全章复习与测试优秀公开课教案

植物细胞的吸水和失水实验改进与创新

河北栾城中学

连学昭

一、理论背景

课程改革的关键在于实施，而实施的关键在于课堂。当前高中生物教学中尽管改革不断深化，课堂的人文性有所加强，但生物课堂教学效率低下，低效教学甚至无效教学在传统的教学中仍然大量存在。因此当前亟待解决的问题就是如何实现有效教学，以尽可能少的时间、精力和物力投入，取得尽可能多的教学效果。从而实现特定的教学目标，满足社会和个人的教学价值需求而组织的实施的教学活动。在教学过程中得到有效果、有效率、有效益。

二、教材分析

本课题为必修1《分子与细胞》课标内容第三章的代谢第二节物质出入细胞的方式的活动。本实验是在学习扩散和渗透、被动运输、主动运输知识的基础上，利用植物细胞质壁分离及质壁分离复原实验强化渗透作用原理，同时也是对物质出入细胞方式这块内容的升华。本实验也是在初中《科学》“根对水分的吸收”的基础上进一步学习植物的水分代谢过程。同时也与后面学习的细胞呼吸作用和光合作用存在一定程度的联系，是植物体新陈代谢的基础。

三、学情分析

在此之前，学生已经熟悉了细胞膜及各种细胞器的结构及功能、细胞膜的制备实验，并基本掌握临时装片的制作和显微镜的使用等技能，这些都为本节课的学习打下了坚实的基础。但是由于只是结构以及思维方法的限制，学生对生活现象的观察、思考，以及进一步提出问题、作出假设、设计实验等方面会有一定的难度。

四、教学目标

高中生物课程标准的基本理念中明确指出倡导探究性学习和注重与现实生活的联系。结合《学科教学指导意见》：在进行“活动：观察洋葱表皮细胞质壁分离及质壁分离复原”时，尝试排除观察中各种无关因素的干扰，善于发现问题并积极参与讨论，探求新知。尝试从不同角度思考、分析和观察的现象，树立实事求是的科学态度；解释植物细胞质壁分离及质壁分离复原的现象。

1.知识目标：

阐明制作临时装片的基本方法步骤和植物细胞的基本结构和功能。

2.能力目标：

尝试自己制作临时装片，运用显微镜观察植物细胞并试着绘制植物细胞结构简图。

3.情感目标：

明确实事求是的科学态度，养成细致观察的习惯，体会与人交流和合作学习带来的乐趣。

通过实验结果和现象观察，养成实事求是的科学态度；培养不断探求新知的精神和合作精神。

五、教学重点与难点

1.教学重点：观察植物细胞质壁分离与复原的方法；理解植物细胞发生质壁分离与质壁分离复原的原理和实质。

2.教学难点：植物细胞临时装片的制作；临时装片吸水引流的操作；熟练掌握高倍显微镜的使用方法，更好地理解植物细胞发生渗透作用的原理，直观感受质壁分离与复原的过程。

六、教学过程

探究实验的目的不是仅仅实验后给学生一个最终的结论，而更关注学生能否真正参与探究活动中来，更注重学生进行探究的全过程。譬如要求学生边实验、边记录，这样能如实反映学生在实验过程中的参与度，养成良好的实验素质。

“植物细胞的吸水和失水”实验是人教版必修一中的第一个探究实验，但是教材中有关的“材料用具”已经给出，学生有初中科学探究的基础，很快完成实验，缺少探究的成分。

爱因斯坦说“科学是探求意义的过程”。教师在课堂教学时应该积极创设良好的学习氛围，即勇于创新、乐于创新、善于创新，让学生体会成功的喜悦，学会科学的思考和研究方法。因此，组织学生通过自己探究，选取合适的实验材料，由学生自己提出问题，整理归纳后主要有3类：选择紫色洋葱鳞片叶外表皮作为观察对象的原因？为什么要用蔗糖溶液呢？能否用其他溶液代替？蔗糖溶液浓度必须为0.3g/ml？其他浓度的蔗糖溶液代替可以吗？

按照学生提出的问题及实验设计，实验室准备相应的实验材料及器具：紫色洋葱鳞片叶外表皮、紫色洋葱鳞片叶内表皮、洋葱根尖、马齿苋、0.3g/ml 白糖溶液、0.3g/ml 葡萄糖溶液、0.3g/ml 硝酸钾溶液、0.1g/ml、0.3g/ml、0.5g/ml、0.7g/ml的蔗糖溶液，清水、显微镜、吸水纸、载玻片、盖玻片。

1.关于实验材料的探究

问题1：就第一个问题“能否选取其他材料来做本实验”，设置第一个对照实验。具体方案是准备紫色洋葱鳞片叶外表皮、紫色洋葱鳞片叶内表皮、洋葱根尖、马齿苋，均使用0.3g/ml蔗糖溶液作为分离液，通过实验现象的对比得出结论。实验结果及结论总结如下：

紫色洋葱鳞片叶外表皮质壁分离程度显而易见，几分钟后滴加清水，可以诱发复原；洋葱内表皮分离现象很显著，短时间后滴加清水，便可诱导质壁分离，但因为表皮颜色浅不易清楚地观察到现象；洋葱根尖的分生区不出现质壁分离现象，当然也就谈不上复原；马齿苋茎部细胞的质壁分离程度很明显，几分钟后滴加清水，快速发生复原。将取材及观察效果对比分析，总结如下

材料

质壁分离程度

复原状况

说明

紫色洋葱鳞片叶外表皮

分离明显

复原

易取材、观察

紫色洋葱鳞片叶内表皮

分离明显

复原

易取材、不易观察

不宜选用

洋葱根尖

不分离

取材、观察均不易

不能选用

马齿苋

分离明显

复原

材料受季节限制、不易取材、易观察

宜选用

结论

宜选用

使用紫洋葱作实验材料，这是因为紫洋葱液泡中含有花青素，无需染色在显微镜下即可观察到细胞结构。但在实验过程中有两个问题会影响实验结果。首先，洋葱鳞片叶外层颜色深内层颜色浅，最里面几乎是白色的，所以只有用外面的1~2层鳞片叶能够获得最佳的实验效果，但这样会造成较大浪费，提高实验成本；其次，内层幼嫩的鳞片叶，其叶肉细胞与表皮细胞紧密结合难以剥离，学生撕取外表皮细胞时常常附着大量叶肉细胞而影响观察效果。据此改进创新实验目的，请学生针对这些问题进行自主探究。学生经过小组讨论、合作探究，最后得出解决方案。其中最为简便易行的是将实验材料提前进行预处理即将洋葱纵剖为两半，把鳞片叶一片片剥离下来，外表皮朝上排放好，置于窗台等见光处晾晒两三天左右，叶肉细胞因蒸腾作用散失水分而与表皮细胞渐渐分离，此时撕取表皮细胞成功率较高。此方案不仅利于操作而且蒸发适量水分后细胞液泡颜色变深观察效果更佳。有的小组给出温馨提示：不可在阳光下暴晒，不可晾晒实践过长，否则洋葱表皮细胞失水严重而出现质壁分离现象，无法观察到正常情况下的植物细胞形态。

2.关于分离液种类的探究

根据是否可以用其他溶液代替0.3g／mL的蔗糖溶液，我们选择了同种浓度的四种溶液：蔗糖溶液、白糖溶液、葡萄糖溶液以及硝酸钾溶液。这样既有较大分子的物质，又有小分子物质和离子化合物，材料选择比较全面。

蔗糖溶液：在2～3 min后，细胞便发生了明显的质壁分离现象。1～2 min后，滴加清

水对照，进行诱发复原，在较短时问内，细胞发生质壁分离的复原；

用白糖溶液：其现象大致与蔗糖溶液相似；

葡萄糖溶液：在2～3min后，细胞同样会发生质壁分离现象，不需滴加清水，2～3min后，细胞会自动复原；

硝酸钾溶液：其现象大致与葡萄糖溶液相似。归纳总结如下：

溶液种类（0.3g/ml）

质壁分离程度

复原状况

说明

结论

蔗糖

明显分离

诱发复原

分子较大不能进入细胞

宜选用

白糖

明显分离

诱发复原

分子较大不能进入细胞

宜选用

葡萄糖

明显分离

自动复原

小分子能进入细胞

不宜选用

硝酸钾

明显分离

自动复原

离子能进入细胞

不宜选用

小结：为了便于观察现象和控制实验步骤，适宜选择白糖或蔗糖溶液。

3.关于分离液浓度的探究

问题3：就第三个问题“能否选择其他不同浓度的蔗糖溶液替代0.3g/ml的浓度”进行实验，安排第三个实验。选择紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料，将蔗糖溶液设置不同的浓度梯度：如0.1g/ml、0.3g/ml、0.5g/ml、0.7g/ml的蔗糖溶液，观察实验结果得出实验结论。

0.1g/ml的蔗糖溶液：细胞发生轻微的质壁分离，但现象不明显，几分钟后滴加清水，复原较慢；

0.3g/ml的蔗糖溶液：分离较明显，有一部分细胞原生质层已经完全脱离细胞壁，几分钟后滴加清水，复原较快；

0.5g/ml的蔗糖溶液：分离很明显，几分钟后滴加清水，不能发生质壁分离复原；

0.7g/ml的蔗糖溶液：分离现象更加明显，几分钟后滴加清水，不能发生质壁分离复原。归纳如下：

蔗糖溶液（g/ml) 质壁分离程度

复原状况

说明

结论

0.1 轻微分离

发生复原

细胞存活

不宜选用

0.3 明显分离

发生复原

细胞存活

宜选用

0.5 明显分离

不复原

细胞死亡

不能选用

0.7 明显分离

不复原

细胞死亡

不能选用

为了观察质壁分离复原现象，不能采用0.5g/ml或0.7g/ml的蔗糖溶液（使细胞失水过多而死亡），而0.1g/ml的溶液分离现象不明显，且用时过长，所以最好选用0.3g/ml的蔗糖溶液来观察植物细胞质壁分离现象。

如上所述，探究实验的目的并非只得到一个结果或结论，更注重让学生加入探究实验的每一个步骤，养成一丝不苟的科学研究习惯，使学生的创新意识得到展现而受益终身。本实验从问题的提出、假设商定，再到设计实验、完成实验以及得出相关结论等，均为学生一步步自主完成。在这样的学习过程中，学生主动进行探究实实践，独立思考与小组合作并举，学生间相互的思维碰撞迸发出智慧的火花，磨炼学生客服困难，百折不挠的意志品质，增强实验设计的能力，明显提高创新意识和实践能力。