朱鳳云

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

該設(shè)計(jì)案例為蘇教版必修一第四章第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健敝械奶骄繉?shí)驗(yàn)。在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了滲透的原理，對(duì)半透膜、滲透作用及滲透裝置的組成有了一定的認(rèn)識(shí)。具有這樣的知識(shí)基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生探究植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原，使學(xué)生能夠充分理解一個(gè)成熟的植物細(xì)胞與外界溶液一起構(gòu)成典型的滲透系統(tǒng)。學(xué)生只有通過實(shí)驗(yàn)操作和觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原的現(xiàn)象，獲得細(xì)胞吸水、失水與外界溶液濃度關(guān)系的感性認(rèn)識(shí)，才能深入理解成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)以及影響細(xì)胞滲透吸水的內(nèi)外條件。

學(xué)生先根據(jù)教材內(nèi)容完成探究實(shí)驗(yàn)的過程，然后再進(jìn)一步探究以下問題：

（1）不同濃度的試劑對(duì)同一種植物材料吸水和失水的影響；

（2）同一濃度的試劑對(duì)不同種植物材料吸水和失水的影響，比較出不同種植物的細(xì)胞液濃度大??；

（3）不同種試劑對(duì)植物細(xì)胞失水和吸水的影響；

（4）死亡的植物細(xì)胞能否發(fā)生滲透作用？

通過一系列的實(shí)驗(yàn)，師生共同參與，學(xué)生自主探究，讓學(xué)生經(jīng)歷“提出問題-作出假設(shè)-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)-實(shí)施操作-觀察結(jié)果-得出結(jié)論”的探究歷程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和勇于探索的精神。教師借助多媒體手段，以突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，增加知識(shí)容量，提高課堂效率。

2.與學(xué)生生活實(shí)際的聯(lián)系

生活中很多現(xiàn)象都與植物細(xì)胞的吸水與失水有關(guān)，例如：泡在鹽水中的蘿卜條會(huì)變軟，泡在清水中的蘿卜條會(huì)更加硬挺；泡菜制作時(shí)加入一些鹽，水分就會(huì)滲出來；農(nóng)作物施肥過多，就會(huì)造成“燒苗”的現(xiàn)象等。通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生更深入地理解生活中的這些現(xiàn)象，并作出合理解釋。

3.教學(xué)目標(biāo)

3.1知識(shí)目標(biāo)

（1）理解植物細(xì)胞通過滲透作用吸水或失水的原理。

（2）學(xué)會(huì)觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的方法。

3.2能力目標(biāo)

（1）通過實(shí)踐，掌握臨時(shí)裝片的制作方法和實(shí)驗(yàn)的一般步驟；

（2）進(jìn)一步熟悉高倍顯微鏡的使用；

（3）通過課本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，提出可行性的探究問題，并小組討論制定探究方案，嘗試得出結(jié)論。

3.3情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

（1）親手實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)生命科學(xué)的興趣，分析生活中與滲透作用有關(guān)的現(xiàn)象；

（2）體會(huì)科學(xué)研究的樂趣，培養(yǎng)在科學(xué)研究中一絲不茍的科學(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的科學(xué)精神；

（3）學(xué)會(huì)合作分工，與他人分享實(shí)驗(yàn)成果。

4.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決的教學(xué)策略

（1）教學(xué)重點(diǎn)：引導(dǎo)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)驗(yàn)的材料、試劑的種類與濃度，并進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新。

教學(xué)策略：用不同濃度的蔗糖溶液探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，用課件展示成熟植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)圖，分析其與滲透系統(tǒng)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生討論選擇紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞和0.3g/mL的蔗糖溶液的原因，并且進(jìn)一步分析濃度大小對(duì)質(zhì)壁分離的影響。

創(chuàng)新之處：①用綠色植物的葉肉細(xì)胞代替紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞，重復(fù)該探究實(shí)驗(yàn)。

②用無色的洋蔥表皮細(xì)胞代替紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞，但在外界溶液中滴加胭脂紅溶液對(duì)其染色，再觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

③用0.3g/mL的KN03溶液代替0.3g/mL的蔗糖溶液再觀察結(jié)果。

（2）難點(diǎn)：臨時(shí)裝片的制作，在探究實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

教學(xué)策略：教師示范制作臨時(shí)裝片，并強(qiáng)調(diào)制作時(shí)的注意點(diǎn)：材料要薄，不能有氣泡等。接著讓學(xué)生自主探究，再由不同小組的學(xué)生展示自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并描述實(shí)驗(yàn)過程以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，進(jìn)而讓學(xué)生提出更多需要探究的問題。

5.課前準(zhǔn)備

（1）教師要求學(xué)生復(fù)習(xí)滲透作用原理及其發(fā)生條件，并做好預(yù)習(xí)，理解實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和方法步驟；

（2）材料器具：洋蔥，菠菜，質(zhì)量濃度分別為0.1g/mL、0.3g/mL、0.5g/mL、0.7g/mL的蔗糖溶液，0.3g/mL的KNO，溶液、胭脂紅染液（一種水溶性的大分子食用色素，呈紅色），1mol/L的醋酸溶液，清水，顯微鏡，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙等。

6.教學(xué)過程

6.1導(dǎo)入

（1）復(fù)習(xí)滲透裝置，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：滲透作用發(fā)生的條件有哪些？

（2）教師聯(lián)系學(xué)生的生活，出示一些常見現(xiàn)象：泡在鹽水中的蘿卜條會(huì)變軟，泡在清水中的蘿卜條會(huì)更加硬挺。并提出問題：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？植物細(xì)胞能否構(gòu)成滲透裝置？

學(xué)生學(xué)習(xí)教材中的相關(guān)內(nèi)容，分析成熟的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并與滲透裝置作比較。

教師引導(dǎo)學(xué)生討論：若將一個(gè)成熟的植物細(xì)胞放置到濃度高的溶液中，細(xì)胞液中的水分子將向細(xì)胞的哪一側(cè)運(yùn)動(dòng)？如果細(xì)胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層的伸縮性，將會(huì)出現(xiàn)什么有趣現(xiàn)象？

6.2開展觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原的實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)原理：

把成熟的植物細(xì)胞放置在某些對(duì)細(xì)胞無毒害的物質(zhì)溶液中。

①當(dāng)細(xì)胞液的濃度<外界溶液的濃度時(shí)：

細(xì)胞液中的水分子透過原生質(zhì)層，進(jìn)入到外界溶液中，使原生質(zhì)層和細(xì)胞壁都出現(xiàn)一定程度的收縮。由于原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的收縮性大，當(dāng)細(xì)胞不斷失水時(shí)，原生質(zhì)層就會(huì)與細(xì)胞壁逐漸分離，即逐漸發(fā)生了質(zhì)壁分離。

②當(dāng)細(xì)胞液的濃度>外界溶液的濃度時(shí)：

外界溶液中的水分子通過原生質(zhì)層進(jìn)入到細(xì)胞液中，發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞的整個(gè)原生質(zhì)層會(huì)慢慢地恢復(fù)成原來的狀態(tài)，使植物細(xì)胞逐漸發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①制作臨時(shí)裝片：用鑷子撕取約0.5cm²紫色洋蔥鱗片葉的外表皮，放人載玻片預(yù)先準(zhǔn)備的水滴中，平展后蓋上蓋玻片。

②觀察：先在低倍鏡找到紫色洋蔥表皮細(xì)胞，并移到視野中央，然后換下高倍鏡觀察。可以觀察到紫色洋蔥表皮細(xì)胞中紫色的大液泡，還可以看到原生質(zhì)層與細(xì)胞壁緊貼在一起。

③滴加蔗糖溶液：從蓋玻片的一側(cè)滴入0.3g/mL的蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)3-4次（引流法），使洋蔥表皮細(xì)胞就浸潤在蔗糖溶液中。

④觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象：在高倍鏡下可以觀察到，細(xì)胞中的液泡逐漸變小，顏色逐漸變深，原生質(zhì)層開始在邊角處與細(xì)胞壁分離，最后完全分離。

⑤觀察質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象：在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，在另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)3-4次，使洋蔥表皮細(xì)胞浸潤在清水中，觀察質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)表明：在細(xì)胞液的濃度低于外界溶液的濃度時(shí)，洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞失水，發(fā)生質(zhì)壁分離；在細(xì)胞液的濃度高于外界溶液的濃度時(shí)，洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞吸水，已出現(xiàn)質(zhì)壁分離的細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。

結(jié)論：細(xì)胞液和外界溶液通過原生質(zhì)層發(fā)生了滲透作用；原生質(zhì)層是一層半透膜。

6.3進(jìn)一步探究

（1）用0.1g/mL、0.5g/mL、0.7g/mL的三種不同濃度的蔗糖溶液重復(fù)該實(shí)驗(yàn)。分小組進(jìn)行探究，得到的結(jié)果見表1。

教師引導(dǎo)學(xué)生討論：為什么前兩種情況下可以發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，而后兩種情況下不能呢？

小組通過討論，分析得知：由于后兩者濃度過高，導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死亡，從而不能復(fù)原；而前兩者由于濃度不足以使細(xì)胞失水過多，仍然存活。由此可知，只有活細(xì)胞才能通過滲透作用進(jìn)行吸水和失水。為了清楚地觀察質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象，不能采用0.5g/mL或0.7g/mL的蔗糖溶液，而0.1g/mL的溶液分離現(xiàn)象不明顯，且用時(shí)太長，所以最好選用0.3g/mL的蔗糖溶液來觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

（2）用綠色植物的葉肉細(xì)胞代替紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞，重復(fù)該探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而尋找更多的實(shí)驗(yàn)材料。

實(shí)驗(yàn)步驟相同，只是用菠菜的葉肉細(xì)胞代替紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞，由于菠菜葉肉細(xì)胞質(zhì)中含有葉綠體，呈綠色，在失水的狀態(tài)下，可以清楚地看到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。分小組探究在0.1g/mL、0.3g/mL、0.5g/mL、0.7g/mL四種蔗糖溶液濃度下菠菜葉肉細(xì)胞質(zhì)壁分離的狀態(tài)。結(jié)果與前一個(gè)實(shí)驗(yàn)類似，同時(shí)也可以比較在同一濃度下，采用不同的材料時(shí)質(zhì)壁分離的差異，說明了不同材料細(xì)胞液的濃度存在一定的差異。

（3）用無色的洋蔥表皮細(xì)胞代替紫色洋蔥的外表皮細(xì)胞，且在外界溶液中滴加胭脂紅溶液對(duì)其染色，再觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

由于胭脂紅能通過細(xì)胞壁，但不能通過原生質(zhì)層，所以，在細(xì)胞壁和原生質(zhì)層之間為紅色，液泡內(nèi)無色素，所以為無色。

（4）用0.3 g/mL的KN03溶液代替0.3g/mL的蔗糖溶液，觀察結(jié)果。

在0.3g/mL蔗糖溶液中，植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，但如果不用清水處理不發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。但在0.3g/mL的KNO₃溶液中，植物細(xì)胞質(zhì)壁分離后會(huì)發(fā)生自動(dòng)復(fù)原的現(xiàn)象。教師引導(dǎo)學(xué)生分析其中的原因。（原因是植物細(xì)胞能通過主動(dòng)運(yùn)輸吸收鉀離子、硝酸根離子進(jìn)入細(xì)胞液，使細(xì)胞液濃度升高，細(xì)胞吸水，質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原。）

（5）教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生分析：若使用質(zhì)量濃度為1mol/L的醋酸溶液代替蔗糖溶液，又會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？（細(xì)胞不發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。因?yàn)榇姿崮軞⑺兰?xì)胞，使原生質(zhì)層失去選擇透過性）

7.教學(xué)反思

本節(jié)“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)課是現(xiàn)行高中必修教材中學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一。本節(jié)課培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象和結(jié)果的分析能力，從提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、觀察分析能力人手，達(dá)到提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的目的。

本節(jié)課增加了學(xué)生自主探究的內(nèi)容——不同濃度的試劑對(duì)同一種植物材料失水和吸水的影響、不同試劑對(duì)同一種植物材料失水和吸水的影響；用綠色植物的葉肉細(xì)胞、無色的洋蔥表皮細(xì)胞代替紫色洋蔥外表皮細(xì)胞、用質(zhì)量濃度為0.3g/mL的KNO₃溶液和1mol/L的醋酸溶液代替蔗糖溶液探究對(duì)植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的影響。通過引導(dǎo)學(xué)生課外查閱資料（其中包括改變?cè)噭舛群蛽Q用其他試劑）之后，分組討論得出（選定不同濃度的蔗糖溶液，分別進(jìn)行質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)）可行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。