視頻簡介：
視頻標簽：模擬上課,無生課堂
所屬欄目：模擬課、微型課及試講
視頻課題：全國高中生物實驗教學(xué)微課模擬上課講課視頻錄像（無生課堂）《植物細胞的吸水和失水實驗的探究和改進》易沭彤-廣西柳州
教學(xué)設(shè)計、課堂實錄及教案：第五屆全國高中生物實驗教學(xué)微課模擬上課講課視頻錄像（無生課堂）《植物細胞的吸水和失水實驗的探究和改進》易沭彤廣西柳州市第一中學(xué)高中生物
2017年全國中小學(xué)實驗教學(xué)說課活動 高中生物 柳州市第一中學(xué) 易沭彤
植物細胞的吸水和失水實驗的探究與改進
柳州市第一中學(xué) 易沭彤
一、使用教材
人教版高中《生物必修一》第四章第一節(jié)。
二、實驗器材
數(shù)碼顯微鏡、Motic數(shù)碼顯微交互系統(tǒng)、載玻片、蓋玻片、鑷子、培養(yǎng)皿、燒杯、滴管、切絲器
黑墨水、藍墨水、紅墨水
細葉蜈蚣草、洋蔥、蔥花、蘿卜以及學(xué)生自帶的實驗材料等。
三、實驗創(chuàng)新與改進要點
創(chuàng)新點一、自制“心花怒放”魔術(shù)實驗導(dǎo)入，激發(fā)興趣。
圖1 “心花怒放”魔術(shù)實驗
創(chuàng)新點二、教材實驗材料——紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞，不能清晰的觀察原生質(zhì)層，也不能直觀地看出外界溶液是否透過細胞壁，經(jīng)過將多種材料比較之后，選擇了細葉蜈蚣草為實驗材料。
創(chuàng)新點三、再配上學(xué)生學(xué)習(xí)生活常用的紅墨水為實驗試劑，觀察原生質(zhì)層和細胞壁，指示清晰、現(xiàn)象明顯。能更好地證明原生質(zhì)層相當于一層半透膜，細胞壁具有全透性。
圖2 浸在含紅墨水的0.3g/mL蔗糖溶液中的細葉蜈蚣草葉片細胞
創(chuàng)新點四、選用蘿卜和蔥花為實驗材料，從宏觀方面觀察植物細胞的吸水和失水。用切絲器代替打孔器，節(jié)約時間，提高效率。
圖3 用切絲器切割的形態(tài)大小相同的蘿卜絲
創(chuàng)新點五、Motic數(shù)碼顯微交互系統(tǒng)的使用融入互動教學(xué)。教師可以及時監(jiān)控、同步示范、交互反饋、效果共享。
圖4 Motic數(shù)碼顯微交互系統(tǒng)融入互動教學(xué)
四、實驗原理、實驗設(shè)計思路
(一)實驗原理：
內(nèi)因：原生質(zhì)層的伸縮性大于細胞壁
外因：當細胞液濃度小于外界溶液濃度時，細胞液中的水分就透過原生質(zhì)層進入外界溶液中，使細胞壁和原生質(zhì)層都出現(xiàn)一定程度的收縮，進而質(zhì)壁分離。當細胞液濃度大于外界溶液濃度時，外界溶液中的水分就會透過原生質(zhì)層進入細胞液中，整個原生質(zhì)層就會慢慢的恢復(fù)成原來的狀態(tài)，使植物細胞逐漸發(fā)生質(zhì)壁分離的復(fù)原。
（二）實驗設(shè)計思路：
五、實驗教學(xué)目標
（一）知識與技能目標：
1.簡述原生質(zhì)層的概念
2.探究水分進出細胞的方式及原理
（二）過程與方法目標：
1.學(xué)生的探究性思維和實驗探究的能力得到提升
2.學(xué)生在實驗操作過程中增強動手能力
（三）情感態(tài)度與價值觀目標：
1.學(xué)生養(yǎng)成質(zhì)疑、求實、創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和精神
2.學(xué)生通過合作、分享和表達，提升溝通和交流的能力
六、實驗教學(xué)內(nèi)容
教材實驗：觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞的吸水和失水
創(chuàng)新實驗：觀察細葉蜈蚣草細胞的吸水和失水
觀察蔥段、蘿卜絲的吸水和失水
七、實驗教學(xué)過程
環(huán)節(jié)一：實驗準備
課前進行實驗分組，準備實驗儀器材料并發(fā)放實驗卡：
環(huán)節(jié)二：實驗過程：
1.利用“心花怒放”魔術(shù)實驗導(dǎo)入，引發(fā)學(xué)生興趣；
2.展示成熟的植物細胞顯微結(jié)構(gòu)示意圖，引出原生質(zhì)層的概念；
3.提出問題，原生質(zhì)層是否相當于一層半透膜？
4.進行實驗：學(xué)生體驗探究實驗的一般過程。
實驗中，學(xué)生制作臨時裝片，在數(shù)碼顯微鏡下觀察，可利用平板電腦進行拍照和錄像來記錄現(xiàn)象，教師利用主機監(jiān)控每臺平板的圖像變化情況，將優(yōu)秀作品同步示范；學(xué)生可使用“作業(yè)上交”功能提交作業(yè)，及時反饋。
學(xué)生在觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞時，發(fā)現(xiàn)不能清晰觀察原生質(zhì)層！
圖5 洋蔥鱗片葉表皮細胞及失水情況
進而引導(dǎo)學(xué)生思考：通過更換實驗材料來進行改進。
學(xué)生用自帶的實驗材料進行實驗并觀察，終發(fā)現(xiàn)細葉蜈蚣草葉片細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，原生質(zhì)層清晰可見，是較為理想的實驗材料。
于是，全班同學(xué)以此為實驗材料進行實驗，在0.3g/mL蔗糖溶液中細葉蜈蚣草葉片細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后原生質(zhì)層清晰可見，同時學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，質(zhì)壁之間有空隙。
圖6 細葉蜈蚣草葉片細胞的質(zhì)壁分離
在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生很容易想到用墨水進行顏色標記。
經(jīng)學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)，藍色、黑色因和底色相近，效果較差，在含紅墨水的0.3g/mL蔗糖溶液中，觀察的效果較好，可以清晰的看到三個不同顏色區(qū)域：無色、綠色、紅色。無色區(qū)是細胞液，紅色區(qū)是外界溶液透過細胞壁后所處位置，綠色區(qū)域外邊界是細胞膜，內(nèi)邊界是液泡膜，再加上兩膜之間的細胞質(zhì)，就是我們所說的原生質(zhì)層。
圖7 浸在含紅墨水的0.3g/mL蔗糖溶液中的細葉蜈蚣草葉片細胞
環(huán)節(jié)三：結(jié)果分析與交流
學(xué)生展示實驗結(jié)果：當植物細胞在0.3g/mL蔗糖溶液中時，因外界溶液的濃度大于細胞液的濃度，水分從細胞液進入外界溶液中，植物細胞失水，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，能觀察到植物細胞的細胞壁和原生質(zhì)層分離開；接著，將該植物細胞浸泡在清水中，因外界溶液的濃度小于細胞液的濃度，水分從外界溶液進入細胞液中，植物細胞吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。水分子能自由進出原生質(zhì)層，但蔗糖分子不能。
結(jié)論：原生質(zhì)層相當于一層半透膜。
環(huán)節(jié)四： 發(fā)現(xiàn)新問題，進行再探究
通過觀察現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，提出新問題：
植物細胞在高濃度蔗糖溶液中，發(fā)生質(zhì)壁分離不復(fù)原，請同學(xué)們來分析原因？長時間質(zhì)壁分離也會導(dǎo)致植物細胞失水死亡，怎樣的狀態(tài)才適宜植物的存活？能否找出溶液的某種濃度，使植物吸水和失水達到平衡？請同學(xué)們根據(jù)探究性實驗的一般方法進行探究，完成實驗卡任務(wù)）
學(xué)生設(shè)計、進行實驗，記錄現(xiàn)象并進行分析。
表1探索蔗糖溶液引起植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的最低濃度
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所選植物： |
清水 |
0.1g/ml蔗糖溶液 |
0.2 g/ml蔗糖溶液 |
0．3 g/ml蔗糖溶液 |
0.4 g/ml蔗糖溶液 |
0.5 g/ml蔗糖溶液 |
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實驗前觀察的圖像 |
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實驗后觀察的圖像 |
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對水分的吸收情況 |
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質(zhì)壁的位置變化 |
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該植物細胞液濃度大致范圍 |
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學(xué)生展示探究方法、實驗結(jié)果、得出實驗結(jié)論:
有選了蔥花為實驗材料，經(jīng)實驗前后對比，分析得出蔥花對水分的吸收情況，并推斷原生質(zhì)層和細胞壁的位置變化關(guān)系，從而得出蔥花細胞細胞液濃度的大致范圍。
除了蔥花，還有以蘿卜絲、洋蔥鱗片葉表皮細胞、細葉蜈蚣草葉片細胞為實驗材料的，分別從宏觀和微觀兩個方面進行探究。
環(huán)節(jié)五：課堂小結(jié)
實驗結(jié)果進行整理匯總，發(fā)現(xiàn)植物細胞在不同濃度的蔗糖溶液中吸水情況不同；相同濃度的蔗糖溶液中，不同植物細胞的吸水情況也不同。
表2探索蔗糖溶液引起植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的最低濃度
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實驗材料 |
清水 |
0.1g/ml蔗糖溶液 |
0.2 g/ml蔗糖溶液 |
0．3 g/ml蔗糖溶液 |
0.4 g/ml蔗糖溶液 |
0.5 g/ml蔗糖溶液 |
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蔥花 |
- |
+ |
++ |
+++ |
++++ |
+++++ |
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蘿卜絲 |
-- |
- |
+ |
++ |
+++ |
++++ |
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洋蔥鱗片葉表皮細胞 |
-- |
- |
+ |
++ |
+++ |
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細葉蜈蚣草葉片細胞 |
-- |
- |
+ |
++ |
+++ |
++++ |
+表示質(zhì)壁分離的程度-表示不發(fā)生質(zhì)壁分離
比較蔗糖溶液引起不同植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的最低濃度，可以基本推斷出不同植物細胞的細胞液濃度有所區(qū)別。在此，如果要確切地找出植物細胞液的濃度值，學(xué)生還需設(shè)計實驗進一步探究。
圖8 比較蔗糖溶液引起不同植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的最低濃度
環(huán)節(jié)六：學(xué)以致用
通過實驗，聯(lián)系生活，有學(xué)生提出希望能找到細胞液濃度足夠大的某種植物來治理鹽堿地，改善生態(tài)環(huán)境。
八、實驗效果評價：
1.觀察能力的提升：本節(jié)課通過對實驗材料用具的創(chuàng)新，學(xué)生在觀察中，去發(fā)現(xiàn)問題，不斷改進，直到能更清晰直觀的觀察相關(guān)細胞結(jié)構(gòu)，利于養(yǎng)成質(zhì)疑、求實、創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和精神。
2.操作能力的提升：通過實驗，制作臨時裝片，切蘿卜絲等環(huán)節(jié)，學(xué)生的動手能力，操作的能力得以提升。
3.探究性思維能力的提升：整個實驗是按照探究性實驗的一般方法設(shè)計，學(xué)生可以很好的體驗探究的過程，最后，學(xué)以致用，設(shè)計實驗進行探究。在這一系列的實驗過程中，學(xué)會分析，學(xué)會思考，在思維和智慧上得到培養(yǎng)。
4.合作交流的能力的提升：學(xué)生通過合作、分享和表達，提升溝通和交流的能力。
作者姓名：易沭彤 單位：廣西柳州市第一中學(xué)
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