視頻簡介：
視頻標(biāo)簽：吸水和失水
所屬欄目：高中生物說課視頻
視頻課題：高中生物說課視頻及說課稿_探究植物細(xì)胞的吸水和失水_畢曉靜
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探究植物細(xì)胞的吸水和失水
山東省濟(jì)南第一中學(xué) 畢曉靜
一、使用教材
本節(jié)是人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書必修一《分子與細(xì)胞》第四章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”中第1節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”的探究性實(shí)驗(yàn)。探究是學(xué)生認(rèn)識生命世界，學(xué)習(xí)生物課程最有效的方法之一。而此實(shí)驗(yàn)作為高中生物學(xué)習(xí)中第一個探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能否在本節(jié)課中積極主動地獲取植物細(xì)胞吸水和失水的知識，領(lǐng)悟科學(xué)研究的一般方法，并通過自主、合作式的學(xué)習(xí)從而激發(fā)探究欲望，為后期的探究性思維習(xí)慣的養(yǎng)成打下良好的基礎(chǔ)就顯得尤為重要。
二、實(shí)驗(yàn)器材
紫色的洋蔥鱗片葉外表皮，無色的洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮，紫甘藍(lán)，金魚藻；刀子，鑷子，移液槍，載玻片，蓋玻片，試管，滴管，吸水紙，數(shù)字化顯微鏡；清水，0.1 g/ml、0.2g/ml、0.3g/ml、0.4g/ml、0.5g/ml的蔗糖溶液，葡萄皮紫色素。
三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)
（一）在材料方面，不局限于課本實(shí)驗(yàn)提供的紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞，添加了洋蔥無色鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞、紫甘藍(lán)葉肉細(xì)胞、水生的金魚藻葉肉細(xì)胞，材料從同種生物不同部位的細(xì)胞，到不同生物的同種細(xì)胞，從陸生植物細(xì)胞到水生植物細(xì)胞，多角度的選材豐富了學(xué)生們的探究體驗(yàn)。
在器具方面，移液槍的使用使滴加試劑的量更為準(zhǔn)確，直接制作臨時裝片的方法避免了由于內(nèi)聚力而導(dǎo)致的引流效果不佳。數(shù)字化顯微鏡和師生互動展臺使探究過程及結(jié)果的展示更為及時。
（二）教學(xué)模式方面：
1.項(xiàng)目式教學(xué)法
項(xiàng)目式教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，由教師創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以項(xiàng)目問題的生成、探究、解決、應(yīng)用來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，以學(xué)生發(fā)展為本，注重核心素養(yǎng)全面提升的一種探究式教學(xué)模式。區(qū)別于傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)只是對教材內(nèi)容和原理的驗(yàn)證與再現(xiàn)，本節(jié)課所實(shí)施的探究性實(shí)驗(yàn)更突出學(xué)生主動獲取知識的過程，通過觀察、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)以及對結(jié)果的總結(jié)與歸納來建構(gòu)自己的知識體系。從課前的探究初體驗(yàn)，到課上兩個探究活動的完成，再到課后的拓展探究，環(huán)環(huán)相扣，層層深入，各個環(huán)節(jié)全部交由學(xué)生完成，為全面提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)及學(xué)科核心素養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。這是本節(jié)課最大的創(chuàng)新之處。
2.概念教學(xué)
本節(jié)課所有問題的設(shè)置以及探究活動全都圍繞著滲透現(xiàn)象、半透膜、濃度差三個概念展開。問題中蘊(yùn)涵著概念，概念支撐問題的解決和探究的開展，得出結(jié)果后又深化了對概念的理解。聚焦概念這也符合新課標(biāo)中的要求。
四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
在該實(shí)驗(yàn)之前，教材中以“問題探討”的形式出現(xiàn)的滲透現(xiàn)象以及滲透現(xiàn)象發(fā)生的兩個條件為學(xué)生的自主探究奠定了知識基礎(chǔ)；此外，本實(shí)驗(yàn)操作簡單，結(jié)果形象生動，有助于學(xué)生獲得探究學(xué)習(xí)的成就感。所以整個實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)如下：
先將學(xué)生帶入到課前探究“金魚藻葉片在0.3g/ml的蔗糖溶液里吸水或失水狀況”現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)情境中，從宏觀到微觀，從物理裝置到成熟植物細(xì)胞，按照科學(xué)探究的一般程序，本著先設(shè)計(jì)后操作，先定性后定量，先分工后合作，先學(xué)習(xí)后應(yīng)用的原則先后組織了兩個難度逐級進(jìn)階的課上探究項(xiàng)目。在探究出“成熟植物細(xì)胞是一個滲透系統(tǒng)”后，進(jìn)而探究“不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度”，根據(jù)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繼續(xù)分析、比較不同植物細(xì)胞細(xì)胞液濃度存在差異的原因和意義，最后用問題引領(lǐng)同學(xué)們開展課下探究。整堂課教師通過合理地創(chuàng)設(shè)問題情境，活化實(shí)驗(yàn)方式，趣化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)施多元化的評價來提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。
五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
2017年頒布的普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將學(xué)科核心素養(yǎng)與課程目標(biāo)有效地結(jié)合在一起。根據(jù)課程內(nèi)容及我校高一學(xué)生的實(shí)際情況，將教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)設(shè)定如下：
（一）生命觀念——利用滲透作用的發(fā)生條件，解釋質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象，促進(jìn)結(jié)構(gòu)與功能觀的形成。
（二）科學(xué)思維——通過小組自主設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和崇尚嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)的求知態(tài)度。
（三）科學(xué)探究——小組通過探究成熟植物細(xì)胞是否為一個滲透系統(tǒng)，初步掌握科學(xué)探究的基本思想和方法，在探究中樂于并善于團(tuán)隊(duì)合作，勇于創(chuàng)新。
這也是本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)所在。
（四）社會責(zé)任——借助分析耐旱植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，關(guān)心農(nóng)業(yè)發(fā)展，嘗試用所學(xué)來解決現(xiàn)實(shí)問題。
六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
課前探究：金魚藻葉片在0.3g/ml的蔗糖溶液里吸水或失水狀況。
探究活動一：成熟植物細(xì)胞是一個滲透系統(tǒng)嗎？
探究活動二：不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度（紫甘藍(lán)葉肉細(xì)胞、金魚藻葉肉細(xì)胞）。
課后探究：不具有大液泡的植物細(xì)胞如何進(jìn)行吸水和失水？
七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程
（一）課前準(zhǔn)備
為了提高課堂效率及可控性，課前我做了以下準(zhǔn)備：
1.編制實(shí)驗(yàn)報告
2.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料、儀器和試劑
3.針對不同材料、不同濃度的蔗糖溶液以及課前的探究活動做預(yù)實(shí)驗(yàn)
（關(guān)于課前探究活動“探究金魚藻葉片在0.3g/ml的蔗糖溶液里吸水或失水狀況”，經(jīng)過多次預(yù)實(shí)驗(yàn)確定在甲試管里加入0.3g/ml的蔗糖溶液4ml，金魚藻葉片70片，放置過夜，液滴上浮現(xiàn)象明顯。）
學(xué)生方面的準(zhǔn)備：1.完成實(shí)驗(yàn)報告的課前部分2.復(fù)習(xí)臨時裝片的制作過程及顯微鏡的使用方法。這為實(shí)驗(yàn)的順利開展奠定了知識和技能基礎(chǔ)。
本次授課過程分為3個環(huán)節(jié)：
1.創(chuàng)設(shè)情境，生成項(xiàng)目問題（導(dǎo)入環(huán)節(jié)）
課前設(shè)置的探究情境“金魚藻葉片在0.3g/ml的蔗糖溶液里吸水或失水狀況”給同學(xué)們帶來了探究初體驗(yàn)，當(dāng)課上現(xiàn)場實(shí)施實(shí)驗(yàn)并出現(xiàn)了明顯的結(jié)果后，課堂氣氛一下子活躍起來，探究的熱情瞬間被點(diǎn)燃。
圖1 課前探究活動
圖2 學(xué)生上臺實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
接著通過回顧滲透現(xiàn)象發(fā)生的兩個條件，從物理裝置遷移到成熟植物細(xì)胞，創(chuàng)設(shè)了問題情境“成熟植物細(xì)胞是一個滲透系統(tǒng)嗎” ，至此，項(xiàng)目問題生成。
2.分組合作，完成項(xiàng)目探究（探究活動一）
本部分是突破教學(xué)重難點(diǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。能否通過探究活動一的完成，讓學(xué)生對科學(xué)探究的方法有所領(lǐng)悟，在科學(xué)能力、創(chuàng)新意識上有所發(fā)展顯得尤為重要。教師引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)探究的一般程序，根據(jù)提出的問題，小組討論作出假設(shè)，選擇實(shí)驗(yàn)材料和試劑后由小組代表上臺展示了各組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，隨即開展實(shí)驗(yàn)。
表1 四個小組的材料、試劑、假設(shè)及實(shí)驗(yàn)方案
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組別 |
材料
（洋蔥鱗片葉） |
試劑
（蔗糖） |
對半透膜的假設(shè) |
實(shí)驗(yàn)方案 |
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一組 |
 紫色外表皮 |
0.3g/ml |
液泡膜 |
先滴加蔗糖，吸干后滴加清水觀察 |
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二組 |
 無色內(nèi)表皮 |
0.3g/ml（含色素） |
細(xì)胞膜 |
一個裝片滴加蔗糖，再取材制作一個裝片滴加清水后觀察 |
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三組 |
 無色內(nèi)表皮 |
0.5g/ml（含色素） |
原生質(zhì)層 |
先滴加蔗糖，吸干后滴加清水觀察 |
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四組 |
紫色外表皮 |
0.5g/ml |
原生質(zhì)層 |
先滴加蔗糖，吸干后滴加清水觀察 |
圖3 小組討論、上臺展示方案、開展實(shí)驗(yàn)
在這個過程中，教師勤觀察、多指導(dǎo)，及時糾正學(xué)生操作中的錯誤，但對于假設(shè)是否合理，材料和試劑的選擇是否恰當(dāng)，方案的設(shè)計(jì)是否嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴}全部放手交給學(xué)生，在質(zhì)疑與討論中總結(jié)、成長比直接獲得成功更有意義。
圖4 二組展示交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果
展示就有思維的碰撞，交流中必然有認(rèn)同有質(zhì)疑。二組展示時敘述做了兩個臨時裝片，滴加清水后的臨時裝片實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯，教師便引導(dǎo)二組同學(xué)在一組的實(shí)驗(yàn)方案中體會“同一材料先后滴加不同試劑后出現(xiàn)不同結(jié)果”的巧妙之處以及四個小組實(shí)驗(yàn)方案之間形成的兩兩對照，這既讓學(xué)生學(xué)會了在交流中取人之長補(bǔ)己之短，進(jìn)一步強(qiáng)化了對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中控制單一變量和設(shè)置對照兩大原則的認(rèn)識，又讓學(xué)生感受到組間的分工極大地豐富了我們的探究課堂。
圖5 三、四組展示交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖6 三、四組分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果
三組和四組的展示則體現(xiàn)了小組間合作的重要性。雖選擇了不同的材料和試劑，兩組的結(jié)果卻一同驗(yàn)證了“原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜”的假設(shè)。學(xué)生在分析蔗糖溶液中的葡萄皮紫色素、液泡內(nèi)的色素分子、水分子及蔗糖進(jìn)出原生質(zhì)層的情況時，借助自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次加深了對“半透膜”概念的理解。
以上環(huán)節(jié)，從選材到設(shè)計(jì)方案，從操作到展示，從交流到得出結(jié)論全部由學(xué)生完成，讓學(xué)生充分體會到探究學(xué)習(xí)的方法和樂趣，提高了獨(dú)立解決問題的能力，塑造了團(tuán)隊(duì)合作、勇于創(chuàng)新的科研精神，這部分真正體現(xiàn)了項(xiàng)目式教學(xué)法中合作、探究這一靈魂。
3.實(shí)際應(yīng)用，深化項(xiàng)目理解（探究活動二）
第二個探究活動的設(shè)置旨在讓同學(xué)對實(shí)驗(yàn)操作的方法進(jìn)一步熟練，運(yùn)用滲透作用的原理來探究不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。
在小組共同提出了實(shí)驗(yàn)思路后，組內(nèi)成員分工用0.1g/ml—0.5g/ml五個不同濃度的蔗糖溶液開展實(shí)驗(yàn)。組內(nèi)成員的有效分工成為探究學(xué)習(xí)的催化劑，加速了整個探究進(jìn)程。
圖7 紫甘藍(lán)葉肉細(xì)胞分別滴加0.3g/ml、0.4g/ml、0.5g/ml蔗糖溶液及學(xué)生結(jié)論
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圖8 金魚藻葉肉細(xì)胞分別滴加0.1g/ml、0.2g/ml、0.3g/ml蔗糖溶液及學(xué)生結(jié)論
當(dāng)同學(xué)們分組探究出陸地旱生的紫甘藍(lán)和水生金魚藻的葉肉細(xì)胞的細(xì)胞液濃度范圍后，既呼應(yīng)了上課初始演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，又通過設(shè)計(jì)問題比較了“二者細(xì)胞液濃度不同的原因與意義”，強(qiáng)調(diào)了“濃度差”是植物細(xì)胞吸水和失水的動力。不同植物其細(xì)胞液濃度的差別是為了更好地適應(yīng)環(huán)境，同一植物不同部位的細(xì)胞其細(xì)胞液濃度也有不同，將結(jié)構(gòu)與功能觀、適應(yīng)與進(jìn)化觀滲透之中，也喚起了同學(xué)們對保護(hù)水資源及關(guān)心農(nóng)業(yè)發(fā)展的意識和責(zé)任。
隨后設(shè)置拓展探究——“不具有大液泡的植物細(xì)胞如何進(jìn)行吸水和失水？”來開拓同學(xué)們的視野，將探究延續(xù)到課堂之外。二組同學(xué)利用大葉黃楊的葉表皮細(xì)胞探究出不具有大液泡的保衛(wèi)細(xì)胞也可以通過滲透作用吸水和失水，保衛(wèi)細(xì)胞的吸水和失水導(dǎo)致了氣孔的開放程度不同；四組同學(xué)查閱資料利用大豆干種子測得了萌發(fā)過程中通過吸脹吸水導(dǎo)致的鮮重增加。這份課后探究作業(yè)的完成著實(shí)給了我很大的驚喜！
圖9 大葉黃楊葉的保衛(wèi)細(xì)胞分別滴加0.4g/ml的蔗糖溶液、清水后氣孔開放程度
圖10 大豆干種子在萌發(fā)過程中通過吸脹吸水導(dǎo)致鮮重增加
八、實(shí)驗(yàn)效果評價
本次實(shí)驗(yàn)的評價量規(guī)表除常規(guī)項(xiàng)目外，我特別設(shè)置了“思維拓展”一欄。因?yàn)楫?dāng)我們課上探究出耐旱植物的細(xì)胞液濃度范圍后，有小組提出想探究生活在鹽堿地的植物其細(xì)胞液濃度，探究污染水域中的植物細(xì)胞液濃度；當(dāng)探究出較高濃度的外界溶液會讓細(xì)胞失水過多而死亡時，有學(xué)生提到生活中腌咸菜就是利用了這一點(diǎn)。這都是利用本節(jié)所學(xué)而進(jìn)行的思考與拓展。使用量規(guī)表，通過學(xué)生自我評價、生生互評及教師評價來幫助學(xué)生認(rèn)識自我，改進(jìn)學(xué)習(xí)方式。
圖11 實(shí)驗(yàn)評價量規(guī)表
九、我的反思
教學(xué)中我在思考，怎樣上好一節(jié)實(shí)驗(yàn)課？首先，實(shí)驗(yàn)課是中學(xué)生物教學(xué)的一種課型，而非只是實(shí)驗(yàn)操作。原理的體驗(yàn)、概念的聚焦以及對教學(xué)內(nèi)容的挖掘與創(chuàng)造都需要滲透在課堂建設(shè)中，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)功能，讓實(shí)驗(yàn)成為知識呈現(xiàn)的良好載體，能力養(yǎng)成的有效途徑。其次，實(shí)驗(yàn)課應(yīng)該是面向全體同學(xué)的，可操作性強(qiáng)。我們的實(shí)驗(yàn)課堂不應(yīng)追求用復(fù)雜的儀器和罕見的實(shí)驗(yàn)材料刻意地求新求異，而應(yīng)該用盡可能簡單的儀器和常見的材料，創(chuàng)設(shè)合理而生動的情境，采用合適的素材和方法幫助同學(xué)們在知識技能上有所收獲，在核心素養(yǎng)上有所提高，感受生物科學(xué)的魅力與活力。
此外，我在想一節(jié)生物實(shí)驗(yàn)課還能帶給學(xué)生些什么？答案是完成“從學(xué)科實(shí)驗(yàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)”的轉(zhuǎn)變。通過生物實(shí)驗(yàn)課堂上的學(xué)習(xí)、實(shí)踐與積累，提升科學(xué)素養(yǎng)、發(fā)展科學(xué)思維能力，當(dāng)生物科學(xué)與技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域相結(jié)合時（STEM教育理念），學(xué)生們可以完成由單純的生物實(shí)驗(yàn)到開展科學(xué)研究的轉(zhuǎn)變，而這將帶來新的憧憬與期待！
作者姓名：畢曉靜
單位名稱：山東省濟(jì)南第一中學(xué)
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