1、第4章 细胞的物质输入和输出章节规划本章和第5章的内容都属于细胞的功能。任何一个生命系统都是开放的系统，都与外界有物质的交换，即物质的输入和输出。而物质进出的大门是细胞膜，所以本章与细胞膜有重要关系。前面第2章已经介绍了细胞膜的化学组成和细胞膜在细胞识别和信息传递上的功能。本章着重介绍细胞膜作为细胞大门在控制物质进出中发挥的作用。第1节主要通过以水和无机盐的跨膜运输为实例，说明细胞膜是选择透过性膜。为什么能实现选择透过性？功能与结构有关，于是第2节内容着重介绍细胞膜的结构。那不同的物质是如何进出细胞膜的呢？在第3节则主要探讨了物质进出细胞的不同方式。三节内容之间存在内在的联系。本章的知识结构体
2、系：1.物质的跨膜运输实例（1）水分的输入和输出：质壁分离与复原的条件、现象、原理、结论（2）无机盐等其他物质跨膜运输的特点（3）选择透过性膜的概念2.生物膜的流动镶嵌模型（1）对生物膜结构的探索历程（2）流动镶嵌模型的基本内容3.物质跨膜运输的方式（1）离子和小分子的跨膜运输方式：被动运输（自由扩散、协助扩散）和主动运输（2）大分子的跨膜运输方式：胞吞和胞吐本章中所含的重要的教学价值：通过对植物细胞失水和吸水的实验，培养学生学会探究问题的一般方法和步骤；通过对生物膜的探索历程的分析，让学生体验人们认识自然世界的一般规律，人们在实验的基础上提出假说，又通过进一步的实验来修正假说，其中方法和技术
3、的进步起关键的作用；通过数学坐标图来表达3种跨膜运输方式的一些规律和特征，培养学生对图表数据的解读能力。本章中物质跨膜运输的实例可用2课时教学，1个课时结合对植物细胞失水和吸水的实验的设计分析，突出教会学生探究问题的一般方法，1个课时用来完成实验并分析结论，突出实验操作的教学。生物膜的流动镶嵌模型可用1课时，突出生物学史的教学。物质跨膜运输的方式可用1课时，突出比较的方法和对坐标图表的分析。分离开来的原生质层最外面的是细胞膜。第1节 物质跨膜运输的实例从容说课本节利用一些具体例子和资料，介绍了两方面的内容：1.水分子是顺着相对含量的梯度跨膜运输的。2.一些离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的
4、梯度来进行的，最后总结出细胞膜是选择透过性膜。实例主要突出的是水的跨膜运输方式渗透。要让学生明确这几个问题：扩散与渗透的区别；原生质层与原生质的区别；细胞与渗透装置的共同之处（一个成熟的细胞就是一个渗透系统）；半透膜与选择透过性膜的区别和联系；细胞在什么情况下吸水和失水。本节实验是一个“探究实验”，这也是学生高中阶段第一次接触“探究实验”，要逐步教会学生进行探究的基本方法和步骤。虽然实验本身很简单，关键是要引导学生如何从生活现象中发现问题，提出有价值的问题，引导学生学会如何分析问题作出假设，并根据所做的假设来设计实验，考虑实验操作的具体细节（材料、用具、试剂的选择，操作步骤，结果预期，设计记录
5、表格等），这才是最重要的。本节可以分2课时进行，第一课时着重介绍探究实验的一般方法和步骤，第二课时则进行实验，分析实验结果，得出结论。结合对实验的分析来介绍渗透装置和渗透作用，指出一个成熟的细胞就是一个渗透装置，最后通过书本中的资料分析得出：（1）离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度来进行的；（2）细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。三维目标1.知识与技能（1）说出细胞在什么情况下吸水和失水。（2）举例说明细胞膜是选择透过性膜。（3）熟练制作临时装片和操作显微镜观察。2.过程与方法（1）尝试从生活现象中提出问题，作出假设。（2）学习进行探究问题的一般方法和步骤。 3.情感态度与价值观
6、（1）参与课堂讨论与交流。（2）养成良好的实验习惯，如及时清洗和摆放实验用具，爱护实验室卫生等。教学重点1.如何进行探究实验，其基本方法和一般过程。2.渗透作用；细胞是一个渗透系统。3.细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。教学难点1.如何发现问题和提出问题。2.如何设计实验过程（材料、实验用具、试剂的选择，实验结果的预测，操作的细节）。3.细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。教具准备1.渗透演示实验。2.萝卜条吸水和失水的演示实验。3.渗透原理的多媒体演示课件。课时安排2课时第一课时 探究细胞的吸水与失水教学过程课前准备课前老师准备好萝卜条吸水和失水的演示实验，取三块形状大小相同的萝卜
7、条，一块置于盛有清水的烧杯中，一块置于盛有盐水的烧杯中，一块用培养皿盛放以作对照。此实验一般需要半小时就可以有明显的结果。情境创设今天我们开始学习第4章细胞的物质输入和输出，无论是从个体层次还是细胞层次来看，生命系统并不是一个孤立封闭的系统，它要不断与外界发生物质和能量的交换，包括从外界摄入物质（如我们吸入氧气、吃饭等），同时也包括及时地把代谢产生的废物排出体外（如呼出二氧化碳，排尿，出汗等）。那么这一章我们着重探讨在细胞层次上物质是如何输入和输出的。首先我们来看这样几个生活中的例子：（1）你吃比较咸的食物时，例如腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？为什么？学生：会
8、有干燥难受的感觉，因为口腔和唇的细胞失去水分，即水分的输出。（2）当你把白菜剁碎准备做馅时，常常要放一些盐，过一段时间后就可见有水分渗出，这些水分是从哪里来的？学生：菜馅细胞失去的水分，即水分的输出。（3）蔫了的青菜叶放入清水中浸泡一段时间后，会有什么变化？学生：菜叶又重新变得硬挺起来了，叶面伸展，即水分的输入。（4）老师展示课前准备好的萝卜条失水和吸水的实验，介绍实验过程，展示实验结果。问：两个烧杯中的萝卜条为什么会出现明显的不同呢？学生：清水中的萝卜条吸水，即水分的输入；盐水中的萝卜条失水，即水分的输出。（5）你还能想到哪些类似的例子呢？师生互动1.提出问题教师：结合上面这些例子，特别是萝
9、卜条吸水和失水的这个演示实验，如果深入思考的话，你可以提出什么问题？将问题写下来。学生：细胞会失水吗？（渗出的水是细胞内的水还是间隙的水）细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水呢？水分是如何进出细胞的？教师：大家一起来讨论一下提的问题哪些是有价值的，值得探究的？学生：和两个问题提得好，可以探究。教师：我们要学会善于从生活中的现象中发现新的问题，提出问题。许多科学家发现也就是在平时看似习以为常的现象或者一些偶然巧合的现象中提出来的，例如牛顿就从苹果掉下来的现象中提出地球引力的问题；细菌学家弗莱明从一个长了青霉的细菌培养皿中提出青霉的分泌物是否具有抑制葡萄球菌生活的作用，从而提取出青霉素的。当然
10、这要求我们要有敏锐的观察能力和敏捷的思维。爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题比解决一个问题更重要。”可以说“提出问题的能力”是人们素质的一个重要组成部分,是创造发明的源泉之一。好，提出了一个有价值的问题以后，我们如何去研究它呢？这节课我主要是告诉大家探究问题的一般方法和步骤。2.作出假设当一个问题提出来后，首先我们要对现象进行分析，结合已有的知识（必要时还要查找一些资料）和生活经验，对提出的问题作出一个尝试性的回答。我们叫“作出假设”。比如我们研究“细胞在什么情况下会失水，什么情况下会吸水呢”，综合分析以上几个例子嗑瓜子引起口干，菜馅渗出水，还有盐水中的萝卜条失水，它们的共同点是细胞外有一定的盐
11、分，所以可以推理“是不是当细胞外界溶液的浓度过大或者说大于细胞内的浓度时，细胞会失水呢？反之如果细胞外溶液低于细胞内溶液的浓度时细胞则会吸水”，作出了一个假设。那作出的假设正确与否呢？就需要通过实验来验证，那么接下来我们就要设计一个实验，创造我们假设中所提出的条件，来检测细胞是否发生失水或吸水。3.设计实验教师：那这个实验的设计上我们需要考虑哪些细节呢？首先我们要考虑“选择怎样的细胞材料来进行实验”，脱开书本，假如你是第一次碰到这样的问题，你会考虑选择怎样的材料呢？学生：树叶；菜叶；血细胞；花瓣。教师：大家可以打开思维来想，刚才你们提的材料很好，都可以用来尝试，或许这些材料都能成功，但也可能一
12、些材料不能助你成功。同时你们也想一想这个实验要用到哪些工具，你如何判断细胞失水了还是没有失水？学生：用显微镜观察。教师：很好，当你选用了显微镜以后，你的选材就应注意要尽可能选容易做成装片的，在显微镜下容易观察到的（如细胞比较大，或细胞有颜色等，如果没有颜色，能不能染色？染色要注意什么）。比如洋葱表皮细胞有紫色，也很好撕取做成装片，就可以考虑，那大家还能不能想到其他什么好材料呢？学生：水绵，水绵是绿色的，水绵是单层细胞。那葫芦藓也可以，它的叶是一层细胞的。美人蕉的花瓣表皮细胞中液泡颜色呈现鲜红色。紫鸭跖草表皮容易撕取，紫色液泡大而明显，很容易找到。教师：大家的思路开始打开了，想得很好，那究竟这些
13、材料好不好，大家也可以做为一个课题来研究，多选几种材料都试试，进行比较。好，那接下来我们还要考虑选用怎样的试剂好呢？学生：盐水。教师：还有没有其他的呢？学生：糖水；醋酸；海水。教师：想得很好，这里我们同样也考虑这些问题，我们选的试剂会不会对细胞有伤害？能否保证细胞是活的？如醋酸就可能对细胞产生伤害；试剂的浓度我们最好是能控制的，海水的浓度我们不好控制。还有试剂要是容易获得的。所以这里大家提的盐水和糖水是比较好的。材料、用具、试剂都选好了，接下来我们要考虑整个实验具体的操作步骤该如何。是先把洋葱泡在盐水中，10分钟后取出做成装片，显微镜下检测；还是先做好装片，再想办法往里加入试剂呢？学生：先做装
14、片再加试剂好，这样可以在显微镜下监控细胞失水的变化过程。教师：很好，现在我们还有一个重要的问题，那就是要预期一下实验结果，加了高浓度糖水后细胞会发生怎样的变化呢？学生：细胞会缩小。图4111.正常细胞 2、3.发生了质壁分离的细胞教师：对，细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层（包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质。注意：原生质层和原生质两个概念是不同的，原生质则指细胞内的生命物质，整个动物细胞都是一团原生质，而植物细胞除细胞壁外的其他所有物质是一团原生质）比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质就会与细胞壁分离开来，也就发生质壁分离。所以观察到质壁分
15、离可以作为细胞失水的表现。预测了实验结果后，我们可以设计一个表格来记录实验结果。这个实验中的表格就比较简单了。中央液泡的大小原生质层的位置细胞大小0.3 g/mL蔗糖溶液清水4.开展实验好，当所有这些实验的细节都考虑清楚了以后，我们就可以开始实验了，下节课我们就到实验室完成这个探究实验。5.记录结果6.分析结果，得出结论做完实验后，我们要对实验结果进行分析，实验结果是否与预期相吻合？是否支持了我们最初的假设？当实验结果与预期不符时，我们要多思考，也不要急于认定假设不成立，要考虑会不会是因为实验操作的不正确导致不能达到预期结果的？会不会有什么干扰因素呢？例如这个实验中，如果开始使用了0.8 g/
16、mL的蔗糖溶液，很快就观察到了质壁分离，但后来加清水怎么也不能使细胞发生质壁分离复原，能否断定当外界浓度低的时候细胞不能吸水呢？学生：不能。教师：那为什么会出现与预期不符的结果呢？就要多思考了，有没有谁能想到呢？学生：会不会因为蔗糖浓度过高了，导致细胞失水过快而死亡了。教师：很好，回答得很正确。所以无论实验成功也好，失败也好，都要认真分析。如果确实找不到实验设计上的原因也找不到实验操作上的原因，始终也未能得到预期的结果，这就要认定假设是错的了。这时又要重新回头做新的假设，然后设计别的实验了。失败不要紧，很多伟大的发现都不可能一次就成功的，都是要经过多次，有的甚至千百次的失败后才成功的。失败是成
17、功之母嘛。教师精讲进行科学探究的方式是多种多样的。一般来说，其基本过程具有六个要素：提出科学问题；进行猜想和假设；制定计划，设计实验；观察与实验，获取事实与证据；检验与评价；表达与交流。某些探究过程只包含其中的几个要素，而且也不一定按上面呈现的顺序进行。我们进行科学探究主要是领悟科学探究的思想，培养自己进行科学探究所需要的能力，增进对科学探究方法与过程的理解。科学探究能力是通过完成部分探究活动和完整的探究活动而形成和发展的。评价反馈1.精选练习（1）酵母菌培养基中，常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抵制了微生物的生长，原因是A.改变了酵母菌的pHB.碳源太丰富C.细胞失水影响其
18、生活D.葡萄糖不是酵母菌的原料（2）当把紫色的洋葱鳞片叶的表皮置于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中后，原生质层和细胞壁之间将A.紧紧靠在一起B.充满细胞液C.充满蔗糖溶液D.充满清水答案：（1）C （2）C课堂小结我们这节课就到这里，主要是告诉大家探究的一般方法和基本的步骤：提出问题作出假设设计实验开展实验记录结果分析结果，得出结论表达与交流。下节课我们就到实验室来完成这个实验。布置作业课后完善本实验的设计，理顺操作步骤，预期实验结果并思考：1.假如细胞壁相当于一层半透膜，实验结果会有什么不同？2.如果没有细胞壁，实验结果会有什么不同？课后拓展请根据下述条件设计一个实验，鉴别两种不同浓度
19、的蔗糖溶液，写出实验步骤并分析结果：一瓶10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250 mL烧杯1只、半透膜制成的透析袋子只、有刻度玻璃管1支、细线1根、支架1个。提示：此题主要考查设计实验的能力。设计实验的目的（提出问题）：鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液。设计实验依据的原理：渗透作用原理。实验材料和用品的选择：制作一个渗透装置和进行渗透作用测量的材料、用品。合理安排实验步骤参见下面的答案。对实验结果的预测和分析参见下面答案。得出科学的结论：明确实验目的实验依据的原理实验材料和用品的选择合理安排实验的步骤对实验结果的预测和分析得出科学的结论，这是设计实验的基本思路和程序。（1）实验步骤将一瓶中的蔗糖溶液倒入烧杯中。将另一瓶中的蔗糖溶液装满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用线将袋口和玻璃管扎紧。将插有刻度玻璃管的透析袋放入盛有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录刻度玻璃管液面刻度。一段时间后，观察玻璃管液面刻度，确定液面是升还是降。（2）结果分析如液面升高，则透析袋中的溶液是0.3 g/mL的蔗糖溶液，烧杯中的溶液为0.1 g/mL的蔗糖溶液。反之，可推测透析袋中是0.1 g/mL的蔗糖溶液，烧杯中的溶液为0.3 g/mL的蔗糖溶液。板书设计第4章 细胞的物质输入和输出第1节 物质跨膜运输的实例第一课时 探究细胞的吸水与失水
