膜接触和浓度梯度进行物质交换，使血液中的代谢废物和过多的电解质向透析液移动，透析液中的营养物质向血液中移动，然后将透析过的血液再通过静脉流回血管．通过透析，达到了排出代谢废物的目的．由此可以看出透析相当于人体内生理活动中的肾小球的滤过作用，图中的半透膜（透析膜）相当于肾小球．新鲜的透析液中，除了尿素以外，其他的如葡萄糖和无机盐等对人体有益的物质的浓度应与人体血液内的浓度一样，这才保证了血液中的这些有用物质不向透析液中扩散． 课堂小结： 四、板书设计 第1节 被动运输 第1课时 水进出细胞的原理 一、渗透作用 1.扩散 2.渗透作用 3.方向 二、水进出细胞的原理 1.水进出动物细胞 2.水进出植物细胞 （1）质壁分离 （2）质壁分离复原 第 4 页 共 15 页 学科网（北京）股份有限公司 $