視頻標簽：植物細胞,吸水和失水

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視頻課題：福建省高中生物優質課比賽《探究植物細胞的吸水和失水》福州

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福建省高中生物優質課比賽《探究植物細胞的吸水和失水》福州第四十中學 林榮榕

探究“植物細胞的吸水和失水”
一、教材分析
1、教材地位和作用
人教版高中《生物•分子與細胞(必修1)》的探究植物細胞吸水和失水的實驗，是倡導探究性學習、發展學生核心素養的良好素材。本實驗以植物細胞的吸水和失水為知識點進行探究，重在讓學生通過探究活動發現原生質層是否相當于一層半透膜，以及水分子進出細胞的條件等問題。探究植物細胞的吸水和失水實驗重在做好引導，學生能夠提出問題，作出假設，體驗實驗的科學方法和理性思維過程。
2、教學目標
（1）知識目標：
①學生通過探究實驗，能理解植物細胞的原生質層相當于一層半透膜；并能說出在什么情況下植物細胞吸水和失水。
②學生理解植物細胞發生吸水和失水的原理和條件。
（2）能力目標：
①學生獲得植物生命活動需要水這個生命觀，以及植物細胞吸水和失水與其結構密切相關的結構與功能相適應的生物學觀點。
②學生掌握基本的科學方法，具有批判性思維品質；能提出科學問題，尋求證據、合理解釋；在探究過程中能與人良好地合作交流。
（3）情感、態度和價值觀目標：
①學生在實驗操作和現象分析中具有尊重事實的科學態度和理性質疑的科學精神，理解科學的本質。
②學生在對農作物澆水和施肥的實際例子中體現出愿意并能在社會生活中運用所掌握的知識、方法解釋生命現象，做出合理的決策，關注生物學與社會的關系。
 3、重點難點
（1）重點：
①教師通過幫助學生嘗試提出問題，作出假設等，體驗科學探究的過程。
②教師引導學生自主設計實驗方案，并進行小組間的合作與交流。
（2）難點：
①學生如何提出問題和作出假設。
②學生如何進行有效的小組合作學習并進行交流。
二、學情分析
      高二學生已經學習了滲透作用的條件和原理等相關的理論知識，并能分析動物細胞吸水和失水的情況。在日常生活經驗（例如：農業生產中植物的“燒苗”現象等）已獲得了一些直觀的認識，但對植物細胞吸水和失水的基本原理、所需要的條件，缺乏感性認識。學生的動手操作能力較差，探究創新和設計實驗能力較為薄弱。通過本節課引導學生探究實驗，讓學生在觀察教師演示實驗和教師引導下的探究實驗，嘗試提高創新設計實驗的能力和發展學生的核心素養。
三、教學方法
 為了讓學生通過在教師引導下的探究活動，自主發現原生質層是否相當于一層半透膜，以及水分子進出細胞的條件等問題，采用了以下方法：
     ①層進設問法：通過設問題串，例如：植物細胞是否具有滲透吸水和失水的條件？植物細胞的吸水和失水與動物細胞有何不同？這個過程我們應該看細胞什么的結構變化？等等，步步引導組織學生動手做探究實驗，提高學生實際動手能力，并讓學生掌握探究實驗的基本過程。
     ②類比推理教學法：讓學生通過滲透裝置和動物細胞吸水和失水的情況來類比推理如何讓細胞處于失水狀態，讓學生了解所用教材的作用并會應用。
     ③自主合作探究法 ：四個人為一組進行合作學習，共同分享實驗現象和分析，把滲透作用的原理這個難點直接感知，突破此難點。使學生的形象思維和抽象思維相結合，形成深刻的印象。
注重培養學生獨立觀察、發現問題、探索交流的能力。多鼓勵學生相互討論，取長補短，并進行歸納總結，充分發揮學生的智慧。
四、學法指導
在學法上，從學生的心理、知識障礙和興趣上進行分析并采用以下方法：
①動手實踐法：看不如說，說不如做，自己操作，才知道問題在哪里，才去想怎樣才能達到預期效果。 
②觀察法：讓學生仔細觀察實驗結果。
 ③交流學習法：通過合作學習小組的形式展開交流，鍛煉學生的語言表達能力和自信心，把成功分享給大家，激發學生探究創新的動力和學習的興趣。
五、設計思路
本節課是人教版高中生物必修一《物質跨膜運輸的實例》中的探究實驗，也是必修部分第一個探究實驗。本實驗以植物細胞的吸水和失水為知識點進行探究，重在讓學生通過探究活動發現原生質層是否相當于一層半透膜，以及水分子進出細胞的條件等問題。探究植物細胞的吸水和失水實驗重在做好引導，要求學生能夠提出問題，作出假設，體驗實驗的科學方法和思維過程。本節課的創新點在于：通過在白蘿卜條的吸水和失水的演示實驗中，學生形成植物細胞的生命活動需要水分的基本生命觀；在探究植物細胞需要具備的滲透作用的條件才能吸水和失水的過程中，學生認識到植物細胞的吸水和失水的功能與其細胞結構中的原生質層等結構相適應的觀點；在探究植物細胞中原生質層是否能充當半透膜的實驗設計過程中，學生掌握科學探究的一般步驟，從提出問題，作出假設，設計實驗，進行實驗，分析結果，表達與交流的一般步驟中體會科學探究中蘊含的理性思維。在從對農作物施肥的過程中提出對植物細胞細胞液濃度的范圍再探究中，通過小組合作學習，共同研究探究方案。
六、教學過程
（一）【情境創設】
教師引導：前面我們以哺乳動物成熟的紅細胞為例，學習了動物細胞的吸水和失水，我們知道這是水分子發生的什么作用？那么植物細胞會不會發生吸水和失水呢？
學生回答：這是水分子的滲透作用。猜測：植物細胞會發生吸水和失水。
（二）【演示實驗】
1、“白蘿卜條滲透吸水和失水”演示實驗步驟：
（1）教師：事先用相同孔徑的打孔器制出大小相同的白蘿卜條。提問：用相同孔徑的打孔器的目的？白蘿卜條演示的是植物細胞的什么過程？
學生回答：得到的白蘿卜條直徑體積大小相同。白蘿卜條的吸水和失水。
（2）教師：將白蘿卜條分別放入等量的水和濃度分別為0.1g/mL 、0.2g/mL 、0.3g/mL的蔗糖溶液中。
教師引導學生回顧：哺乳動物成熟的紅細胞吸水和失水情況。
     學生分析：動物細胞中（1）外界溶液濃度< 細胞質濃度，細胞吸水，膨脹。
（2）外界溶液濃度> 細胞質濃度，細胞失水，皺縮。
教師引導學生預測實驗現象：

溶液	現象
清水	吸水膨脹
0.1g/mL的蔗糖溶液	輕微失水皺縮
0.2g/mL的蔗糖溶液	失水皺縮
0.3g/mL的蔗糖溶液	失水皺縮最明顯

（3）等待5min后觀察實驗現象。等待的5min里對演示實驗進行分析和現象預測。
教師引導：觀察現象，引導學生如何判斷白蘿卜條大小的變化？
學生回答：用同一個打孔器制出的白蘿卜條進行對照；由于白蘿卜條直徑與打孔器的口徑相同，可以以是否能重新放回打孔器來判斷。
（4）5min后分別取出白蘿卜條，放回打孔器。學生觀察回答：

白蘿卜條變化	水	0.1g/mL蔗糖	0.2g/mL蔗糖	0.3g/mL蔗糖
能否放回打孔器	不能	較容易	容易	很容易
體積大小變化	變大	變小	變小	變小

2、得出結論：在原生質層作為半透膜的前提下，原生質層兩側具有濃度差，植物細胞在水中發生吸水，在蔗糖溶液中發生失水，失水情況取決于濃度差。
設計意圖：引導學生設置對照實驗，并讓學生有濃度梯度的意識，為后面探究實驗的設計提供思路。
（三）【探究實驗】
1、 教師引導學生回顧白蘿卜條的演示實驗并設疑：（1）植物細胞是否具有滲透吸水和失水的條件？（2）植物細胞的吸水和失水與動物細胞有何不同？
學生分析：滲透作用發生的條件（1）具有半透膜；（2）半透膜兩側的溶液具有濃度差。以動物細胞的吸水和失水的例子類比推理： 動物細胞中半透膜是細胞膜。植物細胞中的半透膜可能是細胞內外溶液之間的某個結構。成熟的植物細胞有大液泡，細胞內的液體主要指液泡內的細胞液，植物細胞有細胞壁。
2、教師展示：植物細胞的結構及原生質層與細胞壁的位置。
   學生分析：由于細胞壁是全透性的，于是推測原生質層相當于半透膜。植物細胞要發生滲透作用，需要設置與細胞液濃度不同的外界溶液，外界溶液最低的是清水，其他外界溶液可以用白蘿卜條演示實驗中已經配置好的三種濃度梯度的蔗糖溶液。
3、教師引導：植物細胞可以發生吸水和吸水，但原生質層到底是不是半透膜呢？植物細胞的吸水和失水情況與動物細胞有沒有區別呢？我們還要設計其他實驗進行探究，這個作為討論題，合作學習小組進行討論。教師引導學生按照探究實驗的一般步驟進行探究并提供實驗材料。
   學生進行探究實驗：
（1）提出問題：植物細胞中什么結構作為半透膜？
（2）作出假設：原生質層相當于半透膜。
（3）設計實驗：按照四人一組的合作學習小組開展對實驗探究的討論：分別將黑藻細胞制作成臨時裝片，分別浸潤在清水、0.1g/mL的蔗糖溶液、0.2g/mL的蔗糖溶液、0.3g/mL的蔗糖溶液中，比較現象。
（4）進行實驗：四人一組的合作學習小組形式，制作臨時裝片，每人一個濃度，顯微鏡觀察。教師用手機拍照記錄下學生的顯微鏡先的裝片，并連接電腦將照片展示給全班。
（5）觀察結果：

黑藻細胞裝片	水	0.1g/mL蔗糖	0.2g/mL蔗糖	0.3g/mL蔗糖
中央液泡大小	變大	輕微變小	變小	變小明顯
原生質層的位置	緊貼細胞壁	原生質層脫離細胞壁（輕微）	原生質層脫離細胞壁	原生質層脫離細胞壁（明顯）
細胞大小	基本不變	基本不變	基本不變	基本不變
學生顯微鏡觀察臨時裝片的照片

（6）得出結論：原生質層相當于半透膜。
（7）表達與交流：植物細胞細胞壁位置基本不變，說明細胞壁伸縮性小。
①外界溶液濃度< 細胞液濃度，細胞吸水。
②外界溶液濃度> 細胞液濃度，細胞失水，質壁分離。
教師引導：若將已經發生質壁分離的植物細胞重新浸潤在清水中，將會發生什么現象？
學生分析：外界溶液濃度< 細胞液濃度，細胞吸水，質壁分離的復原。
      教師播放FLASH動畫：植物細胞的質壁分離及復原。
      學生通過動畫播放，鞏固知識點并得出結論：成熟的植物細胞就是一個滲透系統。
（四）教師引導學生歸納
科學探究的一般步驟
1、提出問題
2、作出假設（根據理論及實踐經驗進行有依據的假設）
3、設計實驗（設計方案、預期結果…）
4、進行實驗（按預定方案進行實驗）
5、分析結果（分析實驗結果，得出結論……）
6、表達與交流（總結，寫實驗報告并適當交流）
（五）聯系實際再探究
教師聯系實際，展示農作物澆水和施肥的例子，提出對農作物進行澆水和施肥時的注意事項，特別是施肥的濃度如果過高，農作物將會滲透失水過多而出現“燒苗”現象。
學生引發思考：施肥溶液相當于外界溶液，施肥的濃度取決于它與植物細胞的細胞液濃度的濃度差。
教師提出再探究問題：植物細胞的細胞液濃度如何測定出范圍？
學生合作學習討論：合作學習小組代表表述探究實驗方案
參考方案：
（1）實驗原理：水分的滲透作用
（2）方法步驟：
    ①配制蔗糖溶液：配制一系列梯度濃度的蔗糖溶液；
    ②制作裝片：分別用上述濃度的蔗糖溶液制成洋蔥表皮細胞裝片；
    ③觀察裝片：用顯微鏡按蔗糖溶液的濃度梯度逐個觀察裝片；
    ④結論：該洋蔥表皮細胞的細胞液的濃度是介于能引起與不能引起細胞質壁分離的兩種相鄰濃度溶液的濃度之間。
（六）大家談談這節課的收獲
1、學生談感受：
   2、教師談感受，并總結本節課的收獲，發展學生的核心素養。
（1）植物生命活動需要水，通過滲透作用吸水和失水。
（2）通過小組合作學習，共同研究探究方案。
（3）通過探究實驗，掌握科學探究的一般步驟。
七、教學反思
本節課的創新點在于：通過在白蘿卜條的吸水和失水的演示實驗中，學生形成植物細胞的生命活動需要水分的基本生命觀；在探究植物細胞需要具備的滲透作用的條件才能吸水和失水的過程中，學生認識到植物細胞的吸水和失水的功能與其細胞結構中的原生質層等結構相適應的觀點；在探究植物細胞中原生質層是否能充當半透膜的實驗設計過程中，學生掌握科學探究的一般步驟，從提出問題，作出假設，設計實驗，進行實驗，分析結果，表達與交流的一般步驟中體會科學探究中蘊含的理性思維。在從對農作物施肥的過程中提出對植物細胞細胞液濃度的范圍再探究中，通過小組合作學習，共同研究探究方案。
探究實驗的目的并不在于學生得到完全一致的結果，而重在使學生真正參與探究過程，在實驗中獲得具體的經驗體會，培養學生科學的探究方法、嚴謹的科學態度，讓他們的創新意識得到充分發揮，激發學生的探究欲望和學習興趣，讓學生受益終身。依據新課程理念，面向全體學生，倡導探究性學習，使學生成為積極的探索者,而不是消極的接受者,充分體現學生是學習的主體。同時，學生在探究活動中感受到成功帶來的喜悅，增進了同學間的合作精神, 在探究過程中，學生獲得了生命觀與生物學觀點、探究興趣與能力、科學態度與精神、實踐意愿與行動等方面的核心素養達成。
探究“植物細胞的吸水和失水”導學案
班級：             姓名：
探究實驗步驟：

• 提出問題：

 

• 作出假設：

• 設計實驗：

• 進行實驗：
• 分析結果：

• 表達與交流：

 

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