探究“植物细胞的吸水和失水”一、教材分析1、教材地位和作用人教版高中生物分子与细胞(必修1)的探究植物细胞吸水和失水的实验，是倡导探究性学习、发展学生核心素养的良好素材。本实验以植物细胞的吸水和失水为知识点进行探究，重在让学生通过探究活动发现原生质层是否相当于一层半透膜，以及水分子进出细胞的条件等问题。探究植物细胞的吸水和失水实验重在做好引导，学生能够提出问题，作出假设，体验实验的科学方法和理性思维过程。2、教学目标（1）知识目标：学生通过探究实验，能理解植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；并能说出在什么情况下植物细胞吸水和失水。学生理解植物细胞发生吸水和失水的原理和条件。（2）能力目标：学生获得植物生命活动需要水这个生命观，以及植物细胞吸水和失水与其结构密切相关的结构与功能相适应的生物学观点。学生掌握基本的科学方法，具有批判性思维品质；能提出科学问题，寻求证据、合理解释；在探究过程中能与人良好地合作交流。（3）情感、态度和价值观目标：学生在实验操作和现象分析中具有尊重事实的科学态度和理性质疑的科学精神，理解科学的本质。学生在对农作物浇水和施肥的实际例子中体现出愿意并能在社会生活中运用所掌握的知识、方法解释生命现象，做出合理的决策，关注生物学与社会的关系。 3、重点难点（1）重点：教师通过帮助学生尝试提出问题，作出假设等，体验科学探究的过程。教师引导学生自主设计实验方案，并进行小组间的合作与交流。（2）难点：学生如何提出问题和作出假设。学生如何进行有效的小组合作学习并进行交流。二、学情分析 高二学生已经学习了渗透作用的条件和原理等相关的理论知识，并能分析动物细胞吸水和失水的情况。在日常生活经验（例如：农业生产中植物的“烧苗”现象等）已获得了一些直观的认识，但对植物细胞吸水和失水的基本原理、所需要的条件，缺乏感性认识。学生的动手操作能力较差，探究创新和设计实验能力较为薄弱。通过本节课引导学生探究实验，让学生在观察教师演示实验和教师引导下的探究实验，尝试提高创新设计实验的能力和发展学生的核心素养。三、教学方法 为了让学生通过在教师引导下的探究活动，自主发现原生质层是否相当于一层半透膜，以及水分子进出细胞的条件等问题，采用了以下方法： 层进设问法：通过设问题串，例如：植物细胞是否具有渗透吸水和失水的条件？植物细胞的吸水和失水与动物细胞有何不同？这个过程我们应该看细胞什么的结构变化？等等，步步引导组织学生动手做探究实验，提高学生实际动手能力，并让学生掌握探究实验的基本过程。 类比推理教学法：让学生通过渗透装置和动物细胞吸水和失水的情况来类比推理如何让细胞处于失水状态，让学生了解所用教材的作用并会应用。 自主合作探究法 ：四个人为一组进行合作学习，共同分享实验现象和分析，把渗透作用的原理这个难点直接感知，突破此难点。使学生的形象思维和抽象思维相结合，形成深刻的印象。注重培养学生独立观察、发现问题、探索交流的能力。多鼓励学生相互讨论，取长补短，并进行归纳总结，充分发挥学生的智慧。四、学法指导在学法上，从学生的心理、知识障碍和兴趣上进行分析并采用以下方法：动手实践法：看不如说，说不如做，自己操作，才知道问题在哪里，才去想怎样才能达到预期效果。 观察法：让学生仔细观察实验结果。 交流学习法：通过合作学习小组的形式展开交流，锻炼学生的语言表达能力和自信心，把成功分享给大家，激发学生探究创新的动力和学习的兴趣。五、设计思路本节课是人教版高中生物必修一物质跨膜运输的实例中的探究实验，也是必修部分第一个探究实验。本实验以植物细胞的吸水和失水为知识点进行探究，重在让学生通过探究活动发现原生质层是否相当于一层半透膜，以及水分子进出细胞的条件等问题。探究植物细胞的吸水和失水实验重在做好引导，要求学生能够提出问题，作出假设，体验实验的科学方法和思维过程。本节课的创新点在于：通过在白萝卜条的吸水和失水的演示实验中，学生形成植物细胞的生命活动需要水分的基本生命观；在探究植物细胞需要具备的渗透作用的条件才能吸水和失水的过程中，学生认识到植物细胞的吸水和失水的功能与其细胞结构中的原生质层等结构相适应的观点；在探究植物细胞中原生质层是否能充当半透膜的实验设计过程中，学生掌握科学探究的一般步骤，从提出问题，作出假设，设计实验，进行实验，分析结果，表达与交流的一般步骤中体会科学探究中蕴含的理性思维。在从对农作物施肥的过程中提出对植物细胞细胞液浓度的范围再探究中，通过小组合作学习，共同研究探究方案。六、教学过程（一）【情境创设】教师引导：前面我们以哺乳动物成熟的红细胞为例，学习了动物细胞的吸水和失水，我们知道这是水分子发生的什么作用？那么植物细胞会不会发生吸水和失水呢？学生回答：这是水分子的渗透作用。猜测：植物细胞会发生吸水和失水。（二）【演示实验】1、“白萝卜条渗透吸水和失水”演示实验步骤：（1）教师：事先用相同孔径的打孔器制出大小相同的白萝卜条。提问：用相同孔径的打孔器的目的？白萝卜条演示的是植物细胞的什么过程？学生回答：得到的白萝卜条直径体积大小相同。白萝卜条的吸水和失水。（2）教师：将白萝卜条分别放入等量的水和浓度分别为0.1g/mL 、0.2g/mL 、0.3g/mL的蔗糖溶液中。教师引导学生回顾：哺乳动物成熟的红细胞吸水和失水情况。 学生分析：动物细胞中（1）外界溶液浓度 细胞质浓度，细胞失水，皱缩。教师引导学生预测实验现象：溶液现象清水吸水膨胀0.1g/mL的蔗糖溶液轻微失水皱缩0.2g/mL的蔗糖溶液失水皱缩0.3g/mL的蔗糖溶液失水皱缩最明显（3）等待5min后观察实验现象。等待的5min里对演示实验进行分析和现象预测。教师引导：观察现象，引导学生如何判断白萝卜条大小的变化？学生回答：用同一个打孔器制出的白萝卜条进行对照；由于白萝卜条直径与打孔器的口径相同，可以以是否能重新放回打孔器来判断。（4）5min后分别取出白萝卜条，放回打孔器。学生观察回答：白萝卜条变化水0.1g/mL蔗糖0.2g/mL蔗糖0.3g/mL蔗糖能否放回打孔器不能较容易容易很容易体积大小变化变大变小变小变小2、得出结论：在原生质层作为半透膜的前提下，原生质层两侧具有浓度差，植物细胞在水中发生吸水，在蔗糖溶液中发生失水，失水情况取决于浓度差。设计意图：引导学生设置对照实验，并让学生有浓度梯度的意识，为后面探究实验的设计提供思路。（三）【探究实验】1、 教师引导学生回顾白萝卜条的演示实验并设疑：（1）植物细胞是否具有渗透吸水和失水的条件？（2）植物细胞的吸水和失水与动物细胞有何不同？ 学生分析：渗透作用发生的条件（1）具有半透膜；（2）半透膜两侧的溶液具有浓度差。以动物细胞的吸水和失水的例子类比推理： 动物细胞中半透膜是细胞膜。植物细胞中的半透膜可能是细胞内外溶液之间的某个结构。成熟的植物细胞有大液泡，细胞内的液体主要指液泡内的细胞液，植物细胞有细胞壁。2、教师展示：植物细胞的结构及原生质层与细胞壁的位置。 学生分析：由于细胞壁是全透性的，于是推测原生质层相当于半透膜。植物细胞要发生渗透作用，需要设置与细胞液浓度不同的外界溶液，外界溶液最低的是清水，其他外界溶液可以用白萝卜条演示实验中已经配置好的三种浓度梯度的蔗糖溶液。3、教师引导：植物细胞可以发生吸水和吸水，但原生质层到底是不是半透膜呢？植物细胞的吸水和失水情况与动物细胞有没有区别呢？我们还要设计其他实验进行探究，这个作为讨论题，合作学习小组进行讨论。教师引导学生按照探究实验的一般步骤进行探究并提供实验材料。 学生进行探究实验：（1）提出问题：植物细胞中什么结构作为半透膜？（2）作出假设：原生质层相当于半透膜。（3）设计实验：按照四人一组的合作学习小组开展对实验探究的讨论：分别将黑藻细胞制作成临时装片，分别浸润在清水、0.1g/mL的蔗糖溶液、0.2g/mL的蔗糖溶液、0.3g/mL的蔗糖溶液中，比较现象。（4）进行实验：四人一组的合作学习小组形式，制作临时装片，每人一个浓度，显微镜观察。教师用手机拍照记录下学生的显微镜先的装片，并连接电脑将照片展示给全班。（5）观察结果：黑藻细胞装片水0.1g/mL蔗糖0.2g/mL蔗糖0.3g/mL蔗糖中央液泡大小变大轻微变小变小变小明显原生质层的位置紧贴细胞壁原生质层脱离细胞壁（轻微）原生质层脱离细胞壁原生质层脱离细胞壁（明显）细胞大小基本不变基本不变基本不变基本不变学生显微镜观察临时装片的照片（6）得出结论：原生质层相当于半透膜。（7）表达与交流：植物细胞细胞壁位置基本不变，说明细胞壁伸缩性小。外界溶液浓度 细胞液浓度，细胞失水，质壁分离。教师引导：若将已经发生质壁分离的植物细胞重新浸润在清水中，将会发生什么现象？学生分析：外界溶液浓度 细胞液浓度，细胞吸水，质壁分离的复原。 教师播放FLASH动画：植物细胞的质壁分离及复原。 学生通过动画播放，巩固知识点并得出结论：成熟的植物细胞就是一个渗透系统。（四）教师引导学生归纳科学探究的一般步骤1、提出问题2、作出假设（根据理论及实践经验进行有依据的假设）3、设计实验（设计方案、预期结果）4、进行实验（按预定方案进行实验）5、分析结果（分析实验结果，得出结论）6、表达与交流（总结，写实验报告并适当交流）（五）联系实际再探究教师联系实际，展示农作物浇水和施肥的例子，提出对农作物进行浇水和施肥时的注意事项，特别是施肥的浓度如果过高，农作物将会渗透失水过多而出现“烧苗”现象。学生引发思考：施肥溶液相当于外界溶液，施肥的浓度取决于它与植物细胞的细胞液浓度的浓度差。教师提出再探究问题：植物细胞的细胞液浓度如何测定出范围？学生合作学习讨论：合作学习小组代表表述探究实验方案参考方案：（1）实验原理：水分的渗透作用（2）方法步骤： 配制蔗糖溶液：配制一系列梯度浓度的蔗糖溶液； 制作装片：分别用上述浓度的蔗糖溶液制成洋葱表皮细胞装片； 观察装片：用显微镜按蔗糖溶液的浓度梯度逐个观察装片； 结论：该洋葱表皮细胞的细胞液的浓度是介于能引起与不能引起细胞质壁分离的两种相邻浓度溶液的浓度之间。（六）大家谈谈这节课的收获1、学生谈感受： 2、教师谈感受，并总结本节课的收获，发展学生的核心素养。（1）植物生命活动需要水，通过渗透作用吸水和失水。（2）通过小组合作学习，共同研究探究方案。（3）通过探究实验，掌握科学探究的一般步骤。七、教学反思本节课的创新点在于：通过在白萝卜条的吸水和失水的演示实验中，学生形成植物细胞的生命活动需要水分的基本生命观；在探究植物细胞需要具备的渗透作用的条件才能吸水和失水的过程中，学生认识到植物细胞的吸水和失水的功能与其细胞结构中的原生质层等结构相适应的观点；在探究植物细胞中原生质层是否能充当半透膜的实验设计过程中，学生掌握科学探究的一般步骤，从提出问题，作出假设，设计实验，进行实验，分析结果，表达与交流的一般步骤中体会科学探究中蕴含的理性思维。在从对农作物施肥的过程中提出对植物细胞细胞液浓度的范围再探究中，通过小组合作学习，共同研究探究方案。探究实验的目的并不在于学生得到完全一