《物质跨膜运输方式》教学设计(精选9篇)
本节内容重难点突出,学生能够在教师创设的情境下进行学习以及思考,关于本节课的内容,学生接受的信息量较大,但是通过对比知识点的异同,进行总结学习,利于学生记忆知识点。
关于本节课,教师利用了多媒体辅助教学,让抽象的知识点通过PPT的展示,学生可以直观的获取相关的信息,利于学生理解知识点,进行小组的讨论,总结,得出相关的结论。同时,对于容易产生误解的知识点,比如,自由扩散和主动运输的能量供应问题,即自由扩散是需要能量的,但是这个能量来自于细胞膜两侧的浓度差,而不用消耗细胞自身新陈代谢产生的能量,而主动运输所需要的能量则来自于细胞自身消耗的浓度差,而我们教科书所强调的能量则是细胞代谢产生的能量。关于这个容易产生误会的内容,在课堂上,用一个比喻来突破难点,即自行车下坡和上坡的情况,即下坡时,相当于自由扩散,人骑自行车下坡不用踩也能动,就是因为势能转化为动能,而不用消耗人自身的能量,反之,上坡的时候就相当于主动运输,需要消耗自身的能量。讲解时运用这个比喻,学生觉得就容易理解,并且可以很快接受,效果较好。
1. 教材分析
前两节已经介绍了生物膜的结构特点和功能特性,本课是在了解前面知识基础之上,继续学习细胞膜控制物质进出功能的方式和原理。课堂内容的难度其实不大,死记硬背在短期也能取得一定的教学效果,如果利用有效教学的思想,让学生自主体验发现到知识,会获得更加深刻的记忆。
2. 教学策略
创设与授课内容结合度高的情景,激发学生学习的兴趣,顺利导入到正式的教学当中来。给予少量提示,为学生发现知识搭建台阶,再结合小组讨论,把发现的原理更加科学的展示出来。利用概念图,把学生自主发现的知识系统整理出来,使得知识脉络更加清晰,回顾复习更加方便。
3. 教学过程
3.1 情景创设
教师投影一幅画“八仙过海”,询问关于此画的相关信息。相传,八仙自王母蟠桃大会醉别而归,途经东海,但见白浪滔天,吕洞宾提议八仙各用一种方法过海东游。八仙各有不同的法器,所携带的法器各有妙用,各自使用适合自己的方式成功过海,传为一段佳话。同学们仔细分析一下,他们成功的原因是什么?
学生回答,教师引导。老师引导方向有两个:首先是他们知道海的具体情况,采用一般方法难以直接渡海;其次他们也知道自己的特点,“八仙”都有自己的法器,有着自己自身的过人之处,采用了针对性的方法成功渡海。这个结论启发很大,今天的课上研究的内容和这个就有很密切的联系。
3.2 话题的延伸:第一次讨论展示
3.2.1 情景转换
若干小人(各种不同物质)聚集在一堵围墙(细胞膜)前议论纷纷,探讨如何才能进去或出来?要想进去或者出来必须“知己知彼”,请利用课本资料,结合小组的讨论完成下面两问:①阅读课本上的文字,找出细胞膜的结构特点和各种物质进出细胞膜的方式②结合提示,分组讨论出该物质因为有什么样的特点才这样进出细胞膜的。
3.2.2 提示和分组
教师提示从以下几个方面分析:①物质的大小(分子量)。②物质的溶解性,特别是在脂质中的溶解性。③是否带有电荷。④是否是细胞内所需要的营养物质。
第一组的同学讨论细胞膜和CO2,第二组讨论葡萄糖和胰岛素(蛋白质),第三组讨论氨基酸和入侵的病菌,第四组讨论Na+和酒精。教师走到学生中间参与讨论,积极引导,使得发言更有针对性。
3.2.3 交流展示
每组学生在充分利用课本文字、投影提示、教师、以前固有的知识基础等全部力量来解决问题后,推荐一位发言人来讲出本组的观点。
细胞膜的特点:磷脂双分子层的基本骨架,其上有多种蛋白质处于骨架的不同位置,磷脂分子和蛋白质大多可以运动。
CO2:分子量较小,能从磷脂双分子层的间隙“挤”进去。
葡萄糖:分子量较大,镶嵌在膜上的特殊蛋白质协助它顺浓度梯度进入。
胰岛素:分子量很大,先在细胞内部形成囊泡,在和细胞膜融合排出。
氨基酸:分子量较大,不能“挤”进去,只能借助膜上的载体蛋白质,(在消耗能量的情况下进入)。
入侵的病菌:个头巨大,能够在细胞膜表面形成凹陷的小囊,包裹后进入。
K+:分子量较小但是离子,不能“挤”进去,只能借助膜上的载体蛋白质,在消耗能量的情况下进入。
酒精:分子量较大,但是能溶于脂质,可以顺利进入。
3.2.4 总结归纳
各种物质就像“八仙”一样,各有各的本领,有直接进出的,有借助膜上蛋白质的帮助进出的,有不仅借助蛋白质还消耗能量进出的,还有要和细胞膜发生融合才能进出的。
3.3 继续延伸:第二次讨论展示
3.3.1 概念图提出
前面讨论出的各种物质进出细胞的方式各自都有各自规范的名称和特点,依据课本76页的概念图构建属于自己的知识网络,要求:①增加图中缺漏的物质进出方式,②增加各种进出方式的特点,包括方向(浓度)、载体蛋白、能量。还是以小组为单位合作完成,完成后请部分小组在实物投影上作交流展示。
3.3.2 交流展示
教师巡视指导,帮助学生构建科学的概念图。进行自由扩散的主要是小分子的物质和脂溶性的物质,进行协助扩散的有葡萄糖进入红细胞,(注:其他情况属于主动运输),进行主动运输的主要是无机盐离子和一些营养物质,进行胞吐、胞吐的主要是分子量很大的物质和结构。
3.3.3 总结归纳
概念图可以有效的帮助学生理顺基本知识之间的关系,是新课程下大力倡导的学习方式,这一部分内容在教材上也以概念图的形式呈现出来,可见这一部分的确适合用概念图的方式总结学习,让学生来自我构建,自我展示,充分发挥学生的主观能动性,提升课堂有效性。
4. 教学反思
有效的教学指教师遵循教学活动的客观规律,以尽可能少的时间、精力和物力投入,而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育价值需求。在整个课堂实施过程中,处处有所体现。和授课内容相关的故事导入,可以充分调动积极性,激发兴趣;小组讨论展示,可以提高参与,体验知识发现过程;教师提炼抽象发散延伸,辅助建立概念图,进一步提升教学效果。有效教学还有很多其他的实施策略,不同的教学内容也有不同的实施方法,探索有效教学的路没有止境。
摘要:以具体的一节课为例,从情景创设,小组讨论,概念图归纳等多个方面来提升课堂教学有效性。
关键词:有效性,物质跨膜运输方式,教学设计
参考文献
【关键词】扩散实验 物质跨膜运输方式 教学设计
一、教学背景
人教版高中《生物》必修1中第四章第三节“物质跨膜运输的方式”是在学生了解了细胞膜的成分,以及细胞膜流动结构模型基础上对细胞膜功能的总结,是有关细胞膜知识的进一步延伸。本节着重介绍了细胞膜控制物质进出这一重要功能。内容包括小分子或离子进出细胞的方式,以及大分子物质进出细胞的方式。另外,本节内容又与下一章内容中的ATP一节以及前面所学的“分泌蛋白的合成和运输”有许多关联的地方,同时又是对生物膜具有一定的流动性和选择透过性的一个很好的例证。
学生在物理中已经学过关于扩散的知识,通过对前几章的学习,学生已经具备了细胞膜的成分和结构、水分跨膜运输实例的基础。另外高中学生对于显微镜下的细胞微观世界有着极强的好奇心,对于细胞中物质怎样完成运输也吸引着学生去探索。
二、教学目标
1.知识
①举例说明物质跨膜运输的方式及特点,理解主动运输对细胞生活的意义。
②列表比较被动运输与主动运输的区别。
③了解胞吞和胞吐的过程及特点。
2.能力:通过列表比较,让学生学会用类比和对比的方法进行学习。
3.情感态度价值观:
①动态展示物质跨膜运输的方式,提高学生学习生物的兴趣,培养学习的主动性。
②通过对膜结构与膜功能统一性的认识,了解生命的复杂性,使学生树立科学的自然观。
三、教学重难点
重点:物质跨膜运输的三种方式。
难点:主动运输的过程、特点及意义。
四、教学方法
①总体思路为:展示现象→提出问题→解决问题→解释原理→总结归纳,使学生综合运用到课程标准所提到的“观察,描述,比较,概括,分析,解读图表”等技能。
②可采用对比的方式进行物质出入方式的学习,通过观察讨论的方式让学生自己找出被动运输和主动运输的主要区别,突破教学的重难点。
五、教学过程
1.演示实验,导入新课
将事先准备的几朵牵牛花分别放入两个装有水的烧杯中,注意两个烧杯一个事先装冷水,另一烧杯事先装有开水。几秒钟后会出现:装开水的烧杯中有蓝色出现,装冷水的烧杯中无颜色出现。这时教师提问:①这些有颜色的是什么物质?②为什么在冷水中这些物质没有出现,而在热水中出现了呢?③颜色物质为什么会从细胞中出来?他又是以什么方式跨过细胞膜的呢?以此导入新课。通过演示实验吸引学生注意力,又以连续问题的形式将学生引导进入本节内容的学生中。
设计意图:将抽象知识形象化,降低学生的学习难度,同时引起学生的好奇心,激发起学生的求知欲。
2.复习旧知,设疑过渡
教师引导:要解决色素分子是怎么跨过细胞膜的,我们首先要知道细胞膜的结构是怎样的。在激发了学生浓厚的学习兴趣之后,先让学生回忆细胞膜结构以及成分相关知识。然后让学生看教材70页人工合成脂双层通透性的图片并思考问题:我们知道生物膜是由磷脂和蛋白质这两种物质组成的,那么在色素进出细胞跨过细胞膜的时候,细胞膜的的磷脂和蛋白质在这过程中分别起着什么作用呢?
设计思路:引导学生对色素分子物质怎样通过细胞膜做出自己的猜测,另外提醒学生注意细胞膜中的蛋白质和物质跨膜运输有关。
3.墨水实验,解疑设问
将红墨水滴入烧杯中,让学生观察现象并提问:这叫什么现象?它和刚才的牵牛花实验有什么相似的地方吗?教师总结:这是扩散现象,这种现象是物质从相对浓度高的地方向相对浓度低的地方的运动。你会发现牵牛花色素实验也是一种扩散现象,只是牵牛花色素分子是从植物液泡中跨过细胞膜到细胞外的,这种跨过细胞膜的方式我们叫自由扩散,那么其它物质在跨过细胞膜时还有哪些其它方式吗?各种跨膜方式有何异同?学生阅读教材,并以小组形式讨论、分析总结。
设计思路:拓展学生思维,让学生通过看书自己从教材中找出物质跨膜运输的其它方式,交课堂于学生,学生自主探究学习新知,培养学生自主学习能力。
4.小组汇报,列表总结
各小组派人上台汇报讨论结果,教师点评并用多媒体播放自由扩散、协助扩散、主动运输三种跨膜运输方式,强调三种跨膜运输方式的区别。引导学生以列表比较的形式呈现三种跨膜方式,用类比方法加强对三种跨膜运输方式的理解,自由扩散:货物直接由高处到地处——不需载体和能量;协助扩散:货物通过汽车下坡——需载体不需能量;主动运输:货物通过汽车上坡——需载体需能量。并通过图片演示大分子物质进出细胞膜的方式,让学生总结出胞吞、胞吐的过程。
设计思路:通过多媒体展示,使抽象内容形象化,便于学生理解,通过教师总结和学生记忆,提高课堂教学的实效性。
5.知识巩固,课堂练习
教师引导:通过各小组发言我们知道了蛋白质在物质跨膜运输中起着重要的运输功能。今天我们知道了物质进出细胞的方式:自由扩散、协助扩散、主动运输。小分子物质跨膜运输的方式体现了生物膜选择透过性的特点。大分子物质进出细胞没有穿过细胞膜,胞吞、胞吐过程体现了细胞膜具有流动性的特点。可见,结构与功能总是相适应的。最后通过几道简单的练习题来检查教学成果和学生的学习情况,帮助他们巩固知识,查漏补缺。
设计思路:联系前面提出的问题,答疑解惑。加深学生对本节知识印象,与书本前面知识相联系,构建知识的网络。
六、板书设计
第3课 物质的跨膜运输
一、小分子、离子跨膜运输
1.自由扩散
被动运输 特点:无载体、能量
2.协助扩散
特点:需载体、无能量
3.主动运输
特点:需载体、需能量
二、大分子物质进出细胞
1.胞吞
2.胞吐
七、教学反思
整个教学设计以学生感兴趣的实验入手,将知识内容融入对实验现象的分析过程中,在分析问题过程中学习和理解知识,充分体现以学生为主体,教师为主导的教学原则。教学过程中,教师对学生及时的督促和指导,并对学生的发现多给以鼓励和肯定。引导学生通过阅读、讨论、自主学习等学习方法培养了学生的自学能力、语言表达能力和归纳总结知识能力。另外,通过将知识生活化的类比,将抽象问题具体化,降低了学生的学习难度,提高了学生学习的积极性,培养学生积极向上,热爱学习的积极心态。
一、1. 顺浓度梯度2.(1)①扩散作用
②氧气、CO2、甘油、
(2)①载体蛋白 ②红细胞
二、主动运输
1.低浓度 高浓度
2.(1)载体蛋白 (2)能量
3.营养物质,代谢废物
三、
物质出入细胞的方式被动运输主动运输
自由扩散协助扩散
运输方向高浓度→低浓度高浓度→低浓度低浓度→
高浓度
是否需要载体否是是
是否消耗能量否否是
代表例子氧气、CO2、水、
甘油、乙醇等葡萄糖通过红细胞葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜;离子通过细胞膜等
补充: 1.胞吞 2.胞吐3.一定的流动性
【跟踪训练】
1.C 2.D 3.D 4.D 5.C 6.A
7.C 8.B 9.B 10.C 11.B 12.C
13.B 14.A 15.B 16.C 17.C 18.B
19.(1)细胞对矿质元素的吸收具有选择性
(2)从低浓度到高浓度 主动运输 载体 能量 (3)从高浓度到低浓度 主动运输
(4)细胞膜的载体种类和数量不同
20. (1)自由扩散 协助扩散 主动运输 (2)主动运输(C),因为主动运输需细胞呼吸提供能量
(3)自由扩散 自由扩散 主动运输
21.(1)需要载体 (2)需要消耗能量
(3)主动运输(乙)
22.(1)K+的载体
(2)缬氨霉素不能作为Na+的载体
(3)主动运输 离子由低浓度向高浓度运输
通过本节课的教学,基本能够达到教学目标,教学方法运用合理,按照提出问题——分析问题——解决问题的教学思路来突破重点和难点,但通过课下了解及学生的反应,我从中得到一些反思。课堂教学重在准备,做到有备而教,教而有思,思而有得。
1、成功之举
一是预测了学生在学习某一教学内容时,可能会遇到哪些问题;二是设想出解决这些问题的策略和方法。
在课前我进行了学情预测:分析学生,学生是重要的教学人员之一,也是教学发展的基本对象,只有全面了解学生之前的生物学习情况,才能科学地切合实际地确定教学的起点、深度和广度;教材分析,首先要通览教材,鸟瞰全局;其次,精读教材,把握两点(重点和难点);再次,泛读教材,多涉猎,这样才能对一些内容进行必要的删减、调换和补充。
尽量联系实际,联系学生感兴趣的话题,如在讲解渗透现象关于细胞的吸水和失水时,联系初中学习过的萝卜条放清水中会变硬,放浓盐水中——腌咸菜时,变软的现象,激发他们思考讨论的兴趣,顺便联系前一章学习过的细胞器的功能,液泡对植物细胞起到支撑的作用,起到知识连接的效果;讲解其他物质跨膜运输的实例时,对资料一中水稻和番茄吸收Si、Ca、Mg量的比较,扩展他们生活中的小常识,番茄比水稻的补钙效果好,同学们对这部分内容记忆较深刻;还有课后联系实际问题,对同学们口渴时喜欢喝饮料的现象,讨论喝饮料能不能解渴,并说明理由,加深学生对细胞吸水失水原因及条件的自我理解,并且实践具体问题具体分析的哲学原理,低浓度饮料可以解渴,高浓度饮料加剧细胞失水状况。讲解这三部分时,学生反应热烈,记忆深刻。
2、不足之处
在讲解植物细胞质壁分离和质壁分离复原现象时,没有紧密结合问题探讨中涉及到的渗透现象的原理,讲完现象后补充了“原生质层”的概念,讲课层次显得混乱,这个知识学生理解的不深刻。总之,高中生物课的教学,我们新老师更要不断地进行反思,向老教师学习,也就是能在课前对课堂教学发生的一切具有鲜明的预见性,在课后能将课中的教学行为和相关体验上升为一种新的教学理念,在教学中能根据各种教育现象适时作出适当的反映,从而体现和实践自己的教学风格与教学特色。就像布鲁巴赫所指:“反思性实践是使教师在其职权范围内,改进自己的教学实践,成为更好、更有效率、更富创见的行家的工具”。
教学目标:
知识方面:
1、描述半透膜的特征
2、举例说明动物细胞膜和植物原生质层相当于半透膜
3、理解水的跨膜运输是顺浓度梯度
情感态度和价值观方面: 体验科学探究过程,培养学生质疑、求实、创新的科学态度和精神
能力方面:
1、尝试提出问题,作出假设
2、进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作 教学重点:证明水分进出细胞是顺相对含量梯度的。教学难点:探究“植物细胞的吸水和失水”,尝试提出问题。本节教材的立意(地位):
本模块教材是以细胞是基本的生命系统为主线展开的,从前到后依次讲述它的物质组成、结构、功能和发展变化的。本章和第五章的内容属于细胞的功能。细胞的功能包括物质的输入和输出、能量的供应和利用、信息的传递和识别。本节改变了以往教材的呈现方式,没有把水分放在代谢一章里,也没有先讲植物的渗透作用,而是将水的跨膜运输作为一个实例来分析,由物理现象过渡到细胞,先分析动物细胞的水分进出,尔后通过一个探究性实验来说明植物细胞水分的进出情况,最后得出水是顺相对含量的梯度运输的结论。通过对其他物质跨膜运输的实例引导学生分析得出物质的跨膜运输并不都是顺浓度梯度进行,最终得出生物膜具有选择透过性这一结论。因为时间的关系本节课只进行水的部分。
导入:
细胞作为最基本的生命系统,也是一个开放的系统,要维持这个系统的稳定,必须要与外界进行物质的交换。
教师讲授:细胞与环境进行物质交换必须经过细胞的边界——细胞膜。细胞内外的物质含量有很大差别。例如生活于血浆中的红细胞内K+是血浆中的30倍而Na却是血浆中的1/6
(这就是我们常说的红细胞吸K排Na,这一现象与细胞膜的作用有什么关系?我们先来分析活细胞中含量最多的物质——水是如何进出细胞的?[为了使学生很快明白要学习的内容,用了这样一个非常熟悉的实例]
(一)动物细胞的吸水和失水
教师活动:出示已经安装好的三组装置,演示渗透现象(教师介绍装置、半透膜性质)[在这里设置了三组装置。原因是对课本中的“问题探讨”学生很难作答。所以改为观察现象分析原因的问题]
学生活动(观察并讨论下列问题):
1、第一组装置管内液面升高的原因是什么?
答:烧杯中的水分进入漏斗内的缘故。
2、用纱布代替玻璃纸,液面没有升高的原因?
答、原因是蔗糖分子也会通过。
3、清水换成同样浓度的蔗糖溶液,也没有升高的原因?
答:膜两侧溶液中的水分子数相同。
4、水渗入漏斗内使液面上升必须具备两个条件——半透膜、浓度差。
过渡:那么,细胞中是否也是如此呢?先看动物细胞。
教师活动:展示“水分进出哺乳动物红细胞的状况”的三幅图片(见课本P60)。对三幅图片作以说明
学生活动(观察并讨论下列题目):
1、正常生活着的红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜到膜外吗?
答:不会。[学生可能不会立即回答出这一问题,这时可通过血红蛋白的作用来引导]
2、根据现象判断红细胞的细胞膜相当于什么膜?
答:半透膜
3、当外界溶液的浓度低时,红细胞一定会吸水而涨破吗?
答:不是
4、红细胞吸水或失水的多少取决于什么?
答:两边溶液中水的相对含量的差值。
学生活动:归纳总结水的进出方向——顺相对含量的梯度进出动物细胞的。
过渡:植物细胞吸水和失水的情况又怎样呢?
教师活动:出示成熟植物细胞模式图。分析原生质层这一结构。
(教师叙述)对于植物细胞来说水分要进出细胞必须要通过原生质层。
原生质层是否相当于半透膜 ?细胞壁对水分的进出有没有影响呢?下面让我们一起来探讨——
(二)植物细胞的吸水和失水问题:
教师活动:出示生活实例两则
1、用盐腌萝卜时会有水渗出,同时萝卜的体积会减少。
2、置于空气中刚刚萎蔫的白菜叶片置于清水中又变得硬挺。
[上述两则实例是学生常见的。课文中用剁碎的白菜的例子,怕引起学生的误会——是不是细胞的结构被破坏了,“烧苗”现象学生也不太熟悉;况且这两例只代表一个侧面——失水]
上述事例说明了什么问题呢?
学生活动:学生可能会提出如下问题
1、植物细胞会 出现失水的情况吗?(渗出的水是细胞内的水还是间隙的水)
2、植物细胞在什么情况下会失水?
3、原生质层是否相当于一层半透膜?
[学生可能还会提出许多问题,有的问题只是表面现象,有些则是本质问题]
经过讨论大家觉得第三个问题有探究的价值。[此问题能解决学生提出的其它问题]
学生活动
(1)作出假设:原生质层相当于半透膜
理由是:由教师引导学生分析——植物细胞膜和液泡膜都是生物膜,(P49)他们具有与红细胞的细胞膜基本相同的化学组成能够和结构。上述的事例与红细胞的失水和吸水很相似。
教师活动:根据实验现象和有关知识提出的假说,要有实验和观察的依据,同时需要通过观察和实验进一步的验证和完善。下面就由同学们来设计一个实验验证你的假设。
教师活动:原生质层是细胞层次的结构,要观察它,我们必须借助于什么工具?初中我们就接触过显微镜;那么我们应该选用什么样的实验材料才能使实验成功呢?[学生可能一时不能回答,可以引导学生分析:在这个实验中要观察的实验现象是什么?] 学生活动:液泡和细胞体积、大小的变化。
教师分析:我们可以选择带有颜色的细胞,更容易观察到现象的存在。这样的材料在我们生活中很常见——紫色洋葱。
学生活动:以小组为单位讨论实验方案(给学生时间讨论),然后进行交流。[有些小组的设计不够严密,有些比较成熟,可以在大家讨论的基础上加以修改完善,最后拿出一个可行的方案]
(2)设计方案:将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中,观察大小的变化;再浸润在清水中,观察其大小的变化。
预期实验的结果:由于原生质层相当于一层半透膜,水分子可以自由通过,而蔗糖分子则不能通过,因此在蔗糖溶液中,植物细胞的中央液泡会缩小,细胞皱缩;在清水中植物细胞的液泡又会变大,细胞膨胀。
(3)进行实验:(略)
(4)分析结果,得出结论:
由小组交流实验结果:中央液泡大小、原生质层的位置、细胞大小。
[有些同学的实验比较成功,能明显观察到实验预期的现象,可以把好的装片作为示范,针对实验中出现的情况,讨论下列问题,培养学生分析问题的能力,提高学生探讨问题、解决问题的能力,这也是科研之路必备的素质]。
问题1:有的结果与你的预期不吻合,说明你的假设不成立吗?应当如何解释? [这样的问题不一定非要有明确的答案,主要是通过问题,引起学生的反思。强调你的实验设计方案必须要有可重复性和易操作性],让学生试着解释自己的结果与别人的不同,原因是什么——是表皮细胞被撕碎了,还是装片中存在气泡?还是换溶液时换得不够彻底?
问题2:假如细胞壁相当于一层半透膜 实验结果会有什么不同?
问题3:如果没有细胞壁,结果会有什么不同?
[后两个问题的设置意在和动物细胞形成比较]
问题4:本小组的结论是什么?
[通过交流培养学生的表达能力]。
关键词:物质跨膜运输,探究式教学,高中生物
生物学科的教学突出实验为主的特色,而以实验带动理解记忆的课程往往是探究式教学方式最切合、最有效的阵地。通过探究式教学的渗透与开导,改变了学生传统学习方式,使学生从生命现象中自主发现规律、分析问题、研讨结论,运用生物学的相关概念、原理和定律解释实验中产生的生物界问题。下面就以人教版生物课程《分子与细胞》之“物质跨膜运输的方式”为例来谈谈探究式教学在其中的应用。
本节课的重难点是物质跨膜运输的三种方式:自由扩散、协助扩散、主动运输。教材从事实分析入题,提出问题,给予结论。不过,没有更多的文字讲解关于实验验证方法和分析方法的过程,这就需要师生通力合作,设计实验情景和分析方法,同时这一空白也为探究实验资料分析提供了空间。我们结合三个教学环节的相关课堂设计加以分析。
一、自由扩散内容教学情景与渐近式理解
探究式教学的介入首先是要激发学生对所研究内容的兴趣,按照相应的认知程度、特点以及知识可溶率进行渗透。在讲述自由扩散时,我们利用多媒体教学工具来进行演示:通常我们采用清水之杯中酌滴墨水实验,当墨色扩散,改变整杯水色时,提出思考要求,让学生给这种现象冠以定义;然后,结合生活实际,演示另一个实例,即仍选择一杯清水,然后滴加生活常用有色食醋(棕色),让学生观察水杯中复合物质的颜色变化,并从视觉思考的基础上添加嗅觉发现与提问———颜色和气味同时变化。实验结束,通过两种现象的对比,找出相同与不同之处。转而引得学生得到结论———分子既能扩散于水中,亦能渗入细胞内部。现象与结论确定之后,我们进入过程分析。现象中分子是如何潜入细胞内部游弋的。此时,将问题交给O2,继而演示O2从细胞进出的全部过程,感官直觉的基础之上进而进入预判过程,思考、判断在运输的方向。这一短时间通过现象、问题一级感官到判断分析的提升过程,激发着每一个学生对新知理解的渴求欲。
二、协助扩散内容的自悟方式及开导
多媒体工具演示可以通过人工合成的脂双层膜的物质有哪些,而不能从此通过的物质有哪些。不能通过人工合成的脂双层膜的物质却可以通过细胞膜,因现象比较而生成问题:这种通过与无法通过的现象是因何产生的?像福尔摩斯分析过程一样,先给予结果,再究其原因。将学生分组讨论,讨论的过程进行潜移的引导,当问题突破口临近的时候,教师加以点拨,瞬间突破细胞膜与人工合成的脂双层膜的区别问题,这个问题迎刃而解。在探究学习过程中教师只是起带动的作用,让学生带着运输的方向和特点这两个问题,观看葡萄糖进入红细胞的动态过程,以教师的相对被动带动学生的积极主动,学生同时进入一个自问自答的过程,脑海中呈现总结的规律:发生自由扩散的物质是小分子物质或脂溶性物质。鼓励与表扬是带动工作的有效辅助手段,其目的是让学生自主探索,获取知识,提高自身思考能力和分析能力。这样学生就会有的放矢,当让学生分组总结自由扩散与协助扩散的相同点时,上述自问自答的结果脱口而出,形成自悟的被动运输的概念。
三、主动运输内容的自主实验设计与汇报
教师给学生提供一些关于物质逆浓度梯度运输的资料,在资料陈述后提出问题:为什么能逆浓度梯度运输?分组讨论要鼓励假设提出的大胆性,这些假设或者说猜想成为课程内容分析的重点和此主题的主导。教师要及时分析这些假设的趋向和正确率,引导学生围绕猜想收集验证资料,进行过程和规律的推理,获得用思维解决问题的有效方法,策划出实际、可行的研究方案。在学生策划设计实验时,教师要提醒学生设计的实验即要复合科学规律,还要充分考虑实践中的可行性,要对提出的实验方案做出的预期过程和结果的预判,通过指导弥补学生实践不足,引导学生安全有效地进行验证。在这个环节中,有效地锻炼了学生的语言组织和表达能力,同时以实践代替灌输,教与学生收集、分析、总结资料的能力。成果汇报会过程简短而精炼,最后沉淀的即是本环节教学的最终目的。最后将实验结果予以展示并进行结果分析,对于过程有创新意义的要着重表扬,对于尚不足之处的要鼓励进取。结果汇报结束,发言人和研究组要接受其他学生的提问,加深提问者和回答者的继续思考和结果印证,教师作为旁观者和指导人要及时对结果予以评析。通过相互之间的讨论,可使学生更好地理解、掌握知识。学生提出的假设要有依据,这是科学解析的规律和法则。每个小组展示自己的成果,这样可以极大的调动学习的积极性。
四、教学目的的体现与总结
课程最后,我们让学生分组列表,从运输方向,是否需要载体,是否需要能量,比较这三种运输方式。由于实验本身的自主性,其结果的总结也相对要真实、深刻的多了。通过讨论和探索,得出结论,贴近教学目的,完成教与学的阶段计划,使知识得到拓展和深化。此阶段教师主要起组织和指导作用。在完成资料分析或实验探究的基础上,教师针对教材重难点可设计一些问题,让学生用自己“发现”的科学规律去解决实际问题。例如,细胞内的k+浓度比细胞外高好多倍,但是细胞仍然吸收k+,让学生用所学所验的内容解释这些问题。对主动运输过程的分析及其生理意义这一课程难点以新命题代替复习,加深理解。
探究式教学通过激发学生的内驱力,把学习变成学生的内在需求,从根本上促进了学生认知、能力、个性的发展,形成教与学主体间的多向反馈图式,使学生积极地、主动地、创造性地、钻研和解决问题,从而为学生的终生学习奠定了基础。
参考文献
[1]郑琳.高中生物实验探究性教学的研究与实践[D].福建师范大学, 2008.
误区1 自由扩散与主动运输没有联系
从整体上看,自由扩散和主动运输之间是有联系的。例如无机盐离子的吸收大多数是主动运输,这样细胞在吸收了无机盐离子后就降低了细胞内水分子的浓度,从而促进了水分子进入细胞内的自由扩散,并且大多数无机盐溶解在水中电离后才能被细胞选择吸收,这样又影响了外界溶液中水分子的浓度。
例1 甲、乙两种物质分别依赖自由扩散和协助扩散进入细胞,如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子代替细胞膜,并维持其它条件不变,则( )
A.甲运输被促进 B.乙运输被促进
C.甲运输被抑制 D.乙运输被抑制
解析 自由扩散和协助扩散称为被动运输。协助扩散是物质借助载体蛋白进出细胞的扩散。题干中有“人工合成的无蛋白磷脂双分子层代替细胞膜”一语,由此可知膜上无载体蛋白,故协助扩散受到抑制。有无载体参与是自由扩散和协助扩散的主要区别。
答案 D
误区2 主动运输一定是逆浓度梯度运输
主动运输也可以顺浓度梯度进行。小肠上皮细胞吸收葡萄糖的方式是主动运输,例如一个人大量摄食葡萄糖,造成消化道内葡萄糖浓度大于小肠上皮细胞内葡萄糖浓度,葡萄糖依然还是会被小肠上皮细胞通过主动运输吸收。通过实验发现:当把血糖浓度提高时,肠道中的葡萄糖要克服浓度梯度进入血液,证明主动运输的存在。如果不断增加消化道葡萄糖的浓度,葡萄糖被运输进血液的速率也随之增加,直到达到一定的限度,然后再增加其浓度,运输速率不再产生变化,但运输仍然在进行。
误区3 葡萄糖跨膜运输的方式是主动运输
葡萄糖进入红细胞是以协助扩散方式进行的,而进入小肠上皮细胞主要以主动运输进行的。由于红细胞膜上有一种蛋白质,对葡萄糖有特异的亲和力,当这种蛋白质与葡萄糖结合,会引起构象的变化,从而使葡萄糖通过协助扩散的方式由细胞膜进入红细胞。
例2 科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时,做了如下实验:先向乌贼神经纤维内注入微量的放射性同位素24Na,不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na。如果在神经纤维膜外溶液中先后加入抑制酶活动的药物和ATP,测得神经纤维周围溶液中24Na的量如下图所示,请据图回答:
[加入某药物][2
1][加入ATP][溶液中24Na的量] [时间][O]
(1)在神经纤维膜外溶液中加入抑制酶活动的某药物,则24Na的外流 ;当向中毒的神经纤维内注射新鲜的ATP时,24Na又 ,直到 为止。
(2)可见,24Na通过神经纤维膜的方式是 ,原因是神经纤维排出24Na需要消耗 。
(3)加入药物后抑制的酶是 酶。
解析 主动运输需要载体和消耗新陈代谢所释放的能量,此题中所涉及到的是需要能量即ATP这个条件,而ATP的产生需要通过呼吸作用,呼吸作用需要酶的参与。
向乌贼神经纤维内注入微量的放射性同位素24Na,不久可测得神经纤维周围溶液中存在24Na,说明24Na已经由细胞内排到了细胞外,24Na的运动方向是向外流。在神经纤维膜外溶液中加入抑制酶活动的药物和ATP,从图中可以看到,加入药物前,外流量多,从“2”迅速下降到“1”;加入药物后外流停止,保持在“1”水平;加入ATP后,外流量又增多了。可见,24Na的外流需要消耗ATP,加入的药物是抑制细胞产生ATP的,也就是说是抑制呼吸作用的,因为ATP主要是通过呼吸作用产生的。所以24Na通过神经纤维膜的方式是主动运输;加入药物抑制的酶是呼吸作用的酶。
答案 (1)迅速停止;重新透出;ATP用完 (2)主动运输,ATP (3)呼吸作用
1.新生儿小肠上皮细胞通过消耗ATP,可以直接吸收母乳中的免疫球蛋白和半乳糖。这两种物质分别被吸收到血液中的方式是( )
A.主动运输、主动运输
B.内吞、主动运输
C.主动运输、内吞
D.被动运输、主动运输
2.下列关于自由扩散与协助扩散的说法中,正确的是( )
①都不需要能量 ②都不需要载体 ③自由扩散只能顺浓度梯度,而协助扩散既可以顺浓度梯度也可以逆浓度梯度 ④都是被动运输 ⑤离子和一些较大的分子如葡萄糖,可以通过协助扩散顺浓度梯度运输
A.①②④ B.①③④
C.①④⑤ D.①②⑤
3.下列关于跨膜运输的描述,正确的是( )
A.相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内
B.大分子有机物要通过载体蛋白的转运才能进入细胞内,并且要消耗能量
C.协助扩散和自由扩散都是顺浓度梯度进行的,既不需要消耗能量,也不需要膜上的载体蛋白
D.主动运输一般发生在细胞逆浓度梯度吸收物质时,既要消耗细胞的能量,也需要依靠膜上的载体蛋白
4.在培养玉米溶液中加入某种阴离子,结果发现玉米根细胞在吸收该种阴离子的同时,对Cl-的主动吸收减少,而对K+的主动吸收并没有影响,原因是( )
A.该种负离子妨碍了能量的生成
B.该种负离子抑制了主动运输
C.该种负离子抑制了细胞呼吸
D.该种负离子的载体和Cl-的相同
5.下图为物质出入细胞的3种方式示意图,请据图回答([ ]内填序号):
(1)物质利用载体出入细胞的运输方式是图[ ] 和[ ] 。
(2)物质出入细胞需消耗能量的运输方式是图[ ] 。
(3)物质从细胞膜低浓度一侧运到高浓度一侧的运输方式是图[ ] 。
(4)物质从细胞膜高浓度一侧运到低浓度一侧的运输方式是图[ ]和[ ]。
(5)甲、乙两种运输方式合称为 。
1.B 2.C 3.D 4.D
通过本节课学习,学生基本上能够根据三种血管的特点加以区别人体血管,部分学生可以描述心脏的结构和功能,对血液的成分和功能也有一定的认识,在这一基础上能够根据教材提供的血液循环的示意图描述体循环和肺循环的途径,在整个一节课的教师的教学和学生的学习过程中有以下几点值得反思:
1、整个教学环节富有层次,思路清晰,教学过程( )中教师注重发挥学生学习的主动性和积极性,使学生对人体内物质的运输从感性上升到理性,知识得以升华。
2、教师教学准备非常充分,对学生的学习基础及学习状态分析比较到位,教学过程( )中能随时关注学生的学习状况,从而随时调整教学方法,每一课时都注重激发学生学习新课的兴趣,利用多媒体优势制作内容丰富的课件,使抽象的知识形象化。
3、教师教学除了关注知识内容的传授,也注重培养学生的`多种能力,如观察能力及思维能力的培养,学生通过本节课的学习,学会了观察并分析三种血管的结构及功能特点,对心脏的结构及功能也有一定的认识,能够在教师引导下观察并描述人体血液循环途径。
4、教师设计教法时能考虑学生的学习情况及心理状态设置有效的教学策略促使学生通过自主地学习获得知识和培养能力,但每课时教师设计的教法显得雷同,留给学生动手的机会不多,使得部分学生不能自始至终关注学习,从而使学习效果有所下降,在以后的教学中教师可充分利用教材提供的材料组织学生进行自学,教师应设计有层次的、和学生生活实际联系紧密的、促使学生积极思维的问题,使学生在一个真实的教学情境中主动学习,改变不良的学习习惯及学习态度。
5、针对本节课内容较多,学校具备的模型较少,如果在课堂上组织学生通过观察模型学习心脏的知识占用时间过多,效果也不是很明显,我想在以后组织这部分内容的教学时不仿根据教材特点也设计成板块式学习,把学生分成不同的学习小组,教师通过培训每组小组长使组长可带领本组组员利用课余时间到实验室观察模型学习心脏的知识,真正使学生的观察能力及合作学习能力得到提高。
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