《植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原》的實驗教學(xué)設(shè)計

植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原、實驗教學(xué)設(shè)計1、 教材分析與教學(xué)設(shè)計思路本節(jié)課是選自人教版必修1分子與細(xì)胞模塊第4章第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶嵗械囊还?jié)實驗課。本實驗通過探究證明了成熟的植物細(xì)胞可通過滲透作用吸水和失水，是在初中科學(xué)中“根對水分吸收”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)植物的水分代謝過程,是前面所學(xué)“細(xì)胞的分子組成水”知識點(diǎn)進(jìn)一步的深化，也與后面學(xué)習(xí)光合作用、呼吸作用的內(nèi)容存在著聯(lián)系，它是植物新陳代謝的基礎(chǔ)。同時，本實驗是在學(xué)習(xí)滲透作用原理的基礎(chǔ)上，利用細(xì)胞的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原的實驗強(qiáng)化滲透作用的原理，也是對物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式這塊內(nèi)容的升華。本節(jié)課設(shè)計成一節(jié)實驗探究課。“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”是高中新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念，但從學(xué)生的學(xué)習(xí)情況來看，絕大多數(shù)學(xué)生對于科學(xué)探究的一般過程以及如何設(shè)計實驗、預(yù)測實驗、分析實驗結(jié)果得出結(jié)論等還不能深刻理解和掌握，因此筆者試圖通過這節(jié)課的教學(xué)，利用科學(xué)探究的一般過程作為教學(xué)主線，使學(xué)生能對“科學(xué)探究的一般過程”有更進(jìn)一步的理解和領(lǐng)會，引導(dǎo)學(xué)生能真正達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，會做出“假設(shè)和預(yù)期”、會“設(shè)計可行的實驗方案等。并且通過實驗教學(xué)設(shè)計，創(chuàng)設(shè)情境，增加實驗的探究性內(nèi)容，為學(xué)生提供“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力及歸納總結(jié)能力。二、學(xué)情分析學(xué)生除擁有初中科學(xué)中相關(guān)水分吸收內(nèi)容基礎(chǔ)知識外，在學(xué)習(xí)了滲透作用的原理以及動物細(xì)胞的吸水和失水的內(nèi)容后，他們對植物細(xì)胞在什么情況下吸水和失水等內(nèi)容已經(jīng)有一定了解，并在日常生活經(jīng)驗中，也有類似植物細(xì)胞吸水和失水的實例，例如：腌制咸菜等，但并沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)細(xì)胞吸水和失水的基本原理及其條件，缺乏理性認(rèn)識。另外，與平時的理論課想比，學(xué)生對實驗課有更高的積極性。三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計1 知識與技能1) 通過對質(zhì)壁分離實驗現(xiàn)象的操作與觀察，理解滲透作用發(fā)生的條件；2) 通過實驗過程，進(jìn)一步掌握顯微鏡的正確操作方法及臨時裝片的制作方法；2 方法與能力1) 通過小組討論實驗方案過程，并歸納表達(dá)的自主學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)了學(xué)生對問題進(jìn)行探究的能力、團(tuán)隊合作的能力、獲取信息、分析處理及表達(dá)信息的能力；2) 通過實驗設(shè)計中變量的控制，實驗數(shù)據(jù)的記錄統(tǒng)計分析，體驗科學(xué)研究的一般方法和過程；3 態(tài)度、情感與價值觀1) 通過實驗的探究行為，學(xué)生能了解科學(xué)探究的一般過程，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和不斷創(chuàng)新的精神；2) 通過小組的討論合作，培養(yǎng)學(xué)生謙虛好學(xué)、善于合作的科學(xué)態(tài)度；3）激發(fā)學(xué)生對生物科學(xué)的興趣和熱愛，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，關(guān)心農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐；四、重點(diǎn)難點(diǎn)的確立 1 教學(xué)重點(diǎn)1) 植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及復(fù)原的條件2) 探究實驗的設(shè)計過程2 教學(xué)難點(diǎn)：探究實驗的設(shè)計過程 引出探究課題演示蘿卜條吸水、失水實驗、創(chuàng)設(shè)情境教師：給出科學(xué)探究的一般過程學(xué)生活動：按探究的一般過程分析、操作質(zhì)壁分離和復(fù)原的經(jīng)典實驗共同總結(jié)提升：實驗?zāi)軌蝌炞C的問題、與實踐生活的聯(lián)系 分析經(jīng)典，啟發(fā)探究試驗拓展：學(xué)生自主分析、設(shè)計、操作從經(jīng)典實驗中拓展出的課題，提升能力五、教學(xué)流程圖學(xué)生練習(xí)、課堂延伸六、教學(xué)過程設(shè)計整節(jié)課教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)策略可概括為以下幾句話：情趣導(dǎo)入，引發(fā)課題分析經(jīng)典，啟發(fā)探究自主設(shè)計，充分拓展（一） 情趣導(dǎo)入，引發(fā)課題創(chuàng)設(shè)情境： 1.課前做好演示實驗的準(zhǔn)備：取蘿卜的塊根，分別用打孔器在相近部位打出兩個圓柱體塊A、B，A在蒸餾水中、B在濃鹽水中放1小時。 AB上課時告知學(xué)生處理的方法，然后設(shè)置懸念：讓學(xué)生猜測，處理后的圓柱體是否與原來蘿卜塊根上的孔合適。然后展示實物，讓學(xué)生觀察：A塊因吸水，較大，變得不合適；B塊因失水，較小，也不合適。（設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生直觀地感知：植物細(xì)胞也可吸水和失水，激發(fā)學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)探究的欲望）學(xué)生自然會產(chǎn)生疑問：植物細(xì)胞通過什么樣的方式吸水和失水呢？（二） 分析經(jīng)典，啟發(fā)探究1、師：簡單復(fù)習(xí)滲透作用的原理及條件，回顧成熟植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，通過其模式圖引導(dǎo)學(xué)生思考，提出下列問題：生：1)植物細(xì)胞是通過滲透作用吸水、失水的嗎？2)植物細(xì)胞在什么情況下會出現(xiàn)吸水、失水的情況？3）原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜嗎？2、帶著這樣的問題，教師帶領(lǐng)學(xué)生一起分析并實施課本中的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原的實驗。（以往常規(guī)的教學(xué)只是簡單介紹實驗的原理及結(jié)果，為了能夠體現(xiàn)新課標(biāo)精神，突出生物學(xué)科重視科學(xué)探究能力培養(yǎng)的學(xué)科特點(diǎn)，將教材介紹的實驗以及其它拓展實驗置于科學(xué)探究過程這個主線中，使學(xué)生通過對經(jīng)典實驗的學(xué)習(xí)和分析，體會經(jīng)典實驗所蘊(yùn)含的科學(xué)探究的一般方法，初步建立科學(xué)探究的能力，并利用這樣的方法自主的去設(shè)計實驗、實施實驗。）1)首先向?qū)W生展示這部分的主題思路科學(xué)探究的一般過程：提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗結(jié)果分析得出結(jié)論實施實驗 2)教師引導(dǎo)學(xué)生分析本實驗的探究歷程：（本部分給學(xué)生印發(fā)學(xué)案，將學(xué)案提前發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)，并將板書事先書寫在黑板上，這樣既節(jié)約了時間，又讓學(xué)生在課前就對探究實驗的科學(xué)思想有所了解。）利用問題串進(jìn)行引導(dǎo)：（1）發(fā)生滲透作用的條件是什么？（2）什么來充當(dāng)半透膜？選擇什么樣的試驗材料？（3）如何讓“細(xì)胞”這個滲透系統(tǒng)與另一個滲透系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，即如何創(chuàng)造出讓水分出入細(xì)胞的試驗環(huán)境？（4）怎樣觀察到水分進(jìn)出細(xì)胞？作出假設(shè) 設(shè)計實驗分析結(jié)果得出結(jié)論提出問題實施實驗成熟植物細(xì)胞能夠滿足發(fā)生滲透作用的條件嗎？成熟植物細(xì)胞滿足發(fā)生滲透作用的條件。 基本思路：將植物細(xì)胞浸潤在較高濃度的蔗糖溶液中，觀察其 大小的變化；再將細(xì)胞浸潤在清水中，觀察其大小的變化。 材料用具：紫色的洋蔥鱗片葉、刀片、鑷子、滴管、載玻片、蓋玻片、吸水紙、顯微鏡、0.3g/mL的蔗糖溶液、清水。 實驗步驟： 質(zhì)壁分離：制片-觀察-引流-觀察質(zhì)壁分離復(fù)原：引流-觀察 植物細(xì)胞滿足發(fā)生滲透作用的條件，通過滲透作用吸水和失水共同總結(jié)提升：1、為什么教材選取紫色洋蔥表皮為實驗材料，而不用白色洋蔥？（紫色洋蔥表皮細(xì)胞液泡呈紫色，便于觀察）2、能不能用洋蔥根尖生長點(diǎn)細(xì)胞作材料？（不行）結(jié)論：發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞必須有大的液泡，成熟的植物細(xì)胞，最好有顏色，便于觀察；3、“質(zhì)”與“壁”分離，分開的各是什么結(jié)構(gòu)？（原生質(zhì)層和細(xì)胞壁）4、質(zhì)壁分離后，原生質(zhì)層的最外面是什么結(jié)構(gòu)？（細(xì)胞膜）結(jié)論：此實驗可用來觀察細(xì)胞膜，為了便于觀察，可用活性染料進(jìn)行染色。5、 開水燙過的洋蔥表皮會發(fā)生質(zhì)壁分離嗎？（不會）6、 為什么細(xì)胞壁和原生質(zhì)層會分離？（原生質(zhì)層的伸縮性比細(xì)胞壁強(qiáng)）結(jié)論：此實驗可驗證細(xì)胞的死活，證明膜具有一定的流動性。(三) 自主設(shè)計,充分拓展師:根據(jù)本試驗，你能嘗試著提出一些探究性課題嗎？生：1、蔗糖溶液的濃度為什么是0.3 g/mL呢？是否可以用其它濃度的蔗糖溶液代替呢？2、選用其它溶液，如NaCl溶液、KNO3溶液、酒精等進(jìn)行質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗，結(jié)果一樣嗎？（鑒于時間關(guān)系,選擇課題1來進(jìn)行探究,課題2作為課后探究作業(yè).）拓展試驗一：不同濃度的蔗糖溶液對細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響探究方法:學(xué)生6人為一試驗小組，全班分為8個試驗小組。在試驗前，每小組成員，共同討論，完成科學(xué)探究一般過程的六個方面，然后分小組進(jìn)行試驗，每兩個小組用1種濃度的蔗糖溶液。提出問題 不同濃度的蔗糖溶液，對細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響不同作出假設(shè) 蔗糖溶液濃度越大，質(zhì)壁分離越明顯、速度越快 設(shè)計實驗 分別將取自相同部位的洋蔥表皮細(xì)胞，浸潤在0.1g/mL、0.3 g/mL、0.5 g/mL、0.7 g/mL的蔗糖溶液，進(jìn)行質(zhì)壁分離的實驗，觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離的程度實施實驗材料準(zhǔn)備：紫色洋蔥、01g/mL蔗糖溶液、03g/mL蔗糖溶液、05g/mL蔗糖溶液、07g/mL蔗糖溶液、清水、顯微鏡、吸水紙、載玻片、蓋玻片。每兩個小組為一合作組，用同一濃度，讓后兩小組求平均值。分析結(jié)果蔗糖溶液01g/mL03g/mL05g/mL07g/mL質(zhì)壁分離程度輕微分離明顯分離明顯分離明顯分離復(fù)原狀況發(fā)生復(fù)原發(fā)生復(fù)原不復(fù)原不復(fù)原說明細(xì)胞存活細(xì)胞存活細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡結(jié)論不宜選用宜選用不能選用不能選用得出結(jié)論 為了觀察質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象，不可以采用05g/mL或07g/mL的蔗糖溶液，因為兩者濃度過高，導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死亡，從而不能復(fù)原；而01g/mL的溶液分離現(xiàn)象不明顯，且用時太長，所以最好選用03g/mL的蔗糖溶液來觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象。 共同總結(jié)提升：1、 細(xì)胞外液濃度過大，會造成細(xì)胞因過度失水而死亡。應(yīng)用：鹽堿地為什么不適于植物的生長？高濃度的食鹽水為什么可以殺菌防腐？植物的“燒苗”現(xiàn)象是什么原因等？2、 細(xì)胞外液大于細(xì)胞液濃度時，細(xì)胞失水，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象；細(xì)胞外液小于細(xì)胞液時，細(xì)胞吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象；細(xì)胞外液與細(xì)胞液濃度相當(dāng)時，細(xì)胞既不吸水、也不失水。應(yīng)用：利用這一原理，可測定細(xì)胞液的濃度拓展試驗二：測定植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度作出假設(shè) 設(shè)計實驗分析結(jié)果得出結(jié)論提出問題實施實驗如何測定植物細(xì)胞液的濃度？ 植物細(xì)胞液的濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離的最大外界溶液濃度和發(fā)生質(zhì)壁分離時的最小外界溶液濃度之間將植物細(xì)胞分別浸潤在已配制具有一系列濃度梯度的蔗糖溶液，觀察其初始質(zhì)壁分離變化，引起50%左右細(xì)胞發(fā)生發(fā)生初始質(zhì)壁分離的蔗糖溶液濃度應(yīng)該是細(xì)胞液的濃度（略）載玻片蔗糖溶液濃度（g/mL）發(fā)生質(zhì)壁分離的比例10.235%20.340%30.445%40.550%50.655%60.755%70.855%80.965%細(xì)胞液的濃度為0.6-0.8g/mL左右課后作業(yè)：探究其它溶液，如NaCl溶液、KNO3溶液、酒精等進(jìn)行質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗，結(jié)果會如何？八、 教學(xué)反思在本節(jié)課內(nèi)容教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，重點(diǎn)難點(diǎn)得到突破，體現(xiàn)了新課標(biāo)的思想-注重實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)。本節(jié)教學(xué)希望把科學(xué)知識作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和創(chuàng)新思維能力的載體，從分析經(jīng)典實驗到課堂上的交流討論、發(fā)現(xiàn)探索，再到實驗設(shè)計，為學(xué)生搭設(shè)一個自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)探究的“平臺”。探究實驗的目的并不在于得到全班學(xué)生統(tǒng)一的結(jié)果，而重在使學(xué)生真正參與探究過程，在實踐中獲得具體的經(jīng)驗體會，讓學(xué)生懂得科學(xué)的探究方法，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，讓他們的創(chuàng)新意識得到發(fā)揮，這可以讓學(xué)生受益終身。從案例中