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本节内容是在第三章《细胞的基本结构》基础上对细胞功能的进一步认识；同时也是为学习物质跨膜运输方式奠定了基础，在知识体系中细胞结构和功能两个部分的联结点。主要内容：渗透作用的原理、植物细胞的吸水与失水。其中包括渗透作用实验和植物细胞的质壁分离与复原实验，蕴含了丰富的学生探究实验素材，既可以有理论上的假说演绎，类比推理，又可以通过实验进行验证和进一步探索，非常适合设计基于主题学习的单元整体教学。
1. 学生学习了细胞的基本结构，也初步掌握探究学习的能力；
2. 学生在化学课堂中学习了利用半透膜进行透析纯化胶体，对渗透作用有一定的认识；
3. 学生对细胞吸水与失水的现象：比如植物“烧苗”、蜜饯等不易变质有一定的生活经验，对这个主题易激发出兴趣。
1、生命观念：基于原生质层的选择透过性，认同生命的自主性，从而更深刻地理解生命的本质，发展学生结构与功能观、适应与进化观、稳态与
平衡观；
2、科学思维：通过对水的扩散现象和渗透现象的观察和分析，理解水分子运动在微观和宏观上的特点以及渗透作用发生的条件；
通过假说演绎法和类比推理法，探究植物细胞和动物细胞吸水与失水的原理；
通过绘制植物细胞失水与吸水过程中的曲线图，学习运用数学的工具描述生命活动的过程；
3、科学探究：反复运用假说演绎法，体验科学探究的一般过程，并能运用到其他类似的科学探究活动；
4、社会责任：尝试运用细胞吸水与失水的知识，解释生物学现象，分析和解决生活与社会实践问题。
教学重点：运用细胞假说演绎法和类比推理法探究细胞吸水与失水的过程和原理
教学难点：1、通过探究活动生成细胞可以通过渗透作用吸水与失水的概念
2、构建植物细胞在蔗糖溶液和硝酸钾溶液中吸水与失水的数学模型
细胞的吸水与失水
一、水分子运动
扩散；低浓度溶液至高浓度溶液
二、渗透作用
通过半透膜的扩散；低浓度溶液至高浓度溶液
三、植物细胞是一个渗透系统
半透膜：原生质层
内外浓度差：内部溶液是细胞液
四、动物细胞是一个渗透系统
半透膜：细胞膜
内外浓度差：内部溶液是细胞质
《细胞的吸水与失水》教学设计
教学程序 | 教师活动 | 学生活动 | 教学意图 |
情境创设，导入新课 | 教师播放沙漠中植物吸水现象的视频，提出：这是植物在宏观水平上失水和吸水的情况，那么在细胞水平上，植物细胞的结构会发生怎样的变化呢？ 给出显微镜下失水与吸水的细胞照片。提出“细胞是通过什么方式吸水与失水的呢？ | 学生观看视频。 | 学生从不同的生命层次：个体、器官、细胞三个层次了解细胞失水与吸水的现象。激发兴趣，进入主题：细胞失水与吸水的方式 |
水分子的运动:扩散作用 | 教师给出毛巾吸水的照片，提问：在毛巾吸水的过程中，水分子的运动方是。怎样的？请从宏观和微观两个角度分析。 提出扩散的概念。
| 学生分组讨论，表达，相互评价。 总结：宏观上，水分子运动方向是从水浓度高的地方到水浓度低的地方；微观上，水分子的运动符合物理上的分子热运动，因此水分子是双向运动的，只是水多的杯子中水分子数量更多，到达水少的杯子的更多。 | 细胞的吸水与失水本质上是水分子的跨膜运动，它将符合物理学中分子运动的基本原理。通过一个简单直观的扩散实验，训练学生从宏观和微观两个角度分析实验现象的思维方法，为后面的学习奠下基础。同时，也让学生体会到生物和物理学科的交叉。 |
渗透作用 | 教师播放渗透作用的微课，要求学生在看微课的过程中思考： 1、渗透作用与扩散有什么区别与联系？ 2、发生渗透作用的条件？ | 学生观看微课，看完后相互讨论。 总结：1、渗透是通过半透膜的扩散，是一种特殊的扩散。水分子的运动方向：低浓度溶液（水浓度高）到高浓度溶液（水浓度低）。2、条件：半透膜及其两侧具有浓度差 | 了解渗透作用的基本原理，为以后的类比推理做好理论上的准备。 |
探究细胞吸水与失水的原理（假说与演绎） | 教师带领学生运用假说演绎法的思路对细胞吸水与失水的原理提出假说和演绎推理，并说明理由。
| 学生讨论后，总结。 假说：细胞通过渗透作用吸水与失水。因为细胞内具有选择透过性的生物膜，最有可能渗透吸水与失水。 演绎：如果假说成立，细胞将具备渗透作用发生的条件；或者水分子运动趋势在细胞中与渗透装置中一致。 | 训练学生对生物学现象提出合理的假说，并预测出可能检测到的实验现象（即演绎推理）。 |
展示渗透装置与细胞的类比表格。
| 学生讨论；预测细胞在高渗溶液中失水、等渗水分子动态平衡、低渗溶液中发生吸水。 | 训练学生运用类比推理的科学思维方法做出具体的预测。 | |
探究细胞的吸水与失水（验证） | 1、动物细胞渗透吸水与失水的证据：教师展示血细胞在高渗、等渗、低渗溶液中的形态变化 | 学生据视频总结：血细胞在高渗溶液中失水皱缩、在等渗溶液中形态体积不变、在低渗溶液中吸水膨胀甚至涨破。 半透膜：细胞膜；细胞内液体：细胞质 | 训练学生运用物理学的方法从力的平衡角度分析渗透平衡的本质。将渗透装置与细胞进行类比，进一步分析渗透作用发生的过程，强化科学思维的发展。 通过分析细胞中发生渗透作用的条件，认同生命活动的发生必定有其存在的物质和结构基础，发展学生的结构与功能观。 |
教师提问：红细胞一定会吸水涨破吗？请结合渗透装置分析红细胞吸水过程中吸水能力、细胞体积的变化 | 学生运用力的分析，得出：在渗透装置中，液柱对半透膜的压力与长颈漏斗内蔗糖分子对水的吸引力达到平衡时，液柱不再上升；类比得到：红细胞的吸水量取决于外界溶液浓度（浓度差） | ||
2、植物细胞的吸水与失水的证据：教师出示紫色洋葱鳞叶细胞在30%蔗糖溶液中质壁分离及在清水中质壁分离复原的照片。 | 学生通过照片，总结出植物细胞在高渗溶液中失水，低渗溶液中吸水，认同植物细胞是一个渗透系统。 | ||
教师提问：在植物细胞中，什么结构充当了半透膜？细胞内的溶液主要是指什么？ | 学生提出细胞膜、液泡膜、两者皆有的多种假说，并演绎推理出高渗溶液中各种假说下可能出现的实验现象。结合实验中的显微照片，总结出：原生质层相当于半透膜；细胞内溶液主要是细胞液。 | ||
教师引导学生总结出质壁分离的原因，提问：什么样的植物细胞才能发生质壁分离？ | 学生总结质壁分离的内因和外因；能发生质壁分离的细胞是活的成熟的植物细胞。 | ||
教师出示一个小游戏：哪些细胞能发生质壁分离？ | 两名学生进行游戏对抗赛。 | 学生在轻松又刺激的场景下熟练“什么样的细胞能进行质壁分离”。 | |
拓展运用 | 教师出示洋葱细胞在一定浓度KNO3溶液中质壁分离及自动复原的情境，提问为什么？ | 学生讨论，从质壁分离、质壁分离复原两个方面分析原因。并总结出：原生质层不仅是一层半透膜，更是一层具有生物学活性的选择透过性膜。 | 训练学生利用已学的知识分析新的情境，理解植物细胞吸水与失水的条件；并认同原生质层是具有生物学活性，细胞可以通过生命活动的需要从环境中吸收无机盐离子。 |
教师要求学生以细胞大小、吸水能力为观测指标，绘制出这些变量随时间变化的曲线图。如果有其他的曲线图，自行提出。 |
学生合作绘制曲线图，展示，评价，讨论。 | 培养学生运用数学模型描述生物学过程的能力。 | |
教师展示中华绒螯蟹的生活史。在淡水进入海水的过程中，从失水和吸水的角度分析中华绒螯蟹是如何适应环境变化的？ | 学生讨论总结，中华绒螯蟹可以通过两个途径增加细胞渗透压：吸收海水中的无机盐离子；增加代谢以增加细胞内可溶性小分子浓度。 | 学生认同生物可以通过调节体内渗透吸水与失水的过程来适应环境，这是长期自然选择的结果，发展学生的进化与适应、稳态与平衡的生命观念。同时利用已学知识解释生命现象，发展他们社会责任意识。 |
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