人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第1节 物质跨膜运输的实例2课时教案设计

教学内容

教师活动

学生活动

引入

问题1：细胞是一个基本的生命系统，这个系统的边界是什么？

问题2：由于边界的存在，进而将细胞与外界物质分隔，这种分隔是不是意味着细胞需要的物质不能进来，细胞不需要的物质不能出去，为什么？

  “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。细胞膜能控制物质进出细胞 。”

引入新课：细胞膜是怎样控制物质进出细胞的？今天，我们以水分为例，共同探讨水分是怎样通过细胞膜进出细胞的。

学生回答

问题探讨

“问题探讨”

（1）演示实验：一滴红墨水滴入到清水中，出现什么现象？

学生观察并回答。

（2）提出探究问题：如果两种不同的溶液被一层半透膜隔开,结果又会怎样？

演示：渗透作用的实验现象

教师和各小组代表课前做好该实验：烧杯中是清水，漏斗内是30%的蔗糖溶液，两种不同的溶液被一层玻璃纸（半透膜）隔开，实验开始时，漏斗内外的液面在同一水平面上，静置2 h后，漏斗内的液面上升。

教师介绍演示实验，说明半透膜的特性。

（3）提出讨论问题

问题① 为什么漏斗内的液面会上升？

多媒体动画演示，：水分子往哪里移动,总体上向哪一个方向移动?

引导学生联系其他学科知识分析：

①蔗糖分子不能自由通过半透膜而水分子可以。

②两侧的水分子都在运动。

③由于单位体积内，清水中的水分子数量多，蔗糖溶液中的水分子数量少，所以在单位时间内，由烧杯通过半透膜进入漏斗的水分子数量多于由漏斗通过半透膜进入烧杯的水分子数量。

④总体的扩散方向为水分子由烧杯通过半透膜进入漏斗，因此漏斗管内的液面上升。

教师点评：给学生适当的鼓励。

师生总结：水分子从数量多的一侧向水分子数量少的一侧扩散，也就是说：水分子是顺着相对浓度梯度跨膜运输的，这种现象称为渗透作用。这个装置叫渗透装置。

让学生思考：漏斗内的液面是否无限升高？

教师总结分析

接着小组讨论另两个问题，总结渗透作用的发生必需的条件有哪些?

问题②如果用一层纱布代替玻璃纸,漏斗管内的液面还会升高吗?

问题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?

问题探讨

1.由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。

2.用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。

3.半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。

师生共同总结渗透作用条件：

a要有半透膜；b半透膜两侧的溶液存在浓度差。

渗透作用：

1、概念：水通过半透膜的自由扩散。（注意与自由扩散的区别）

2、条件：①半透膜（注意与选择透过性膜的区别）。

②半透膜两侧的溶液具有浓度差。

3、水的流向：从低浓度溶液流向高浓度溶液（强调是溶液的摩尔浓度）

引导学生思考，回答问题

学生回答：

动物细胞的吸水和失水

从生活中的例子引出动物细胞的吸水和失水。例如，当我们吃比较咸的食物时，如腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔会有什么感觉?为什么? 有什么办法解决？

：教师归纳：这些现象说明动物细胞的吸水和失水。

图片展示：哺乳动物红细胞吸水和失水

什么情况下，哺乳动物红细胞膨胀,皱缩或形态不变?

思考与讨论

1.红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。

2.红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。

3.当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。

4.红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。

小组代表发言，教师补充完整：

当细胞内液浓度 ﹥外界溶液浓度，细胞吸水

当细胞内液浓度 ﹤外界溶液浓度，细胞失水

当细胞内液浓度 ＝ 外界溶液浓度，细胞形态不变

水分进出细胞与细胞内液的浓度和外界溶液是否存在浓度差有关。细胞膜是否相当于一层半透膜？

师生共同： 细胞膜能让水分子通过，而血红蛋白（大分子物质）不能通过，符合半透膜的特性，所以细胞膜相当于一层半透膜。

教师总结：动物细胞相当于一个渗透装置。

动物细胞的渗透吸水和失水

 1、条件：①细胞膜当作半透膜。②细胞质与外界溶液存在浓度差。

   2、当细胞质浓度﹥外界溶液浓度（清水）时，细胞吸水膨胀，甚至吸水胀破。（细胞膜的制备）

      当细胞质浓度﹤外界溶液浓度时，细胞失水皱缩。

当细胞质浓度=外界溶液浓度时，细胞既不吸水也不失水。

学生回答

小组讨论

学生思考

小组代表发言

植物细胞吸水和失水

教师提出：植物细胞吸水和失水的情况又是怎么样？

例如，在日常生活里, 夏天家里做凉伴黄瓜时有水出现，腌萝卜条时洒上一些盐会出水；而卖菜的阿姨经常向青菜上洒水,青菜变得硬挺,说明植物细胞也会吸水和失水。

教师引导:我们要善于从生活中的现象发现新的问题，提出问题。许多科学家的发现并不都是从实验中得到，更多的是通过观察生活中的现象发现问题的，例如，牛顿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”。可见，提出一个有价值的问题，是创造发明的良好开端。

教师:好，提出了一个有价值的问题以后，我们如何去研究它呢?这是高中生物第一个探究实验，这节课我们主要学习探究问题的一般方法和步骤。

 ●提出问题

教师：从生活中的现象，结合上面这些例子，你可以提出什么问题?

从卖菜的阿姨的做法等现象，我们发现问题──“植物细胞也能吸水和失水，”；“植物细胞在什么情况下会吸水和失水？”；“植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？”等。

提出探究问题：植物细胞是不是一个渗透系统，哪些结构相当于半透膜？

●作出假设

⑴作出假设：当一个问题提出后，我们必须结合已有的知识或经验（必要时还要查找资料）分析问题，并且作出尝试性的回答，这种尝试性的回答称为“作出假设”。

教师图片展示：“成熟植物细胞结构图。”

提供信息：①成熟植物细胞具有中央大液泡，占整个细胞很大比例，因此成熟植物细胞内的液体环境主要考虑液泡中的细胞液。

②细胞壁的特点：全透性的，伸缩性较小。

③细胞膜、液泡膜相当于半透膜。

④原生质层：包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。

教师引导，学生作出假设：原生质层相当于半透膜。

⑵预测实验结果：

当细胞液浓度 ﹥外界溶液浓度，细胞吸水，质壁分离；

当细胞液浓度 ﹤外界溶液浓度，细胞失水，质壁分离复原

教师可以适当补充：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，但由于原生质层的伸缩性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。

教师联系上述动物细胞吸水情况，追问：植物细胞会不会像动物细胞一样，不断的吸水最后涨破呢？

●设计实验

教师引导学生考虑这个实验设计上的一些细节问题，例如：

①实验材料、试剂、用具的选择

材料的选择：有颜色的还是没有颜色的，细胞小的还是相对比较大的，为什么？

试剂的选择：糖水、酒精、醋酸、盐水？

实验用具的选择：植物细胞的吸水和失水是一个微观的过程，必须通过什么工具来观察？

教师提示：洋葱表皮细胞有紫色液泡，而且表皮容易撕取获得。实验过程中细胞应处于生活状态。

②实验步骤

教师：实验材料、试剂、用具选好了，接下来要考虑整个实验具体的操作步骤。该如何具体操作?  是先把洋葱泡在蔗糖溶液中，10 min后取出做成装片，显微镜下观察;还是先做好装片，再想办法往里加入试剂呢?

（先做装片再加试剂好，这样可以在显微镜下观察细胞失水的变化过程。）

实验要点提示：

第一步：用清水制作洋葱鳞片叶表皮的临时装片，先用低倍镜观察。

教师：如何使洋葱鳞片叶表皮细胞处于失水状态？

第二步：尝试用不同浓度梯度的蔗糖溶液（质量分数为10％、20％、30％、40%、50%）使洋葱表皮细胞发生质壁分离。

教师：如何使它们复原？

第三步：使洋葱表皮细胞浸润于清水中，观察质壁分离的复原。

③设计结果记录表

●进行实验

●记录结果

●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0.6 g/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?为什么？

（不能，因为蔗糖浓度过高了，导致细胞失水过快而死亡。）

教师：所以无论实验成功也好，失败也好，都要认真分析。

植物细胞的渗透吸水和失水

 1、条件：①原生质层（细胞膜、细胞质、液泡膜）当作半透膜。

（注意与原生质和原生质体的区别）

②细胞液与外界溶液存在浓度差。

2、当细胞液浓度=外界溶液浓度时，植物细胞既不吸水也不失水。

当细胞液浓度﹤外界溶液浓度时，细胞渗透失水，出现质壁分离。

质壁分离的概念：原生质层与细胞壁分离

外因：当细胞液浓度﹤外界溶液浓度时，细胞渗透失水

内因：细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。

在此过程中细胞体积基本不变（略为变小），液泡变小，

细胞液浓度变大，颜色变深。 失水速率逐渐变小直至为0

当细胞液浓度﹥外界溶液浓度（清水）时，细胞渗透吸水。如果是发生质壁分离的细胞才发生产质壁分离复原。

 在此过程中细胞体积基本不变（略为变小），液泡变大，

细胞液浓度变小，颜色变浅。 吸水速率逐渐变小直至为0

质壁分离后自动复原：当外界溶液为8%的NaCl溶液、5%的K NO3溶液，10%的葡萄糖溶液、乙二醇溶液时就会出现这种情况。原因是这些物质可以通过主动运输或自由扩散进入液泡，使细胞液浓度增大，植物细胞吸水。

提出问题

学生作出假设

学生回答。（略）

学生考虑

学生回答

课堂小结

这节课通过渗透作用的实验现象，了解渗透作用的原理以及渗透作用发生必需的两个条件；从生活中的现象我们发现动植物细胞都能吸水和失水，重点学习实验探究的一般方法和基本步骤：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→表达与交流→进一步探究。下节课我们就到实验室来完成这个实验。

物质跨膜运输的其他实例

细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程。其他物质呢？

资料分析：P64

总结：细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜

资料分析

1.在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收Ca2+、Mg2+较少，结果导致水稻培养液里的Ca2+、Mg2+浓度增高。

2.不同作物对无机盐的吸收是有差异的。

3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。

4.细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。

学生讨论:物质是否都与水一样顺浓度梯度运输的? 学生小组交流