科学家访谈　探索生物大分子的奥秘全国优秀课堂实录

探究《植物细胞的吸水和失水》实验教学设计

一、实验内容分析

本节课选自人教版普通高中生物学必修1 《分子与细胞》第4章第1节“物质跨膜运输的实例”，是在第三章《细胞的基本结构》的基础上对细胞功能的认识；同时也为进一步学习细胞膜结构和物质跨膜运输方式奠定了基础。新课程标准中对这部分的要求是“通过观察植物细胞质壁分离和复原的教学活动，分析现象发生的条件、原因、阐明质膜具有选择透过性。教材中以水为例，安排了一个探究实验“植物细胞的吸水和失水”，这是高中教材中的第1个探究实验。本节课是在教材实验的基础上引导学生发现的新问题：①同一试剂处理不同材料，细胞质壁分离的效果相同吗？②同一质量浓度的不同试剂处理同一材料，细胞质壁分离的效果相同吗？根据发现的新问题，引导学生进一步进行探究实验进行验证。

二、学情分析

学生在学习了细胞膜的功能和渗透作用的原理后，对植物细胞的吸水和失水已经有所了解，并有一些生活经验例如：萝卜咸菜腌制等。此外，学生也已经系统学习植物细胞吸水和失水的基本原理、条件及质壁分离的内因和外因，为实验操作课打下了良好的理论基础。

与平时理论课相比，实验课有更高的吸引力，学生学习的积极性也更高。在实验设计思路及具体的实验操作方法上，需要教师对学生给予适当的讲解和指引，并指导学生对实验现象、实验数据进行如实的记录、合理的处理、分析和归纳，从而得出正确的实验结论。

三

、设计思路

本节课以质壁分离实验为基础，旨在引导学生运用科学的思维，针对实验现象进行观察、提出问题、并设计实验方案对问题进行科学探究、实施方案后引导学生对实验结果进行分析和归纳，从而提高学生的“科学思维和科学探究”两方面的学科核心素养。

教材中仅提供了紫色的洋葱鳞片叶（选用外表皮）、质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、蒸馏水为实验材料用具介绍了植物细胞吸水和失水，这在一定程度上限制了学生的思维，因此，教师引导学生从不同的实验材料、试剂的选择等问题上进行思考。

①教师提供生活中较易获得的3种材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮（大液泡紫色）、内表皮（无色）、黑藻（细胞质中的叶绿体绿色）。学生通过观察“同一试剂处理不同材料，细胞质壁分离的效果”，理解在细胞液浓度小于外界溶液浓度时，成熟的植物细胞就能失水而发生质壁分离现象，从而归纳发生质壁分离的条件是：活细胞，有细胞壁、大液泡、浓度差等条件。教师进一步引导学生分析得出：观察不同实验材料细胞的质壁分离现象，观察部位、操作技巧不同。如在本实验中：紫色洋葱鳞片叶外表皮（观察大液泡的颜色）、黑藻（观察细胞质中叶绿体的颜色）、内表皮（通过调暗视野，观察大液泡）。通过本实验的对比分析，学生能从中找到更适合做质壁分离的实验材料，并能从观察部位，颜色、观察实验现象的难易程度，实验效果等方面说明理由。此外，学生还能设计实验测定细胞液的浓度、判断细胞的死活等。

②教师通过提供3种质量浓度相同的不同种类的试剂：0.15g/mL的蔗糖溶液、0.15g/mL的葡萄糖溶液，0.15g/mL的硝酸钾溶液，学生通过合作完成

“探究同一质量浓度的不同试剂处理同一材料，细胞质壁分离的效果”这个实验，经过分享交流后，学生能归纳出所用试剂和质壁分离程度关系的规律：相同质量浓度的溶液，溶质分子的相对分子量越大，细胞失水越少，质壁分离现象越不明显；反之，溶质分子的相对分子量越小，细胞失水越多，质壁分离现象越明显。学生可以去

思考这一现象背后的原因：相同质量浓度下，溶质相对分子质量大的溶液，摩尔浓度越小；反之，溶质相对分子质量小的溶液，摩尔浓度越大。学生未必能思考出这一点，但是这为学生后续学习溶液的“渗透压”这一概念埋下伏笔，同时，也让学生对“细胞液与外界环境之间的浓度差”有了更深层次的理解。

结合理论知识，通过进一步的思考和讨论分析，学生能归纳出选择实验试剂需要注意：试剂浓度适当高于细胞液浓度，试剂对细胞不能有伤害作用等，若溶质分子能被细胞吸收，细胞发生质壁分离后可以自动复原；从而阐明质膜具有选择透过性。

四、教学目标

（1）知识性目标

①理解质量浓度相同的同种试剂处理不同的实验材料，细胞发生质壁分离的效果不同。

②理解质量浓度相同浓度的不同试剂处理相同的实验材料，细胞发生质壁分离的效果不同。

（2）技能性目标

①通过观察“不同材料细胞的质壁分离和复原”，能熟练掌握显微镜的操作技巧。

②通过对“不同试剂处理相同材料细胞的质壁分离”

实验现象的观察、记录和分析，

掌握对实验现象、实验数据进行分析、处理和归纳的方法。

（3）情感态度价值观目标

①通过体验科学探究，学生乐于对科学实验进行质疑、求实、创新。

②通过小组合作探究，学生养成团结互助的良好品质。

五、教学重难点

①引导学生实施探究实验，深入理解质壁分离发生的条件和原因。

②找出不同实验材料的细胞发生质壁分离的观察指标并掌握用显微镜观察的技巧；

③理解质量浓度相同的不同种试剂处理，细胞发生质壁分离的效果不同。

六、课前准备：

（1）实验课前，教师要求学生复习渗透作用原理及其发生条件，并做好预习，理解实验原理，了解实验目的要求和方法步骤；

（2）材料器具：紫色洋葱鳞片叶（含内外表皮）、黑藻等。质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、

0.15g/mL的蔗糖溶液、0.15g/mL的葡萄糖溶液，0.15g/mL的硝酸钾溶液、蒸馏水等。载玻片、盖玻片、显微镜及其他实验器材等。

七、教学方法：合作式探究教学法

八、教学过程

教学环节

学生活动

联系所学知识，认真思考，作出假设，并填在学案上。

教师活动

设问：

1.相同质量浓度的蔗糖溶液处理不同的材料，细胞质壁分离的效果一样吗？

2.质量浓度相同的不同试剂处理洋葱鳞片叶外表皮，细胞质壁分离的效果一样吗？

3.引导学生作出假设

设计意图

为引出本节课的主题做了铺垫。

一直奔主题

导入课堂

二、明确分组

知晓任务

根据老师的指引，明确分组和探究任务

掌握实验基本操作思路：

1. 观察正常情况下的细胞；

2.将植物细胞浸润在较高浓度的溶液中，观察其变化；

3.再将细胞浸润在清水中，观察其变化。

1.

对学生进行分组并明确任务：

明确任务和实验步骤，有利于实验的顺利开展。

注意：记录数据6~8人为一组,共用一个表

2.讲解质壁分离和复原的实验操作步骤

1.制作临时装片

2.在显微镜下观察细胞初始状态：

3.观察植物细胞失水（质壁分离）状态

4.观察植物细胞吸水（质壁分离复原）状态

(注意：滴加液体和引流法操作的全过程

均在载物台上进行，观察应该是同一个视野的细胞) 提出实验要求：根据所给材料，10分钟内完成质壁分离与复原实验。并完成实验表格1的填写。

1.提供紫色洋葱鳞片叶外表皮、内表皮、黑藻小叶等材料；质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、蒸馏水等及其他所需实验器材。

2.引导学生进行质壁分离和复原的实验操作。

3.提醒同学们实验过程中应遵循：单一变量、等量原则。

提出实验要求：根据所给试剂，10分钟内完成质壁分离与复原实验。并完成实验表格2的填写。

1.提供紫色洋葱鳞片叶；质量浓度为0.15g/mL的蔗糖溶液、0.15g/mL的葡萄糖溶液、0.15g/mL的硝酸钾溶液、蒸馏水等及其他所需实验器材。

2.引导学生进行质壁分离和复原的实验操作。

3.提醒同学们实验过程中应遵循：单一变量、等量原则。

A组同学：

1.选择其中一种材料，利用所提供课题1：

探究不同材料的质壁分离效果

的试剂和实验用具进行规范的实验操作。

2.6-8人组内确保每种材料都有2位同学进行实验，时间充裕的同学可选择多种材料进行实验

3.记录实验现象和结果等，完成“实验记录表格1”的填写。

B组同学：

1.选择其中一种试剂，以洋葱为实课题2：验材料，进行规范的实验操作。

探究不同试剂对质壁分离效果的影响

2.6-8人组内确保每种试剂都有2位同学进行实验，时间充裕的同学可选择多种材料进行实验

3.记录实验现象和结果等，完成“实验记录表格2”的填写。

学生能主动合作，并实施探究方案，如实的记录实验结果，有利于提高科学探究的核心素养。

三、

实

验

探

究

过

程

学生能主动合作，并实施探究方案，如实的记录实验结果，有利于提高科学探究的核心素养。

四、

交

流

与

分

享

1.以6-人组为单位，派代表展示

小组的实验成果。

课题1：2.综合分析不同组别的实验结果，探究不同材料的质壁分离效果

主动思考问题，尝试做出回答。

总结出选择质壁分离实验材料需要注意以下几点。

有细胞壁和大液泡

有颜色，细胞大。

1.汇总各小组结果，并投影展示。

2.必要时，引导学生思考以下问题：

①不同材料的细胞在同一质量浓度（0.3g/ml）的蔗糖溶液中，细胞质壁分离的程度相同吗？可能的原因是什么？

②通过这个实验，你能否设计出一个测定细胞液浓度的实验方案？请简单描述。

学生能如实的用科学术语或文字、符号等形式呈现实验结果，分析、讨论后得出实验结论，有利于提高学生科学探究和科学③在本实验中，洋葱鳞片叶外表皮、内表皮和黑藻三种材料观察的部位分别是？

【归纳】质壁分离与复原的条件：

半透膜、浓度差、有细胞壁、有液泡、保持细胞活性

（即活的成熟的植物细胞）

1.以6-8人组为单位，展示小组的实验成果。

2.主动思考问题，尝试做出回答。①根据实际情况进行回答。

②.细胞无颜色，不好观察；试剂浓度不够大，不足以引起细胞发生质壁分离；浓度过高，细胞已经死亡等。

③.当细胞外液浓度远远大于细胞液浓度，细胞会失水过多死亡。此时及时降低细胞外液浓度，细胞也不会发生质壁分离复原现象。可用于判断细胞死活。

④能让细胞主动吸收离子的溶液。

说明观察植物细胞的质壁分离和复原，选材上要有什么要求？

思维的核心素养。

1.

汇总各小组结果，并投影显示。

2..

必要时，引导学生思考以下问题

①你做出的实验结果与你的假设相符吗？为什么？

②为什么经过某些试剂处理细胞后，无法观察到植物细胞发生质壁分离，可能的原因是什么？

③为什么滴加清水后，有些发生了质壁分离的细胞不会复原？可应用在哪方面？

④除了滴加清水，有些试剂可以让发生质壁分离的细胞自动复原，为什么？

进一步理解发生质壁分离及复原的原理、条件，尝试解释生活、生产中的相关现象。

四、

交

流

与

分

课题2：享

探究不同试剂对质壁分离效果的影响

⑤通过课题2的实验探究，你可以发现质壁分离程度和试剂之间有什么规律？

3.提问：综合分析不同组别的实验结果，总结选择质壁分离实验试剂需要注意哪些方面？

⑤随着溶质相对分子质量的逐渐增大，质壁分离程度逐渐减弱。

3.选择质壁分离实验试剂需要注意以下几点：

外界溶液浓度适当比细胞液高，

溶液对细胞无伤害；若溶质被细胞吸收，则发生自动复原。

九、板书设计

十、学案设计

探究《植物细胞的失水和吸水》A组(6-8人) 1.

提出问题：0.3g/ml的蔗糖溶液处理不同的材料，细胞质壁分离的效果一样吗？

2.

做出假设：_____________________________________________________________你的依据是：___________________________________________________________ 3.

进行实验并完成实验记录表格的填写

表格1：不同材料的质壁分离效果的比较（相同时间）

材料

观察并描述细胞的

初始状态和现象

洋葱鳞片叶外表皮

洋葱鳞片叶

内表皮

黑藻小叶

0.3g/ml蔗糖溶液处理

细胞质壁分离的程度

（用“+”的数量表示）

加清水后能否复原

（用

“✔”表示））

4.综合分析以上实验结果，质壁分离发生的条件：_________________________________________ 质壁分离实验中，选择材料需要注意：____________________________________________________

表达与交流

1、请将你本节课的收获写在以下的空白处。

2、将实验结果与同学分享，并提出你仍然存在疑问的地方，互相讨论解决问题。

探究《植物细胞的失水和吸水》B组(6-8人)

1.

提出问题：质量浓度相同的不同试剂处理洋葱鳞片叶外表皮，细胞质壁分离的效果一样吗？

2.

作出假设：_____________________________________________________________你的依据是：___________________________________________________________ 3.

进行实验并完成实验记录表格的填写

表2：不同试剂对洋葱鳞片叶外表皮质壁分离实验效果的影响（相同时间）

试剂

发生质壁分离的细胞数

（用“+”的数量表示）

细胞质壁分离的程度

（用“+”的数量表示）

能否自动复原

加清水后能否复原

（用

“✔”表示）

（用

“✔”表示））

0.15g/ml 蔗糖溶液

0.15g/ml 葡萄糖溶液

0.15g/ml 硝酸钾溶液

4.综合分析以上实验结果，你能得出什么规律：___________________________________________ 质壁分离实验中，选择试剂需要注意：__________________________________________________

表达与交流

1、请将你本节课的收获写在以下的空白处。

2、将实验结果与同学分享，并提出你仍然存在疑问的地方，互相讨论解决问题。