第4章 第1节 被动运输教学设计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被动运输核心知识，涵盖渗透作用原理、动植物细胞吸水失水、质壁分离实验及自由扩散与协助扩散。通过“糖拌西红柿、萎蔫菠菜吸水、静脉输液”生活情境导入，衔接细胞膜结构前序知识，为主动运输学习搭建支架。 以核心素养为导向，突出科学探究，如“探究植物细胞吸水和失水”实验完整，含选材、引流法、三次观察，培养操作与证据分析能力。运用模型建构（渗透系统）、比较归纳（运输方式对比）发展科学思维，结合水通道蛋白发现史渗透结构与功能观，助力学生深化生命观念，为教师提供系统教学资源，提升课堂效率。

人教版（2019）高中生物必修1 分子与细胞 第1节 被动运输 超级详细版 · 师生问答对话式 · 含知识点树状结构图 1. 基本信息 课型：新授课（含探究实践课） 课时：2课时（每课时45分钟） 年级：高一年级 教材：人教版（2019）高中生物必修1《分子与细胞》 教具：多媒体课件（渗透作用动画、质壁分离显微视频、水通道蛋白结构图）、渗透作用演示装置（长颈漏斗、玻璃纸或透析袋、烧杯、质量浓度0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水、红墨水）、哺乳动物红细胞吸水失水显微照片与模式图、紫色洋葱鳞片叶、显微镜、载玻片、盖玻片、镊子、刀片、滴管、吸水纸、质量浓度0.3 g/mL与0.5 g/mL蔗糖溶液、清水、0.3 g/mL KNO3溶液（演示用）、水通道蛋白与离子通道蛋白结构模型图、黑藻叶片或藓类叶片（备选材料） 2. 教材分析 本节是人教版（2019）高中生物必修1《分子与细胞》第4章第1节的内容，处于“细胞的基本结构”之后的第一个代谢类知识单元，承担着把静态的膜结构转化为动态的物质交换功能的重要任务。 教材以“水进出细胞的原理”和“自由扩散和协助扩散”两大板块展开，逻辑线索可以概括为：物理现象（渗透作用）→ 宏观实例（动物细胞、植物细胞的吸水与失水）→ 实验验证（探究植物细胞的吸水和失水）→ 分子机制（转运蛋白参与的协助扩散）→ 概念升华（被动运输）。 在必修1的课程链上，本节上承第3章“细胞膜的结构和功能”“流动镶嵌模型”，下启第2节“主动运输与胞吞、胞吐”、第5章“细胞的能量供应和利用”以及必修1后续第6章的物质变化，尤其是为后续学习光合作用中水的吸收与利用、细胞呼吸中物质的跨膜转运奠定基础。“被动运输不需要消耗细胞内化学反应释放的能量”这一论断，正是理解第2节“主动运输需要消耗能量”的对照坐标。 从学科核心素养看，本节是培养“结构与功能观”“物质与能量观”的典型载体：转运蛋白的结构决定了它的选择性与饱和性，膜的流动性决定了胞吞胞吐的可能；同时本节的人教版“探究·实践”栏目——“探究植物细胞的吸水和失水”，是高中必修阶段学生亲手操作、亲眼观察的标志性实验，涵盖材料选择、引流法操作、显微三次观察、对照原则、单一变量原则等完整探究要素，对科学探究素养的形成具有不可替代的价值。 教学的难点在于：学生对“水分子能从浓度低的溶液流向浓度高的溶液”这一看似“逆常识”的结论存在直觉障碍；对“原生质层”这一由多层结构复合而成的抽象概念缺乏空间想象；对“协助扩散不消耗能量却需要蛋白质”这一看似矛盾的设定容易死记硬背。因此教学必须依托演示实验、显微真实图像与层层追问，把学生的感性冲突转化为认知重构的动力。 3. 学情分析 【知识基础】 学生在第3章已经系统学习了细胞膜的结构和功能，知道细胞膜以磷脂双分子层为基本支架、具有流动性，知道细胞膜的功能包括将细胞与外界环境分隔开、控制物质进出细胞、进行细胞间的信息交流；在初中生物学中已经接触过植物细胞吸水失水的粗略现象，知道细胞壁、液泡的存在；在日常生活中有腌制食品出水、施肥烧苗、静脉输液等大量感性经验。学生还没有将这些零散事实整合到“渗透作用”的物理模型之下，也不了解转运蛋白的种类与作用方式。 【认知特点】 高一学生正处于形式运算阶段，能够进行假设演绎推理，但抽象程度较高的微观动力学过程仍需借助具象模型支撑。他们对“看得见的现象”（液面上升、液泡变小、洋葱皮分离）兴趣浓厚，对“看不见的分子运动”（水分子的进出方向、转运蛋白的构象改变）则需要教师用动画、类比和定量曲线加以显性化。学生善于模仿实验步骤，但在解释“为什么要这样做”“为什么会出现这个结果”时容易停留在描述层面，缺乏变量控制意识。 【学习困难】 （1）对渗透作用中水分子运动方向的判断容易出错：习惯性认为“水从浓度高的地方流向浓度低的地方”，而正确结论恰恰是水分子从单位体积内水分子数目多的一侧（即低浓度溶液一侧）向单位体积内水分子数目少的一侧（即高浓度溶液一侧）渗透，这一逆向表述是本节最大的认知冲突点； （2）对“原生质层”的构成记忆模糊，常把原生质层与原生质体、细胞壁的作用混淆，导致无法准确解释质壁分离的内因。 （3）对实验细节缺乏敏感度：不理解为什么必须选择紫色洋葱鳞片叶外表皮、为什么蔗糖溶液浓度取0.3 g/mL、为什么要用吸水纸引流重复三次、为什么要做三次显微观察、第二次与第三次观察为什么能构成自身前后对照。 （4）对协助扩散“顺浓度梯度、不耗能但需要转运蛋白”的组合容易与主动运输混淆，对“饱和现象”出现的生理原因（转运蛋白数目有限）缺乏解释能力。 （5）将曲线图语言转化为文字结论的能力不足，尤其面对“运输速率—浓度差”“运输速率—O2浓度”两类坐标图时，不能指认曲线归属与拐点原因。 4. 教学目标 （一）生命观念 通过构建“半透膜—浓度差—水分子净移动”的物理模型，学生能够阐明渗透作用发生的两个必要条件并能据此判断水分子的运动方向；能够运用结构与功能相适应的观念，说明细胞膜、液泡膜与细胞质共同构成的原生质层相当于一层半透膜，说明细胞壁全透性、原生质层选择透过性这一结构差异是质壁分离得以发生的基础，从而深化对细胞是一个开放系统的认识。 （二）科学思维 学生能够运用模型与建模的方法，将动物细胞、成熟植物细胞分别抽象为渗透系统；能够运用比较与分类的方法，从方向、转运蛋白、能量耗用三个维度辨析自由扩散与协助扩散；能够运用批判性思维分析“浓度过高导致细胞死亡不能复原”“KNO3溶液中先分离后自动复原”等异常现象，并提出合理的解释与验证思路。 （三）科学探究 学生能够独立完成“探究植物细胞的吸水和失水”的全部操作流程，包括选材理由陈述、临时装片制作、引流法换液、低倍镜三次观察与绘图；能够辨认实验中对照组与实验组、自变量与因变量；能够基于观察到的液泡体积、颜色深浅、原生质层位置变化，得出关于细胞吸水失水条件的可靠结论，并能够进一步设计“估测细胞液浓度范围”“鉴别细胞死活”等延伸探究方案。 （四）社会责任 学生能够运用渗透原理与质壁分离知识解释施肥烧苗、糖渍腌制食品、海水中不能灌溉农作物、静脉输液必须使用等渗溶液等生产生活问题；能够认同科学发现需要长期积累与技术进步（水通道蛋白的发现史），形成尊重证据、乐于动手、敢于质疑的科学态度，并向家庭传播科学合理施肥与饮食减盐的理念。 5. 教学重难点 （一）教学重点 1. 渗透作用的概念、发生条件与水分子运动方向的判断。 1. 动物细胞与成熟植物细胞吸水和失水的条件、表现与原因分析。 1. 探究植物细胞吸水和失水的实验设计、操作步骤、三次观察现象与结论。 1. 自由扩散与协助扩散的概念、实例、影响因素及两者的比较。 （二）教学难点 1. 理解并准确表述“水分子从单位体积水分子数多的一侧向水分子数少的一侧移动”这一相对运动方向。 1. 建构“原生质层相当于一层半透膜”的概念，并解释质壁分离的内因（原生质层伸缩性大于细胞壁）与外因（外界溶液浓度大于细胞液浓度）。 1. 辨析载体蛋白与通道蛋白在转运机制上的差异，解释协助扩散中运输速率出现饱和现象的原因。 （三）突破策略 针对第一个难点，采用“宏观—微观—迁移”三步走的策略：先用宏观可视的渗透装置演示红墨水液面上升，让学生获得直观冲击；再进入微观层面，用“两个房间里的人数”类比两侧水分子密度，引导学生理解“单位体积水分子数多的一侧→数少的一侧”，教师板书“低浓度溶液 → 高浓度溶液（水多的一侧 → 水少的一侧）”，并用三组判断题即时纠错，把直觉错误暴露后再校正。针对第二个难点，采用“拆解—重组—对比”的策略：先在黑板剖面图上把成熟植物细胞拆成细胞壁、细胞膜、细胞质、液泡膜、细胞液五个部件，让学生用自己的语言说明每一个部件的透性和伸缩性；再将其重组为“原生质层”这一复合概念，用一个长长的板书箭头强调“原生质层 = 细胞膜 + 液泡膜 + 两层膜之间的细胞质”；最后通过质壁分离显微视频与同步手绘剖面图的对照，让学生亲眼看到“细胞壁几乎不动、原生质层整体收缩”，从而把内因落到实处。针对第三个难点，采用“动画 + 表格 + 曲线”的三重表征：先播放载体蛋白构象改变、通道蛋白孔道筛选的动画，让学生说出两者的关键区别；再填写比较表格；最后在同一坐标系里画出自由扩散、协助扩散两条曲线，让学生指出拐点并解释“转运蛋白数量有限”。与此同时，全程嵌入“为什么这样做”的追问，让学生从模仿操作走向理解操作。 6. 教学方法与学法指导 教学方法：问题驱动法（以核心问题串贯穿课堂）、演示实验法（渗透作用演示装置、显微视频同步投屏）、探究式教学法（学生动手完成质壁分离及复原实验）、比较归纳法（三种运输方式的多维比较表）、直观教学法（原生质层剖面图、转运蛋白结构模型图）、讲授点拨法（在学生思维卡点处精准介入）。以上方法以“情境—问题—活动—建构—应用”为主线的五环节结构有机融合。 学法指导：自主学习法（依据导学案预习渗透作用概念并列出疑问）、观察法（显微观察做到“先整体后局部、先找液泡再看边界”）、对比学习法（用表格整理动物细胞与植物细胞、自由扩散与协助扩散的异同）、模型建构法（画出渗透系统与成熟植物细胞的概念图）、同伴互评法（实验操作两人一组，一人操作一人记录并互相挑错）、错题归因法（针对本节的四类典型误判建立自己的纠错本条目）。 7. 教学过程 （说明：本教学过程以师生问答对话为主要形式，通过层层递进的问题引导学生主动建构知识。每个环节均预设学生可能的回答，教师根据学生回答灵活调整引导方向。） 环节一：情境导入——从“糖拌西红柿”到细胞的一张膜（5分钟） 【教学说明】教师在大屏幕上同时投放三张照片：第一张是撒了白糖的西红柿，盘底积了一滩红汁；第二张是干旱后萎蔫的菠菜，旁边是浸泡在清水里十分钟之后重新挺括的同株菠菜；第三张是医院里护士正在给病人静脉输液，输液袋上清晰地写着“氯化钠注射液 0.9%”。教师要求学生只看这三张图，猜一猜它们之间有什么共同的道理。 【教师】同学们，咱们先从一个最熟悉的场景说起。夏天做糖拌西红柿，撒上白糖，用不了十分钟，盘底就积了一滩水，西红柿块反倒有点“塌”了。谁能用一句话描述：这些水是从哪儿来的？ 【学生】（七嘴八舌）是从西红柿里渗出来的！是果肉里的水被糖“逼”出来了！ 【教师】非常好，“逼出来”这三个字很有画面感。那么老师追问一句：如果是把西红柿放进纯净水里泡着，它会不会出水？ 【学生】不会……好像还会吸水，变得更硬。 【教师】对！这就是第二张图。蔫了的菠菜放到清水里，十分钟就重新挺起来了。同一个植物细胞，一会儿往外排水，一会儿往里吸水，决定它到底“排”还是“吸”的开关是什么？大家先大胆猜，猜错没关系。 【学生】（思考后）跟外面放的是糖水还是清水有关？外面浓了就出水，外面稀了就进水。 【教师】这个猜想非常了不起，已经接近本质了。注意她说的是“外面浓了”“外面稀了”，也就是说关键在于细胞外面的溶液浓度。再看第三张图，为什么医院输液用的是写着“0.9%”的氯化钠溶液，而不是直接输纯净水或者浓盐水？ 【学生】（犹豫）纯净水输进去……血液里的细胞会吸水肿胀，甚至胀破？浓盐水的话，细胞会失水？ 【教师】完全正确！如果大量输入纯净水，红细胞会吸水膨胀甚至破裂，医学上叫溶血，是致命的。所以输液必须配成和血浆渗透压相当的等渗溶液。同学们，我们刚才说的西红柿、菠菜、红细胞，虽然差别巨大，但都在做同一件事——水分子在跨越一层“能选择”的膜。这层膜为什么能让水透过、却不让糖随意透过？水为什么会“往高浓度的那边跑”？这就是我们第4章要解决的核心问题。今天先请出本节的第一个主角：渗透作用。请大家把课本翻到第4章，同时看老师讲台上的这套装置。 【教学说明】教师板书课题“第4章 细胞的物质输入和输出——第1节 被动运输（一）水进出细胞的原理”，并投屏展示本节课的学习目标：①阐明渗透作用的概念与条件；②解释动物细胞、植物细胞吸水失水的原因；③完成并解释“探究植物细胞的吸水和失水”。学生带着刚才的三个悬念进入下一环节。 环节二：新知探究一——渗透作用：水为什么会自己“爬”上漏斗？（10分钟） 【教学说明】教师拿出自制的渗透作用演示装置：长颈漏斗，漏斗口用玻璃纸（半透膜）严密包扎，漏斗内灌入加了几滴红墨水的质量浓度0.3 g/mL的蔗糖溶液，将漏斗倒置固定在铁架台上，使漏斗颈竖直，把漏斗末端浸入盛有清水的烧杯中，调节装置使漏斗内液面与烧杯液面初始相平。教师在漏斗管外壁用记号笔标出初始液面位置，并架好摄像头投屏，让全班同步观察。 【教师】请大家先看清这套装置的构造，然后回答三个问题：第一，漏斗里面装的是什么？第二，烧杯里面装的是什么？第三，把这两者隔开的这层玻璃纸，有什么特别的本领？ 【学生】漏斗里是加了红墨水的蔗糖溶液，烧杯里是清水，中间隔着一层玻璃纸。玻璃纸……能让水过去，但蔗糖过不去？ 【教师】非常准确！像玻璃纸这样，允许水分子等小分子物质自由通过，而蔗糖这样的大分子溶质不能通过的膜，叫作半透膜。现在请大家盯着投屏上的液面，我们一起计时。三分钟后再看，会发生什么？ 【学生】（观察约三分钟后，惊呼）漏斗里面的红水上升了！升了差不多两厘米！ 【教师】看见了，红墨水柱在往上爬。这是真真切切发生的物理事实。那么请大家思考一个“要命”的问题：我没有对这套装置供电，也没有施加压力，谁提供的能量让它自己上升了？ 【学生】（讨论）是水分子自己在动？是扩散…… 【教师】对！答案就是分子自身的热运动——一切物质的分子都在不停地做无规则运动，这是不需要外界提供动力的，运动所需的能量来源于物质本身。那么第二个问题：烧杯里的清水中的水分子，能不能穿过玻璃纸进入漏斗？漏斗里的水分子，能不能穿过玻璃纸跑进烧杯？ 【学生】应该两边都能通过吧，因为半透膜允许水分子通过。 【教师】太好了，这正是最容易被忽略的关键点——水分子的通过是双向的，不是单向的！既然双向都能通过，那为什么漏斗液面是上升而不是不动？请你继续往下推理。 【学生】因为进去的比出来的多？也就是说单位时间里从烧杯进入漏斗的水分子更多。 【教师】漂亮！这就是“净移动”的思想。请看黑板上的两组数字：假设每分钟内，烧杯侧有1000个水分子穿膜进入漏斗，漏斗侧只有400个水分子穿膜进入烧杯，净结果就是每分钟漏斗侧多了600个水分子，液面自然上升。现在请同学们进一步追问：为什么从烧杯往里走的多，从漏斗往外走的少？ 【学生】（思考）因为漏斗里是蔗糖溶液，水分子被“稀释”了？单位体积里水分子数目少？ 【教师】正是如此！蔗糖溶液里一部分体积被蔗糖分子占据，单位体积内的水分子数目就比清水少。也就是说：清水一侧，水分子密度大；蔗糖溶液一侧，水分子密度小。水分子从密度大的一侧往密度小的一侧扩散更快、更多。请把这句话写在课本的空白处——水分子从单位体积水分子数目多的一侧，向单位体积水分子数目少的一侧移动。换一种我们更熟悉的说法，就是水会从低浓度溶液一侧，向高浓度溶液一侧移动。请全班齐读两遍这个结论！ 【学生】（齐读）水分子从低浓度溶液一侧向高浓度溶液一侧移动。 【教师】好，现在我们把关于这套装置的结论提炼一下。像水分子这样，溶剂分子通过半透膜的扩散，叫作渗透作用。请一位同学归纳：要让渗透作用发生，必须同时具备哪两个条件？ 【学生】第一要有半透膜，第二半透膜两侧要有浓度差。 【教师】完全正确，缺一不可。现在我做一个“破坏性”的演示，请大家预判结果：如果我把玻璃纸换成普通滤纸——滤纸也能让蔗糖通过——液面还会上升吗？ 【学生】不会。因为蔗糖也跑到外面去了，两侧浓度差很快就消失了，水就不会有净移动了。 【教师】分析得非常好。如果我把这套装置里漏斗外的清水也换成同样浓度的0.3 g/mL蔗糖溶液呢？ 【学生】那两侧浓度一样，水进出的速率相等，达到动态平衡，液面不动。 【教师】“动态平衡”这个词用得太棒了——注意它不是静止，而是双向通过、速率相等。最后再问一个更深的问题：漏斗液面会一直上升吗？ 【学生】不会吧……升到一定高度，漏斗里的压力大了，会把水压出去。 【教师】非常准确！随着液面上升，漏斗管内液柱产生的静水压越来越大，它推动水分子向外的力量也就越来越大，直到向外的速率重新等于向内的速率，液面就不再上升，再次达到动态平衡。而且我们可以推测：膜两侧初始浓度差越大，最终能顶起的高度差就越大，吸水能力越强。这种由溶质颗粒造成的“吸水能力”，在生理学和医学上用一个专门的量来描述，叫作渗透压——溶液浓度越高，渗透压越大。请把“渗透作用、半透膜、浓度差、动态平衡、渗透压”五个关键词在书上圈出来。 【教学说明】教师同步板书：渗透作用 = 水分子（溶剂分子）通过半透膜的扩散；条件：①半透膜 ②膜两侧浓度差；方向：单位体积水分子数多（低浓度溶液）→ 水分子数少（高浓度溶液）。教师在“低浓度→高浓度”处打上显著的红色警示标记，因为这是学生最易出错的判断点。 环节三：新知探究二——动物细胞的吸水与失水：红细胞的三种命运（8分钟） 【教学说明】教师播放哺乳动物红细胞在不同浓度NaCl溶液中的显微照片与动画：清水中的红细胞先膨胀、球形化，随后破裂（溶血）；0.9% NaCl溶液中的红细胞维持两面凹的圆饼状；10% NaCl溶液中的红细胞失水皱缩，表面出现许多刺状突起。图片逐张投屏，每张停留约十五秒。 【教师】刚才我们研究的是无生命的漏斗。现在把研究对象换成活的细胞——哺乳动物成熟的红细胞。请同学们先回答：在这套“细胞版”的渗透系统里，谁扮演半透膜的角色？漏斗里那包溶液又相当于细胞的什么？ 【学生】半透膜就是细胞膜；漏斗内的蔗糖溶液相当于细胞质，细胞质也有一定的浓度。 【教师】完全正确！我们第3章学过，细胞膜具有选择透过性，能让水分子自由通过，也能让一部分小分子、离子通过，但葡萄糖这样较大的分子、蛋白质这样的大分子则不能自由通过。所以在水的进出问题上，我们可以把细胞膜看作一层半透膜。于是整套系统就成立了：细胞膜是半透膜，细胞质有浓度，细胞外的溶液也有浓度。现在请同学们预测三种情况，我们先说第一种：把红细胞放到清水里。 【学生】外界浓度小于细胞质浓度，细胞吸水，会变大。 【教师】对，并且注意——动物细胞没有细胞壁的保护，外面没有“硬壳”兜着。所以吸水的结果不只是“变大”，而是不断膨胀，最终细胞膜的面积撑到极限就会破裂，这一现象叫作溶血。这也是我们第3章制备细胞膜实验的原理：把哺乳动物成熟红细胞放进清水里，让它吸水涨破，再离心就能得到纯净的细胞膜。请大家把这个跨章节的联系记下来。第二种：0.9% NaCl溶液。 【学生】形态不变？因为0.9%的盐水和细胞质浓度差不多，进出平衡。 【教师】准确！此时水分子的进出达到动态平衡，红细胞保持着正常的两面凹的圆饼状。正因为它与血浆浓度相当，0.9%的NaCl溶液被称为生理盐水，临床上输液、洗涤伤口、稀释注射液都用这个浓度。第三种：10% NaCl溶液。 【学生】外界浓度大于细胞质浓度，细胞失水，会皱缩变小。 【教师】对，红细胞失水皱缩，体积变小，边缘出现皱褶。现在请一位同学把这三种情况整理成一句对称的规律，要求把“外界溶液浓度”与“细胞质浓度”的关系和对应的细胞形态都说清楚。 【学生】外界溶液浓度小于细胞质浓度，细胞吸水膨胀甚至涨破；外界溶液浓度等于细胞质浓度，水分进出平衡，形态不变；外界溶液浓度大于细胞质浓度，细胞失水皱缩。 【教师】非常完整，请坐。请大家用这条规律解释两个真实场景：为什么海难幸存者在极度干渴时不能喝海水？为什么人在海边游泳时，海水进入眼结膜，眼睛会有明显的干涩刺痛感？ 【学生】（讨论后）喝海水会让细胞外液的浓度升高，细胞内水分被“吸”出去，细胞失水，反而加重脱水；眼睛的细胞也会失水，所以刺痛。 【教师】分析得非常到位。海水含盐量约为3.5%，远高于人体细胞外液的0.9%，大量饮用只会加速细胞内失水。这也解释了为什么长期用海水灌溉会导致农作物死亡——农业上称之为“盐渍化”。同学们，请注意我们这一环节思考问题的方式：面对一个活细胞，我们把它抽象成一个“由半透膜包着一包有浓度溶液”的渗透系统，然后比较膜两侧的浓度，就能预判水的流向。下一环节，我们要把这套方法用到结构更复杂的植物细胞上。 【教学说明】教师在黑板上画出三幅红细胞形态的板图并标注对应浓度关系，形成“小于—膨胀涨破 / 等于—动态平衡 / 大于—失水皱缩”的三栏对照表，为学生后续自主分析植物细胞提供迁移模板。 环节四：新知探究三——植物细胞的质壁分离与复原（实验）（14分钟） 【教学说明】本环节是本节课的核心探究活动。教师先利用黑板剖面图完成“部件拆解”，把成熟植物细胞的功能结构讲透；再组织学生两人一组，用紫色洋葱鳞片叶外表皮制作临时装片，完成“观察—滴蔗糖—观察—滴清水—观察”的三次显微观察。每组配发实验记录单，要求用彩色铅笔画出三个阶段的细胞形态；同时教师用摄像显微镜把典型视野实时投屏，供全班对照。 【教师】植物细胞比动物细胞多了一样东西，请大家看黑板上的剖面图，从外向内依次说出成熟植物细胞由哪些部分构成？ 【学生】从外到内是细胞壁、细胞膜、细胞质，里面还有一个很大的液泡，液泡里是细胞液。 【教师】很好，漏了一个关键：液泡外面也有一层膜，叫液泡膜。现在我们把这套结构拆开，逐个分析它的本领。先看细胞壁：它的成分是纤维素和果胶，起支持和保护作用。请大家回忆——对一个水分子或者蔗糖分子来说，细胞壁是“允许通过”还是“一律禁止”？ 【学生】应该能通过，因为它在最外面，主要起支撑作用，不像膜那样有选择。细胞壁是全透性的。 【教师】完全正确，细胞壁是全透性的，水分子和溶解的溶质都能自由穿过它，它不充当半透膜。那么，在植物细胞里，谁才有可能担当“半透膜”这个角色？请大家从细胞膜、细胞质、液泡膜三者中去组合。 【学生】细胞膜？可是细胞膜在最里面，外面还有细胞壁啊。 【教师】提示一下：这三个结构——细胞膜、液泡膜，以及夹在两者之间的细胞质——在空间上是紧密贴合的一整层，我们把它们合起来称作“原生质层”。请全班齐读这个定义三遍，然后把它写到笔记本的核心位置。 【学生】（齐读）原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 【教师】现在最关键的一步推理来了：细胞膜具有选择透过性，液泡膜同样具有选择透过性，所以整层原生质层——请一位同学替我把结论说出来。 【学生】原生质层相当于一层半透膜！ 【教师】太棒了！于是整套渗透系统就凑齐了：原生质层是半透膜，里面的细胞液有浓度，外面的外界溶液有浓度。那么请预测：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，会发生什么？ 【学生】细胞会渗透失水，水从细胞液跑到外面去。 【教师】对！水从液泡里往外跑，液泡体积就会变小。但这里出现了一个非常精彩的现象，请大家注意看——如果只是液泡变小，还不足以产生我们今天要观察的现象。关键在细胞壁和原生质层的第二个属性差别：请大家想想，细胞壁是刚性的、多糖编织的网，而原生质层是柔软的脂质膜，两者的“伸缩弹性”谁更大？ 【学生】原生质层伸缩性大，细胞壁伸缩性小。 【教师】完美！这就是质壁分离得以发生的内因：原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。所以当整个原生质体因为失水而收缩时，细胞壁几乎不动、只略微回缩一点点，而原生质层却能明显地缩成一团，两者逐渐分家——这就是“质壁分离”四个字的字面意思：原生质层与细胞壁分离的现象。请注意，这里的“质”指原生质层，不是细胞质。现在请一位同学把质壁分离的“内因”和“外因”配对着说出完整的一句话。 【学生】内因是原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性；外因是外界溶液浓度大于细胞液浓度，导致细胞渗透失水。 【教师】标准答案，请坐。下面我们要亲手把这个现象做出来。第一个问题：为什么教材指定用紫色洋葱鳞片叶的外表皮，而不是内表皮？ 【学生】因为外表皮的液泡是紫色的，容易看见；内表皮没有颜色，看不清。 【教师】正是！外表皮细胞的液泡中含有花青素，呈深紫色，相当于给观察对象自带“染色标记”，液泡体积一变小、颜色一变深，肉眼在高倍镜下立刻就捕捉得到。这是“选材要便于观察”的重要考量。注意撕取的是一层薄膜，要用镊子撕取外表皮，不要带叶肉细胞，否则细胞重叠看不清。现在请各组开始制作临时装片：先在载玻片中央滴一滴清水，把撕下的外表皮展平在清水中，盖上盖玻片，注意避免气泡。做好之后先别急着加糖水，第一步要做什么？ 【学生】先用显微镜观察正常的细胞，作为对照。 【教师】非常好，这就是本实验的第一次观察。请你们在镜头下找：正常的洋葱表皮细胞里，中央的大液泡是什么颜色？原生质层贴在什么位置？ 【学生】（观察后）看到一个个长方形的细胞，中间一大团紫色，紫色几乎把整个细胞都占满了，看不出明显的空隙。紫色那一团应该就是液泡，它紧贴着细胞壁。 【教师】描述得很准确。第一次观察的作用是什么？为什么非得先看一遍正常的？ 【学生】作为对照，后面变化了才知道变了多少。 【教师】对！本实验不另设对照组，而是用同一组细胞处理前后的状态作自身前后对照，这是本次实验设计上非常巧妙的一点。现在进行第二步：请从盖玻片的一侧滴加质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复两到三次，这样做能让蔗糖溶液把盖玻片下的清水完全替换掉。这一操作叫什么？ 【学生】引流法。 【教师】正确，叫引流法。为什么不能干脆把盖玻片揭开、直接滴上蔗糖溶液？ 【学生】揭开会移动材料，细胞位置就变了，找不到刚才看的那个细胞了；而且容易产生气泡。 【教师】非常到位。引流法的好处就是“材料不动、溶液换新”，保证我们追踪的还是同一批细胞，这正是自身前后对照得以成立的技术前提。现在开始第二次观察，请各组边看边在记录单上画图，并回答：液泡体积怎么变？颜色怎么变？原生质层在哪里？ 【学生】（观察约三分钟后）液泡明显变小了！紫色越来越深！而且紫色的边缘和细胞壁之间出现了一条透明的空隙，最先是从细胞的角上开始分开的。 【教师】精彩的描述！请注意这三点：液泡变小、颜色变深——为什么颜色会变深？ 【学生】因为水分少了，花青素被浓缩了。 【教师】完全正确，颜色变深是花青素浓度升高的直接证据，也是判断细胞确实失水的第二个指标。第三点，你提到“从角上开始分开”，这是非常专业的观察！请全班注意：由于细胞壁在角隅处与原生质层的连接相对薄弱，质壁分离通常先从细胞的角隅处开始，随后随着失水加剧，逐渐发展成凹形、凸形，最终可能完全分离成球形团块。现在第三步：请用引流法把蔗糖溶液换成清水，重复两到三次，进行第三次观察。 【学生】（操作后观察）液泡慢慢又变大了，颜色变浅了，紫色的那一团重新贴到了细胞壁上去，空隙消失了！ 【教师】这就是质壁分离的复原。请思考复原发生的原因。 【学生】换成清水之后，外界溶液浓度小于细胞液浓度，细胞吸水，液泡变大，原生质层又膨胀回来贴住细胞壁。 【教师】非常好！因为细胞壁的伸缩性有限，原生质层膨胀到贴壁之后就不能再继续变大，所以成熟的植物细胞不会因为吸水而涨破，这正是细胞壁的保护意义。现在请各组把三个阶段的图并排放在一起，我们来做结论。这个实验证明了哪三件事？ 【学生】（讨论后）第一，成熟的植物细胞能与外界溶液构成渗透系统，通过渗透作用吸水或失水；第二，原生质层相当于一层半透膜；第三，细胞壁是全透性的、伸缩性小，原生质层伸缩性大。 【教师】完美。补充第四个可以用来验证细胞活性的推论：整个过程中细胞始终是活的，因为死细胞的原生质层会失去选择透过性，变成全透性，就不会发生质壁分离。所以反过来讲——能不能发生质壁分离，恰恰可以用来鉴别细胞的死活！请记下这条重要的实验应用。接着做两个“反事实”思考：第一，如果把0.3 g/mL的蔗糖溶液换成0.5 g/mL的高浓度蔗糖溶液，会出现什么结果？ 【学生】细胞失水太快太多，很快就质壁分离了，但换成清水之后可能不复原了，因为细胞已经过度失水死亡。 【教师】非常正确。所以试剂浓度是本实验的关键变量：太低，观察不到明显的质壁分离；太高，细胞失水过快过多而死亡，只能看到分离、看不到复原，实验就失败了。0.3 g/mL是教材经过验证的比较适宜的浓度。第二，如果换成质量浓度为0.3 g/mL的KNO3溶液呢？请大家做一个大胆的预测。 【学生】（犹豫）应该也会分离……但钾离子和硝酸根离子能不能被细胞吸收？如果能吸收，细胞液浓度就会升高，然后自动吸水复原？ 【教师】这个推理堪称教科书级别！K+和NO3-是植物细胞生命活动需要的矿质元素离子，可以被根细胞以主动运输的方式吸收。所以在KNO3溶液中，洋葱表皮细胞会先因外界浓度高而发生质壁分离，随后由于细胞不断吸收K+和NO3—使细胞液浓度升高，当细胞液浓度反超外界溶液时，细胞重新吸水，于是不用滴加清水就会自动发生质壁分离的复原，这叫作“自动复原现象”。同理，尿素、甘油、乙二醇等能被细胞吸收的溶质也能造成这一现象，而蔗糖分子不能被植物细胞吸收，所以不会有自动复原。请你们把这个对比记牢，这是高考的高频考点。 【教学说明】教师板书完整的实验流程箭头“制作装片→第一次观察（对照）→引流蔗糖→第二次观察（质壁分离）→引流清水→第三次观察（复原）”，并用红色粉笔标注“自身前后对照”“引流法”“0.3 g/mL”“自动复原”四个关键词；同时在巡视中纠正学生的三项常见操作失误：撕取材料过厚导致细胞重叠、盖玻片下有气泡被误认为质壁分离空隙、换液次数不足导致现象不明显。 环节五：新知探究四——自由扩散与协助扩散：转运蛋白登场（10分钟） 【教学说明】教师先播放两层素材：其一是氧气、二氧化碳分子直接穿越磷脂双分子层的动画；其二是葡萄糖借助载体蛋白进入红细胞、水分子排成一列穿过水通道蛋白、K+通过离子通道的动画。动画放完后，教师引导学生从“方向、动力、是否需要转运蛋白”三个维度提取共同点与差异。 【教师】前面我们一直在讲水，其实细胞要处理的溶质多得多：氧气要进来参与有氧呼吸，二氧化碳要出去，葡萄糖要进来当燃料，Na+、K+、Ca2+要在细胞内外保持巨大的浓度差。请大家看第一段动画，说说氧气和二氧化碳是怎么过膜的？ 【学生】直接从磷脂分子之间的空隙里穿过去，不需要任何东西帮忙。 【教师】对！因为磷脂双分子层的内部是疏水的脂肪酸尾部，脂溶性越强的分子越容易溶进去穿过去；同时这类分子很小。我们把物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。请一位同学归纳自由扩散的三个特征。 【学生】顺浓度梯度运输，不需要转运蛋白，不需要消耗能量。 【教师】准确。请举例说明哪些物质走这条路。 【学生】氧气、二氧化碳，还有水，对了书上还写了甘油、乙醇、苯，还有性激素、维生素D这类脂溶性的。 【教师】非常全面。注意“脂溶性”这个钥匙——性激素、维生素D、胆固醇都是脂溶性物质，所以能自由穿越膜的疏水核心。现在看第二段动画：同样是水的运输，为什么动画里有相当多的水分子是排着队从一个蛋白质隧道里通过的？ 【学生】因为有专门给水分子用的通道蛋白，叫水通道蛋白。 【教师】对。同学们，这里有一个有趣的科学史：长期以来人们以为水只能靠自由扩散穿过膜，但红细胞、肾小管上皮细胞等对水的通透性远高于人工脂质体，说明一定有专门的通道。1988年，美国科学家阿格雷成功分离出一种膜蛋白CHIP28，随后用实验证实它就是水通道，改名为水通道蛋白AQP1；另一位科学家麦金农则解析了钾离子通道的三维结构。两人共同获得了2003年的诺贝尔化学奖。这段史实告诉我们什么？ 【学生】看得见的推论要和看不见的实验证据结合，而且技术进步能推动科学发现。 【教师】说得很好。那么我们把这类运输方式提取出来：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。它和自由扩散最大的差别在哪儿？ 【学生】协助扩散需要转运蛋白的帮助。 【教师】还有呢？方向变了吗？需要能量吗？ 【学生】方向没变，还是顺浓度梯度；也不需要能量，因为是浓度梯度提供的动力。 【教师】完全正确！这就是最容易被误解的地方——“需要蛋白质”不等于“消耗能量”。请全班把这句话念一遍：协助扩散顺浓度梯度进行，需要转运蛋白，但不消耗能量。现在再往下挖一层：转运蛋白不是一个笼统的整体，它分为载体蛋白和通道蛋白两大类，请同学们看模型图说说它们各自的工作方式。 【学生】载体蛋白好像是先把分子抱住，然后自己变形，把分子从一侧送到另一侧；通道蛋白是中间有个洞，符合条件的分子直接穿过去。 【教师】这个“抱住”“变形”说得太形象了！准确地说：载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运都会发生自身构象的改变；通道蛋白则只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，转运过程中不与物质结合。请举例：葡萄糖进入红细胞属于哪一类？ 【学生】属于载体蛋白，因为要先结合再改变构象。 【教师】对，红细胞膜上的葡萄糖载体蛋白把血浆中的葡萄糖运进细胞内，这是一个经典的协助扩散实例。现在请大家做一个定量推理：假如细胞膜上葡萄糖载体的数量是固定的，我们不断升高细胞外的葡萄糖浓度，运输速率会怎样变化？ 【学生】一开始会越来越快，但是……所有载体都满了、都在忙的时候，再快不了了。 【教师】太好了，这就是“饱和现象”。请把它落到一张曲线图上：以膜两侧浓度差为横坐标、运输速率为纵坐标。自由扩散的曲线是过原点的一条直线，浓度差越大速率越快，永远不成稳；协助扩散的曲线起初上升，但到一定浓度差之后就趋于平缓，形成一段“平台”，这个平台的高低由什么决定？ 【学生】由膜上转运蛋白的数量决定，数量越多，平台越高。 【教师】完美。最后请把两条曲线放进同一幅图里比较，你会发现它们在起点处就已经有所不同：在低浓度差时，协助扩散的速率明显高于自由扩散。这个差异有什么生理意义？ 【学生】可以让细胞在物质浓度很低的时候，也能较快地吸收进来。 【教师】非常到位。现在我们正式给出本节的标题概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种运输方式统称为被动运输。自由扩散和协助扩散，就是被动运输的两张面孔。请把黑板上的这张三大维度比较表抄在书上。 【教学说明】教师板书三栏比较表（运输方向 / 转运蛋白 / 能量 / 实例 / 曲线特征），并同步画出过原点直线（自由扩散）与先升后平的曲线（协助扩散），标出“平台值由转运蛋白数量决定”的注记；同时布置即时小练：给出O2、CO2、葡萄糖入红细胞、水经水通道、K+经离子通道等五个实例，请学生快速判断运输方式。 环节六：高考真题演练——把图像读透、把实验说清（10分钟） 【教学说明】教师投屏本节配套的两道高考真题，要求学生先独立作答8分钟，再用抢答与互评的方式完成讲评。讲评时教师重点训练学生三件事：审图先看坐标轴含义、看曲线是否过原点、解释每一个拐点的生理原因。 【教师】第一题：如图表示两种物质跨膜运输的速率与膜两侧浓度差的关系，曲线甲过原点且呈直线，曲线乙起初快速上升随后趋于平缓。请回答三个问题：①甲、乙分别代表哪种运输方式？②曲线乙出现平台的直接原因是什么？③若某物质运输既符合乙的特征，又在加入呼吸抑制剂后速率不变，这说明了什么？ 【学生】①甲是自由扩散，乙是协助扩散；②转运蛋白的数量有限，全部投入工作后速率不再提高；③说明这个运输过程不消耗能量，属于被动运输。 【教师】满分！请大家特别注意第三问的思维含量：判断是否需要消耗能量的经典方法是“加呼吸抑制剂”或“降低温度”，如果速率不受影响，就说明不依赖细胞呼吸提供的能量，这就是排除主动运输的铁证。第二题是一道实验设计题：现有紫色洋葱鳞片叶、质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水、显微镜等器材，请设计方案估测洋葱表皮细胞液的浓度范围，并写出主要步骤与结果的处理方法。 【学生】可以配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，比如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL，分别做质壁分离实验，看细胞在哪些浓度里发生质壁分离、在哪些浓度里不发生。 【教师】思路完全正确，这是典型的“浓度梯度试探法”。请你把结果的处理说完整：假如在0.2 g/mL中不分离，在0.3 g/mL中刚好有半数细胞发生初始质壁分离，在0.4 g/mL中全部细胞明显分离，结论怎么写？ 【学生】细胞液浓度应该介于0.2 g/mL和0.3 g/mL之间，或者更接近0.3 g/mL。 【教师】严谨！我再追问一层，请你们为本实验补充两条必须遵守的无关变量控制要求。 【学生】（讨论后）要用同一部位、同一批洋葱的外表皮；每组装片的处理时间要相同；温度保持一致。 【教师】非常好。这就是单一变量原则的落地：自变量是蔗糖溶液的浓度，因变量是是否发生质壁分离以及分离的程度，其他诸如取材部位、处理时间、温度、光照都必须保持一致。请大家在答题时养成习惯：凡是实验题，先写变量控制，再写步骤，最后写结果与结论，这样得分点一个都不会漏。 【教学说明】教师在这一环节同步归纳本节的四类高频失分点：一是判断水分子移动方向时把“低浓度→高浓度”写成反；二是把“原生质层”写成“原生质体”或“原生质”；三是误认为协助扩散因需要蛋白质而消耗能量；四是实验题中漏写“自身前后对照”与“引流法”这两个关键术语。 环节七：课堂小结与知识结构化——把被动运输装进一张图（3分钟） 【教学说明】教师带领全班用思维导图的方式从中心词“被动运输”向外发散，学生在草稿纸上同步绘制，最后与教师投屏的完整树状图对照补缺。教师强调本节与上节“细胞膜的结构和功能”的内在联系。 【教师】请同学们放下笔，我们一起闭上眼睛把今天走的路回放一遍：从“糖拌西红柿”出发，我们建立了第一个模型——渗透作用，它有两个必要条件；接着我们把这个模型套到两个对象上，动物细胞和成熟植物细胞，得到了三组对应的形态表现；然后我们亲手做完了洋葱表皮的实验；最后我们打开一层微观的窗，看到了转运蛋白的两副面孔。请问：动物细胞和植物细胞在失水时最大的差别是什么？ 【学生】动物细胞失水皱缩但没有某种“分离”现象，因为它没有细胞壁；植物细胞会发生质壁分离。 【教师】说得非常清楚，请坐。这个差别的根源就在于细胞壁的有无——植物细胞多了全透性、伸缩性小的细胞壁，于是“吸水不会涨破、失水出现分离”。再问：被动运输里“被动”两个字，究竟是指什么“被动”？ 【学生】指它的动力来自被运输物质自身的浓度梯度，不需要细胞另外消耗能量。 【教师】这节课的最后一句总结，我请课代表来说。 【学生】细胞通过其结构与外界进行物质交换，被动运输是顺浓度梯度、不消耗能量的运输方式，包括自由扩散和协助扩散；水分子主要通过渗透作用进出细胞，成熟植物细胞因原生质层与细胞壁伸缩性不同，在外界溶液浓度较高时会发生质壁分离。 【教师】总结得非常完整。下节课我们要换成一张“逆行性”的地图：当细胞需要逆着浓度差搬运物质时，它必须付出什么样的代价？请大家课后先做一个猜想：小肠绒毛上皮细胞所处的肠腔里，葡萄糖浓度往往低于细胞内，可人还是要不断吸收葡萄糖，这件事到底是怎么做到的？带着这个问题预习第2节。 【教学说明】教师投影本节的知识点树状结构图，布置课后任务：①完善自己的本节思维导图，要求包含渗透作用、动植物细胞吸水失水、质壁分离实验、自由扩散、协助扩散五大板块，至少四层；②完成作业分层题；③有兴趣的同学可以在家重复今天的实验，材料换成红苋菜叶或黑藻，记录现象并与课堂观察比较，下节课用两分钟分享。 8. 高考真题赏析 （精选近5年高考真题，剖析命题规律，掌握解题方法） 真题1（2021年全国乙卷） 【题型】选择题 【考点】渗透作用的条件、质壁分离实验的材料与试剂选择、物质运输方式的判断 【题目】下列关于物质跨膜运输和植物细胞吸水、失水的叙述，正确的是： A. 只有活的成熟植物细胞才能发生渗透作用，动物细胞不能发生渗透作用 B. 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液中发生质壁分离后，滴加清水可发生质壁分离的复原 C. 用黑藻叶片观察细胞质壁分离时，叶绿体的存在使原生质层呈现绿色，有利于实验现象的观察 D. 水分子通过自由扩散进出细胞，葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞属于协助扩散，二者均需要消耗ATP 【答案】C 【解析】逐项分析如下。A项错误：渗透作用的发生只需要两个条件——存在半透膜、半透膜两侧存在浓度差，与细胞是否存活、是否有细胞壁无关。动物细胞的细胞膜相当于一层半透膜，细胞质与外界溶液之间存在浓度差时，同样会发生渗透作用，红细胞的吸水膨胀与失水皱缩就是典型证据；真正依赖“活细胞”的是能否发生质壁分离，因为死细胞的原生质层失去选择透过性。B项错误：0.5 g/mL的蔗糖溶液浓度过高，细胞会因急剧失水而死亡，死亡后原生质层变为全透性，滴加清水也不会发生质壁分离的复原，这正是教材强调必须选用适宜浓度（约0.3 g/mL）的原因。C项正确：黑藻叶片由单层细胞构成，其叶肉细胞含有大量绿色的叶绿体，分布于细胞质中，使原生质层整体呈现绿色，而细胞壁无色，因此原生质层与细胞壁分离时边界清晰、易于观察，是教材推荐的替代材料二。D项错误：水分子既可以通过自由扩散穿越磷脂双分子层，也可以更多地借助水通道蛋白以协助扩散的方式快速通过，两种方式都不消耗ATP；而葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞是逆浓度梯度进行的，属于主动运输，需要载体蛋白协助并消耗能量，这与葡萄糖进入红细胞的协助扩散不能混淆。 【命题规律】本题属“一题多点”的组合型选择题，是全国卷的高频样式，命题陷阱集中在四处：其一，把“能发生渗透作用”与“能发生质壁分离”混为一谈，前者只要有半透膜和浓度差，后者才要求细胞是活的成熟植物细胞；其二，试剂浓度失控导致细胞死亡而不复原，这是实验类选择题的经典设错点；其三，把“葡萄糖进入红细胞”（协助扩散）与“葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞”（主动运输）混编，要求学生把实例与方式牢牢绑定；其四，默认水只走自由扩散一条路，忽视水通道蛋白。备考策略是建立“实例—方式—是否需要能量”的三张卡片，逐项比对。 真题2（2022年湖南卷） 【题型】非选择题（实验设计与结果分析） 【考点】探究植物细胞吸水和失水的实验设计、自身前后对照、KNO3溶液的自动复原、实验结论的推导 【题目】某同学欲探究紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的吸水和失水，进行了如下实验。取同一洋葱同一部位的鳞片叶外表皮，制作若干临时装片，分别用质量浓度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL的蔗糖溶液处理，显微镜下观察是否发生质壁分离并记录发生初始分离的细胞比例；另取一组装片用适宜浓度的KNO3溶液处理，观察到细胞先发生质壁分离，一段时间后无须滴加清水即自动复原。 请回答： （1）本实验的自变量是什么？实验中为什么要求“同一洋葱同一部位”？ （2）本实验的对照类型是什么？请说明理由。 （3）若0.2 g/mL组未发生质壁分离，0.3 g/mL组约50%的细胞发生初始质壁分离，据此可得出什么结论？欲使结论更精确，还应采取什么措施？ （4）请解释KNO3溶液组出现“自动复原”现象的原因。 【答案】（1）自变量是蔗糖溶液的质量浓度。要求取自同一洋葱同一部位，是为了控制材料自身的差异（细胞液浓度、细胞生理状态等无关变量），保证实验结果只由自变量引起，符合单一变量原则。 （2）属于自身前后对照。同一批细胞在处理前（滴加蔗糖溶液前在清水中）的正常状态与处理后的状态进行比较，不需要另设对照组；不同浓度组之间也构成相互对照。 （3）该洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度介于0.2 g/mL与0.3 g/mL之间，且接近0.3 g/mL。欲使结论更精确，应在0.2 g/mL与0.3 g/mL之间再配制更细的浓度梯度（如0.22、0.24、0.26、0.28 g/mL）重复实验，直到找出刚好引起初始质壁分离的浓度（临界浓度）。 （4）K+和NO3-是植物细胞需要的矿质元素离子，细胞可通过主动运输的方式吸收它们。实验初期，外界KNO3溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水，发生质壁分离；随后细胞不断吸收K+和NO3-，使细胞液浓度逐渐升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞重新渗透吸水，于是不滴加清水也会自动发生质壁分离的复原。 【解析】第（1）问考查变量识别，凡实验题第一问几乎必考自变量、因变量与无关变量，答题时务必写清“谁引起谁”。第（2）问是本节实验最具特色的考点——“自身前后对照”：教材“探究植物细胞的吸水和失水”没有单独的对照组，而是同一装片在处理前后依次进行三次显微观察，第一次观察即为对照。许多学生习惯性答“空白对照”，会直接丢分。第（3）问考查由现象到结论的定量推导，关键术语是“介于二者之间”“再设更细的浓度梯度”，体现实验结论的相对性与可改进性；这里的临界浓度法本质是“半数细胞发生初始质壁分离”的判据。第（4）问是本专题的经典拉分题，答题必须包含三个得分点：先分离的原因是外界浓度大于细胞液浓度导致渗透失水、离子被主动吸收使细胞液浓度升高、细胞液浓度反超后细胞渗透吸水而自动复原；只答“细胞吸收了K+和NO3-”而不写出浓度反转的逻辑是不完整的。近五年该类试题还常把KNO3替换为尿素、甘油、乙二醇等可被细胞吸收的溶质，或反过来用不能透过的蔗糖作为对照，务必抓住“溶质能否被细胞吸收”这条主线。 【命题规律】新高考地方卷对物质跨膜运输的考查，已经从单纯的概念判断转向“实验结论的定量推导”与“异常现象的机制解释”。命题人最偏爱的三个抓手是：一是用浓度梯度系列取代单一浓度，看学生能否说出“细胞液浓度介于X与Y之间”；二是引入KNO3、尿素等可透性溶质制造自动复原，考查“先分离后复原”的动态过程表述；三是通过升降温度、加呼吸抑制剂或载体抑制剂等处理，考查是否消耗能量、是否需要转运蛋白。复习时应把“现象—机制—曲线”三者一一对应：凡是出现平台，先想转运蛋白数量；凡是加呼吸抑制剂后速率下降，先想能量供应；凡是自动复原，先想溶质被吸收。 九、本节课知识点树状结构图 （以下为本节课全部知识点的层级结构，帮助学生构建完整的知识网络） 第4章 第1节 被动运输 ├─ 一、水进出细胞的原理 │ ├─ 1. 渗透作用 │ │ ├─ 概念：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散 │ │ ├─ 发生条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧存在浓度差 │ │ ├─ 方向：单位体积水分子数多的一侧 → 水分子数少的一侧，即低浓度溶液 → 高浓度溶液 │ │ ├─ 实质：水分子的双向运动处于不均衡状态，表现为净移动；双向速率相等时为动态平衡 │ │ ├─ 演示模型：长颈漏斗 + 玻璃纸 + 蔗糖溶液 / 烧杯清水；液面上升至静水压抵消时停止 │ │ └─ 相关量：渗透压——溶液浓度越高，渗透压越大，吸水能力越强 │ ├─ 2. 动物细胞的吸水与失水 │ │ ├─ 结构基础：细胞膜相当于一层半透膜；细胞质具有一定浓度 │ │ ├─ 外界浓度 < 细胞质浓度：细胞吸水膨胀，甚至涨破（溶血） │ │ ├─ 外界浓度 = 细胞质浓度：水分进出达到动态平衡，形态不变 │ │ ├─ 外界浓度 > 细胞质浓度：细胞失水皱缩 │ │ ├─ 实例：0.9% NaCl为哺乳动物细胞的等渗溶液，临床输液用生理盐水或5%葡萄糖溶液 │ │ └─ 应用：哺乳动物成熟红细胞置于清水中吸水涨破可制备细胞膜 │ ├─ 3. 成熟植物细胞的结构与渗透系统 │ │ ├─ 细胞壁：纤维素和果胶，全透性，支持和保护，伸缩性较小 │ │ ├─ 原生质层 = 细胞膜 + 液泡膜 + 两层膜之间的细胞质，相当于一层半透膜 │ │ ├─ 细胞液：液泡内的液体，具有一定浓度；液泡占据成熟植物细胞大部分体积 │ │ ├─ 外界浓度 > 细胞液浓度：细胞渗透失水 │ │ └─ 外界浓度 < 细胞液浓度：细胞渗透吸水（不会涨破，受细胞壁限制） │ ├─ 4. 质壁分离与复原 │ │ ├─ 概念：原生质层与细胞壁分离的现象（及分离后的复原） │ │ ├─ 内因：原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性 │ │ ├─ 外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水 │ │ ├─ 表现：液泡体积变小、颜色变深；原生质层与细胞壁分离，常从细胞角隅开始 │ │ ├─ 复原条件：外界溶液浓度小于细胞液浓度；或细胞吸收溶质后自动复原 │ │ └─ 自动复原：KNO3、尿素、甘油等溶质可被细胞吸收，使细胞液浓度升高后重新吸水；蔗糖不能，故无自动复原 │ └─ 5. 探究·实践：探究植物细胞的吸水和失水 │ ├─ 材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮（液泡含花青素呈紫色，便于观察）；替代材料可用黑藻、藓类叶片 │ ├─ 试剂：质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液；浓度过高（如0.5 g/mL）会导致细胞死亡而不能复原 │ ├─ 方法：引流法——盖玻片一侧滴加溶液，另一侧用吸水纸吸引，重复2~3次 │ ├─ 三次观察：①正常状态（作为对照）②滴加蔗糖溶液后（质壁分离）③滴加清水后（复原） │ ├─ 对照类型：自身前后对照；不同浓度组之间亦可形成相互对照 │ ├─ 结论：成熟植物细胞能与外界溶液构成渗透系统；原生质层相当于一层半透膜；植物细胞因渗透作用吸水或失水 │ └─ 拓展应用：判断细胞死活、估测细胞液浓度范围、验证原生质层的选择透过性 ├─ 二、被动运输概述 │ ├─ 概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量 │ ├─ 动力：膜两侧的浓度梯度（化学势能） │ ├─ 两种类型：自由扩散（简单扩散）与协助扩散（易化扩散） │ └─ 体现细胞膜的生理特性：选择透过性 ├─ 三、自由扩散（简单扩散） │ ├─ 方向：顺浓度梯度（高浓度 → 低浓度） │ ├─ 条件：不需转运蛋白，不消耗能量 │ ├─ 机理：脂溶性小分子直接溶于磷脂双分子层的疏水区穿过；气体、水等小分子可由磷脂分子的运动间隙穿过 │ ├─ 实例：O2、CO2等气体；水；甘油、乙醇、苯；性激素、维生素D等脂溶性物质 │ ├─ 影响因素：膜两侧的浓度差、物质脂溶性与分子大小、膜面积、温度（影响分子运动速率与膜的流动性） │ └─ 曲线特征：运输速率与浓度差成正比，曲线为过原点的直线，无饱和现象 ├─ 四、协助扩散（易化扩散） │ ├─ 方向：顺浓度梯度（高浓度 → 低浓度） │ ├─ 条件：需要转运蛋白协助，不消耗能量 │ ├─ 实例：葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）；骨骼肌、神经细胞中葡萄糖的摄取；水经水通道蛋白快速通过；离子经离子通道顺梯度通过 │ ├─ 转运蛋白的类型 │ │ ├─ 载体蛋白：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过；转运时发生自身构象的改变；具有专一性 │ │ ├─ 通道蛋白：只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过；转运时不与物质结合 │ │ ├─ 典型通道蛋白：水通道蛋白（AQP1，阿格雷发现，2003年诺贝尔化学奖）、离子通道（K+、Na+、Ca2+通道） │ │ └─ 离子通道特点：通常情况下关闭，在特定条件下开启 │ ├─ 影响因素：膜两侧的浓度差、转运蛋白的数量与活性、温度 │ ├─ 饱和现象：浓度差增至一定程度后运输速率不再增加，原因是膜上转运蛋白数量有限 │ └─ 曲线特征：起始段快速上升，其后趋于平缓形成平台段；低浓度差时速率高于自由扩散 └─ 五、三种（含后续）运输方式的比较与易错辨析 ├─ 三要素判断法：①是否顺浓度梯度 ②是否需要转运蛋白 ③是否消耗能量 ├─ 易错点一：需要蛋白质不等于消耗能量，协助扩散虽需转运蛋白但不耗能 ├─ 易错点二：水分子主要以协助扩散方式经水通道蛋白进出，并非只能自由扩散 ├─ 易错点三：葡萄糖进入红细胞为协助扩散，进入小肠绒毛上皮细胞为主动运输，实例必须与方式绑定 ├─ 易错点四：发生渗透作用不一定发生质壁分离，后者只发生在活的成熟植物细胞中 └─ 实验判断范式：加呼吸抑制剂或降温后速率不变 → 不耗能；速率下降 → 耗能（主动运输） 十、板书设计 第1节 被动运输 1. 渗透作用：水分子（溶剂分子）通过半透膜的扩散；条件：①半透膜 ②膜两侧浓度差；方向：低浓度溶液 → 高浓度溶液 2. 细胞的吸水与失水：动物细胞——小于则吸水膨胀（或涨破）、等于则动态平衡、大于则失水皱缩；植物细胞——细胞壁全透且伸缩性小，原生质层（细胞膜+液泡膜+两层间的细胞质）相当于半透膜且伸缩性大 → 外界浓度大于细胞液浓度时发生质壁分离 3. 探究植物细胞的吸水和失水：紫色洋葱外表皮 + 0.3 g/mL蔗糖溶液 + 引流法 + 三次显微观察（自身前后对照）→ 结论：原生质层相当于一层半透膜 4. 被动运输：自由扩散（顺梯度、无蛋白、不耗能，如O2、CO2、甘油、乙醇）与协助扩散（顺梯度、需转运蛋白、不耗能，如葡萄糖入红细胞、水经水通道） 5. 转运蛋白：载体蛋白（结合后构象改变、专一、可饱和）与通道蛋白（按直径形状电荷筛选、不结合）；协助扩散存在饱和现象 十一、作业设计 （一）基础作业（必做，面向全体学生） 1. 1. 默写渗透作用的概念与发生的两个必要条件，并举例说明缺少任一条件时的实验现象。 1. 2. 列表比较哺乳动物红细胞在清水、0.9% NaCl溶液、10% NaCl溶液中的形态变化并说明原因。 1. 3. 写出原生质层的组成，说明它与细胞壁在透性和伸缩性上的两点差异。 1. 4. 写出自由扩散与协助扩散的概念，各举三个实例。 1. 5. 画出并标注“探究植物细胞的吸水和失水”实验的三次观察现象（要求画出液泡、原生质层、细胞壁的相对位置）。 （二）提升作业（选做，面向学有余力的学生） 1. 1. 为什么教材选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液而不是0.5 g/mL？请从细胞失水速率、细胞活性与实验完整性三个角度作答。 1. 2. 将紫色洋葱外表皮细胞先后置于0.3 g/mL蔗糖溶液和0.3 g/mL KNO3溶液中，两组的显微现象有何异同？请解释机制。 1. 3. 在坐标图中画出自由扩散与协助扩散的“运输速率—浓度差”曲线，并标出协助扩散平台点的生理含义；若某种处理使平台升高，请推测可能发生了什么变化。 1. 4. 有人主张“凡是顺浓度梯度的运输都不消耗能量”，请评价这一说法是否严谨，并举出反例或说明理由。 1. 5. 现有两份未知浓度的洋葱表皮细胞（甲、乙），请设计实验比较二者细胞液浓度的高低，写出自变量、因变量、无关变量的控制方法与预期结果。 （三）拓展作业（选做，面向兴趣浓厚的学生） 1. 1. 查阅资料，了解阿格雷发现水通道蛋白的实验过程，写一段300字左右的短文，谈谈技术进步与科学发现的关系。 1. 2. 在家用红苋菜叶片、紫皮萝卜或黑藻重复质壁分离实验，记录不同浓度食盐水下的现象，制作一张对比表，并思考：为何烹饪时先加水后加盐的蔬菜更容易入味？ 1. 3. 结合本节知识，解释农业生产中一次性施用化肥过多导致“烧苗”的原因，并提出两条科学的施肥建议。 1. 4. 有研究者测定某种水生根毛细胞的细胞液浓度约为0.15 g/mL，请预测将其置于海水（含盐量约3.5%）中的形态变化，并设计一个延缓该变化的方案。 十二、教学反思 【成功之处】 本课以“糖拌西红柿—盐水输液—海水灌溉”三个生活情境切入，学生对研究对象产生了强烈的好奇，导入环节的悬疑设计有效地制造了认知冲突，为后续“水往浓度高的地方跑”这一反直觉结论的接受铺设了心理台阶。演示装置的实时投屏非常成功：红墨水液面在三分钟内上升约两厘米的变化肉眼可见，学生自发地惊呼，把抽象的渗透作用转化成了可信的物理事实，这是本节第一课时的第一个高潮。实验环节学生在三人一组中分工操作，绝大多数小组都成功观察到了完整的质壁分离与复原过程，尤其是有小组主动报告了“先从细胞角上分开”的细节，说明显微观察的训练落到了实处。第三，在协助扩散的教学中引入科研史料，让学生看到“通道蛋白”并不是天生写在教材上的结论，而是经由实验证据逐步确立的，较好地体现了科学本质教育的意图。总体而言，虽然把学生抽象模型的建构过程放在课堂前半段占去了较多时间，但借助演示实验与多层追问的夹带推进，仍在计划课时内完成了核心内容的讲授，知识与素养两条主线基本实现了同频。 【不足之处】 （1）部分学生在判断“水分子移动方向”时仍反复出错，虽经三组即时纠错，但从随堂练习的统计看，错误率仍在两成左右，说明我的语言所作的类比还不够贴近他们的直觉经验，需要在下一轮教学中设计更有冲击力的类比；（2）实验环节的时间把控偏紧，由于制片质量参差不齐，个别小组在开始第二次观察时还未找到清晰视野，导致第三次观察被迫压缩，学生对“复原”这一半程现象的体验不够充分；（3）在协助扩散与主动运输的边界问题上，我未能提供足够的对照实例，导致部分学生在随堂练习中把“葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞”误判为协助扩散，这与下一节的内容存在先期混淆；（4）课堂提问的覆盖面尚有死角，抢答环节被少数活跃学生主导，沉默学生是否真正理解缺少过程性证据。 【改进措施】 （1）下一轮在类比设计上改用“两个大小不同、人数不同的房间”这一更强的具象模型，并让学生亲自用棋子两侧投掷模拟单位时间的双向通过数，用数字说话替代口头解释，把“净移动”从教师的讲授转变成学生的操作经验；（2）将实验改为提前准备好示范装片，由教师在讲台的摄像显微镜上调好焦距投屏，确保每位学生在操作时都能立刻找到参照，同时将制片时间压缩到五分钟以内，把更多时间留给第三现象；（3）在本节末尾增加一个“预告性反例”：以小肠吸收葡萄糖为例，用一句“当肠腔中的葡萄糖浓度低于细胞内时，人却还在吸收”制造悬念，明确把问题交由下一节解决，既衔接又不混淆；（4）引入“随机抽签 + 小组合议后作答”的提问机制，把每位学生的回答纳入过程性评价，并设计两张 exit ticket 小卡，用于检测本节两类核心判断（水的流向、是否耗能）的掌握率，为课后精准补教提供依据。 学科网（北京）股份有限公司 $