生物必修1《分子与细胞》被动运输教学设计

这是一份生物必修1《分子与细胞》被动运输教学设计，共14页。教案主要包含了水进出细胞的原理，自由扩散和协助扩散等内容，欢迎下载使用。
课题
4.1被动运输
单元
必修1
学科
生物
年级
高中
教学
目标
生命观念：说出细胞在什么情况下吸水和失水，形成细胞膜和其他生物膜是一种选择透过性膜，结构与功能相适应的生命观念。
科学思维：对渗透作用现象进行分析与综合，理解渗透作用的原理，举例说明细胞膜是选择透过性膜，理解并运用被动运输的方式。
社会责任：盐碱地等环境需要我们培育适应不同环境的作物，依据渗透作用原理进行反渗透型海水淡化，学生形成学好知识用于指导生产实践、改善生活的社会责任感。
重点
1.举例说明细胞膜是选择透过性膜。
2.被动运输的方式。
难点
说出细胞在什么情况下吸水和失水。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
在第3章学习了细胞的基本结构。细胞作为基本的生命系统，具有系统的一般特征：有边界、有系统内各组分的分工合作，有控制中心起调控作用。同时，细胞还是一个开放的生命系统，需要时刻与外界进行物质交流、能量转换。
细胞生活在一个液体的环境中，细胞与环境的物质交换必须经过细胞膜。
细胞膜作为细胞的边界，不仅把细胞与外界环境分隔开，还具有控制物质进出的功能，即它是一种选择透过性膜。细胞各部分的结构与其功能是相适应的，那么，为什么细胞膜具有选择透过性呢？细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？不同物质的跨膜运输有什么不同的特点呢？
水是活细胞中含量最多的物质，让我们先来分析一下水是怎样进出细胞的。
回顾旧知，认真思考相关问题。
思考教师提出的问题，开始学习。
根据所学知识，认真思考相关问题，引发学生的学习兴趣。
本节与细胞膜结构密切相关，所以先回顾细胞膜的结构和功能。
讲授新课
渗透作用
教师：组织阅读“问题探讨”关于渗透现象的演示图；演示渗透作用的动态过程。
问题探讨：
在一个长颈漏斗是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，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。
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：动画演示渗透作用的发生过程，引导小组讨论思考与讨论。
补充知识：
半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称
讨论：
1.漏斗管内的液面为什么会升高？
提示：半透膜内外溶液密度不同时会发生渗透现象，水从低浓度溶液流向高浓度溶液，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗的水分子比渗出的多，即单位时间从清水流入蔗糖溶液中的水分子数比单位时间从蔗糖溶液流入清水中的水分子数，所以液面上升。
归纳总结渗透作用的概念。
渗透作用：水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。
追问：如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
提示：不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的重力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，当漏斗内渗透压 = 液柱的压力，最终达到平衡，液面将不再上升。
了解溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？漏斗管内的液面还会升高吗？
教师：再次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。
答案提示：不会。纱布不是半透膜，蔗糖分子和水分子都可以透过纱布，无法产生渗透现象。
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
提示：没有浓度差，水分子进出平衡，液面也不会升高。
思考：B和C的液面会升高吗？发生渗透作用的条件是什么？
提示：不会。
教师：引导总结发生渗透作用的条件。
渗透作用：水或其他溶剂分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
条件：①要有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差
仔细观察渗透现象，认真理解，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。
归纳总结渗透作用的概念。
思考并回答问题。
初步了解渗透装置的组成，区别半透膜与选择透过性膜。
思考并回答问题。
小组归纳得出渗透作用的概念和发生渗透作用的条件。
通过观察渗透现象，引导学生认真理解，积极讨论，回答问题。掌握渗透作用的现象，条件，实质。
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。
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。
学生合作讨论，并在教师的引导下，自主归纳渗透作用的概念和条件。
新课讲授
一、水进出细胞的原理
1.扩散
教师：认真观察扩散现象并总结扩散概念。
一种物质从相对高浓度区域移动到低浓度区域的过程，称为扩散。
过渡：我们已经深入理解了体外水分子的渗透作用，那么水分子能不能渗透进出动物细胞呢？细胞膜是否相当于一层半透膜呢？
2.水进出动物细胞的原理
教师：下面我们以哺乳动物红细胞吸水和失水为例，一起讨论。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。
展示教材图4-1 水进出哺乳动物红细胞的示意图
认真观察：水进出哺乳动物红细胞的原理，利用红细胞吸水和失水的现象理解动物细胞吸水和失水
思考讨论：小组讨论，进行问题探究
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“问题探讨”装置中的什么物质？
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？
3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
提示：不一定，红细胞吸水后，细胞质浓度也降低，当与外界溶液浓度相等时就不吸水了，如果细胞质浓度还没降到与外界溶液浓度相等就涨破了，那么红细胞就因吸水而涨破。
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
提示：浓度差，正相关。
5.临床上输液为什么要用生理盐水？
提示：防止血细胞失水或吸水，细胞形态改变影响细胞的功能。
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。
教师：展示图片将红细胞在外界溶液中与渗透装置进行类比，进行总结。
红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。
红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出红细胞。
请学生思考并回答问题：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。
提示：1.细胞膜是选择透过性膜，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。
总结：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。
3.水进出植物细胞的原理
那么，动物细胞可以进行渗透作用，植物细胞是否也可以呢？
教师：展示成熟的植物细胞模式图，从植物细胞结构入手，从外到内观察，细胞壁是位于细胞最外层的结构，思考细胞壁能否控制水分进出细胞以及是否影响细胞吸水和失水。依旧从结构出发，分析成熟植物细胞失水主要失去的是哪个结构中的水分。进一步分析植物细胞结构，对渗透装置中的半透膜进行类比，并给出背景知识：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性，且在液泡的挤压下，细胞质基质被挤成薄薄的一层。
观察思考并思考讨论：
1.细胞能不能发生渗透吸水和失水？是否具备渗透作用的两个条件？
2.原生质层是不是相当于一层半透膜呢？
3.植物细胞的细胞壁对细胞的吸水和失水有无影响呢？
结合生活中的实例，鼓励学生尝试提出有探究价值的问题，并作出假设。
探究实践：探究植物细胞的吸水和失水
教师：展示科学探究实验的8个基本环节。根据学生提出的合理假设“原生质层相当于一层半透膜”，分小组设计实验——观察植物细胞吸水和失水，主要包括设计思路、实验材料及预期结果。然后组织全班进行交流。
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。
【提出假设】
原生质层是否相当于一层半透膜？
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
【作出假设】
原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。
【设计实验思路】
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，细胞就会失水，原生质层与细胞壁分离开来；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态。
2.如何使细胞外溶液的浓度提高或降低？
3.如何看到细胞?需要用到什么材料和器具？
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?
实验思路：将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖溶液和清水中，用显微镜观察液泡大小、原生质层位置的变化。
【进行实验，观察并记录实验结果】
实验材料：
紫色的洋葱鳞片叶。
刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜。
质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，清水。
方法步骤：
1.选取新鲜洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮上划一方框，用镊子撕下表皮。在洁净的载玻片上滴一滴清水，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。
2.用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生质层的位置。
3.从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。
4.用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层在什么位置，细胞大小是否变化。
5.在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。
6.用低倍显微镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞的大小有没有变化。
记录实验结果：
【分析结果，得出结论】
教师：展示实验结果，学生描述实验现象，引出质壁分离和质壁分离复原的概念。组织小组之间进行交流，构建解释解释质壁分离和质壁分离复原现象。从渗透作用的条件分析植物细胞吸水和失水是否为渗透作用。进一步分析加深对质壁分离概念的理解。
分析实验结果：
当外界溶液浓度 > 细胞液浓度
细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来——质壁分离
当外界溶液浓度 < 细胞液浓度
细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态——质壁分离复原
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。
【表达与交流】
（1）质壁分离的内因和外因：
内因：原生质层具有选择透过性
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
（2）观察质壁分离和复原，对材料的要求：
活细胞
细胞有大液泡
外界溶液浓度 > 细胞液浓度
（3）介于细胞膜与细胞壁之间的溶液：外界溶液
【进一步探究】
1.植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？
提示：不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用）
2.如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果如何？
提示：发生质壁分离，但不能质壁分离复原。（因为细胞已经严重失水而死亡了）
3.可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？
4.将0.3 g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的甘油，实验结果会有什么不同？
提示：因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。。
5.植物细胞的质壁分离及复原实验有哪些应用？
提示：（1）测定细胞液浓度范围：
（2）比较不同植物细胞的细胞液浓度
（3）用高浓度盐水处理，使细菌失水死亡。
（4）对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象的解释。
观察扩散现象并总结扩散的概念。
仔细观察动物细胞吸水和失水现象，认真理解，积极讨论，回答问题。
小组讨论，思考并回答问题。
1.提示：血红蛋白属于大分子，不能透过细胞膜。
相当于蔗糖分子。
2.提示：红细胞的细胞膜有选择透过性，相当于半透膜。
学生类比推理相应对应的结构构建模型，分析实验现象。
学生回答：是渗透作用。
观察，思考回答：细胞壁具有全透性，成熟植物细胞失水主要失去的是大液泡中的水分。
学生畅所欲言，猜测有类似半透膜的结构存在——原生质层概念。尝试提出问题、做出合理假设：原生质层相当于半透膜。
阅读课本，总结科学探究实验的8个基本环节。小组尝试设计探究实验，进行表达与交流。
观察实验现象，小组进行讨论分析，师生共同归纳总结并得出结论：
①原生质层相当于半透膜.
②当外界溶液的浓度>细胞液的浓度时，细胞发生渗透作用失水，出现质壁分离；当外界溶液的浓度