“物质的跨膜运输的方式”的教学设计

 

本节课内容是普通高中课程标准实验教科书《必修1》第五章第三节内容。

《普通高中生物课程标准》倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，突出创新精神和实践能力的培养。基于《标准》的这种的理念，我引导学生以探究性学习的方式学习“物质的跨膜运输的方式”一课，使学生初步学会生物科学探究的一般方法，由于该班是理科生物班，除了使学生掌握《标准》所设定的能力目标即分析、表达、表述、判断、反思、修改能力外，还有利用数学方法处理、解释数据这个能力目标，这是过去义务教育生物课程所没有涉及的能力目标。

一、教材分析：

1．1 内容与地位：

   教材利用“问题讨论”对比不同物质通过不含蛋白质的人工脂双层的实验结果，引出了不同物质的跨膜运输方式。一是小分子或离子进出细胞膜的方式，而这三种跨膜方式属于原理性的内容，通过自学课本，学生还是能基本比较出三种方式的异同点；二是大分子物质进出细胞的方式，包括胞吞和胞吐，这部分内容和前面所学的“分泌蛋白的合成和运输”有关联的地方，同时又是对生物膜具有流动性的一个很好的佐证。

   本节内容属于细胞的功能之一，物质的输入和输出。任何一个生命系统都是开放的系统，都与外界有物质的交换。可见本节所属的章节内容对学生理解细胞是基本的生命系统有着重要的意义。

 1．2 教学目标：

（1）知识与技能：

   a、举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。

   b、说出被动运输与主动运输方式的异同点。

   c、阐述主动运输对细胞生活的意义。

   d、正确解读坐标数据图表

  （2）过程与方法：

   a、运用类比和对比的方法进行学习，抓住关键，掌握本质。

   b、运用表格的方式进行总结，简洁明了。

  （3）情感态度与价值观

本节情感态度与价值观的教学价值方面不太明显，主要强调积极思考，主动自觉。

 1．3 教学重点：

（1）物质进出细胞膜的方式

（2）图表数据的解读

确定的依据：重点（1）（2）均是由本节所学内容的教学目标所决定的。其中，重点（2）是根据《标准》所提倡的“落实对学生科学探究能力的培养，”和“利用数学方法处理、解释数据”的观点而确定的，新教材比旧教材更强调了解读数学坐标图表的能力，要求学生能用坐标图表来表达一些结论，因此，本节内容在对坐标图表分析上有较好的教学价值，作为重点，使学生能应用这些基本知识解决实际问题或习题。

 

1．4 教学难点：

（1）主动运输

（2）图表数据的解读

确定的依据：难点（1）为逆浓度梯度、消耗能量的跨膜运输，浓度差与其运输速率的关系是学生在探究中的一个难关，学生容易受“自由扩散”和“协助扩散”的浓度差与它们运输速率的关系的定向思维影响，认为也是成正比关系，故为难点；另外，“主动运输”是物质跨膜的主要方式，它涉及到能量和载体的利用。而影响能量的供应则与《第五章－第三节》影响呼吸作用的氧、温度、ATP等因素有关，载体则与蛋白质的种类和功能多样性有关。因此，主动运输是前后章节内容其中一个综合知识点的基点之一，而学生在对蛋白质的多样性、能量的供应等知识点的横向联系容易出现断层，因而很有必要在此强调，以埋下对第五章知识上的联系的伏笔。

    难点（2）“解读图表”是学生第一次真正运用数学思维进行的“探究”，切切实实地让学生感受到生物科学习是需要理科性思维，生物学中的知识论点是建立在严谨的实验数据基础上的。“解读图表”实现了学生对相邻学科知识的迁移，而这个技能对于理科思维比较差的学生来说会比较抽象和吃力。因此，难点（2）比较适宜在理科班中拓展。

 

二、学情分析：

学生已经具备了细胞膜的结构、水跨膜的实例的基础，掌握了蛋白质多样性的知识，为新知识的学习奠定了认知基础。同时，高中学生还具备了一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探究有激情，但往往对探究的目的性及过程，结论的形成缺乏理性的思考，需要结合教师的引导。

 

三、教学方法设计：

本节课采用“探究—发现”教学模式，使学生综合运用到《标准》所提到的以下几项技能：“观察、分类、比较、概括、描述、鉴别差异、分析、确定相互关系、解读图表”，并配以多媒体辅助教学，教师通过列举事例，引导学生模拟科学发现，进行分析、讨论、归纳和总结。共分为2个课时。

“探究—发现”教学模式基本程序:

                           小组合作                师生讨论

 设疑引入   学生自学   归纳小结    学生展示    评价反馈   师生总结

 

四、教学过程概述：

4．1第一课时：创设情境，设疑引入

提供感性材料	获得感知	设疑
“问题探讨”对比不同物质通过不含蛋白质的人工脂双层的实验结果	引出了不同物质的跨膜运输方式，物质的运输具备一定的条件才可以跨膜	这些物质的跨膜运输方式必须具备什么条件才实现的呢？同学们先自学课本p70～p72

 

4．2 探究－发现活动：

（1）探究－发现活动一：

在学生自学完后，我希望学生能按照表格归纳出三种跨膜方式的特点和所需条件，于是，我设计了以下表格（预先印发）让小组合作填写。

物质的跨膜运输的方式：

物质跨膜运输主要与该物质的______、________、________、_______、________等条件有关。

运输方式		运输物质	运输方向      （浓度梯度）	是否需要载体	是否需能

仅仅填写这个表格，学生实际还是没有达到对三种方式的真正理解。于是，在学生填写完后，我演示了一个课件，它生动地用物体上下坡和用小汽车运载为例比喻了三种的物质跨膜运输方式。在演示过程中，实际是一个反馈的过程。我先只演示比喻的例子，然后提问小组代表，它比喻的是哪种跨膜方式，为什么，这样，就可以间接地让学生把该表的内容全部的知识点在动画的辅助下，理解性地，清晰地表述出来，达到了《标准》所提倡的探究性学习所要达到的“观察、分类、比较、概括、描述、鉴别差异、分析”等的能力，也让学生在课件中从直观的例子发现细胞中抽象的现象。

 

（2）探究－发现活动二：

    在活动一中，我仅仅展示的是动画中的比喻，并没有展示细胞内的物质跨膜的过程，目的是为了让学生通过亲身绘图，更深刻地理解物质的三种跨膜方式。因而，我顺利地设下了疑问：既然我们都了解了物质的三种跨膜方式所需的条件以及它们的特点，那么真正发生在微观的过程是怎样的呢？下面，请大家补充并完成下图。

补充并完成下图：

（1）、自由扩散：                             

当： 细胞外O₂的浓度 > 细胞内O₂的浓度  或者 细胞外CO₂的浓度< 细胞内CO₂的浓度

 

 

细胞外

 

 

细胞内

 

（2）、协助扩散：

当：葡萄糖跨红细胞膜时

 

细胞外

 

 

 

 

 

细胞内

 

（3）、主动运输：

 当小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖时：

 

 

细胞外

 

 

 

细胞内

   

活动二探究目的性强，它要求学生把课本的字词转化图形的描述能力，更能使学生在绘图中区别物质的三种跨膜方式的特点，如是否顺逆浓度梯度、是否需要载体、是否需要消耗能量。实现了知识与能力的迁移。

根据以往的教学经验，学生对物质的进出有个误区：认为物质的进出只与细胞膜内外有关系，而没有抓住关键－浓度梯度。于是，我在自由扩散的图中，设计了“细胞内外O₂与CO₂的扩散”，让学生从绘图中得知物质的进出是与它的浓度梯度有关，而非仅仅细胞膜内外。另外，一些离子和小分子有机物进出细胞的方式是可以多种的，于是，我在协助扩散和主动运输的图中，都利用了葡萄糖为例，让学生能体会到这一点。

在完成小组合作这些图后，我用投影的方式把一些画得好的与画得不好的小组图片进行对比展示，让学生比较绘图过程中出现的漏洞或者科学性错误。例如，不少学生因为仅仅模仿课本的图，而没有更深入地转变成我设计的绘图题目的要求，仅仅用圆圈代表转运物质，而没有标注名称，不同物质没有用不同的符号代表，或者出现了科学性错误，画错了物质跨膜的方向等等。在对比了画得好的图后，学生立刻意识到自己所出现的漏洞，争相说出错处，不仅达到了对物质的三种跨膜运输方式的理解，更考察了学生对图形的描述能力。

 

（3）第二课时：探究－发现活动三：

“利用数学方法处理、解释数据”这个能力目标，这是过去义务教育生物课程所没有涉及的能力目标。为了落实《标准》的新理念，培养学生的运用数学思维进行的“探究”，我设计了第三个活动。

 细胞的物质运输速率与浓度差的关系的实验探究在中学课堂上不可能实现的，如果凭空让学生去绘出曲线图，就不符合学生认知的规律。为此，我收集了大学做自由扩散时实验的数据，给学生分析数据，绘出曲线图。但协助扩散和主动运输则不提供数据，目的是为了考察学生是否能从自由扩散的物质运输速率和浓度差关系中推断出其它两种方式的曲线图。

 

请绘出下列曲线图

（1）自由扩散：

O₂跨红细胞膜时的运输速率：

浓  度差	1.5mmol/L	3mmol/L	4.5 mmol/L	6 mmol/L	7.5 mmol/L	9 mmol/L
速  率	8	15	24	30	31	31

 

物质运输速度

浓度差

 

 

 

 

 

物质运输速度

浓度差

结论：物质的运输速度与物质浓度差成_______关系，自由扩散过程只受___________影响

 

 

（2）协助扩散：

 

 

结论：在一定浓度范围内, 物质的运输速度与物质浓度成_______关系，

协助扩散过程物质运输速度受_____________________限制

 

物质运输速度

浓度差

 

 

（3）主动运输：

 

 

 

在一定范围内，物质的运输速度与物质差成_______关系，

超过一定的物质浓度范围，物质运输速度_______________________。

 

活动三需要的探究的能力较强，它要求学生用数学的思维推断协助扩散和主动运输的曲线图。由于有了第一组数据，较多小组能正确完成自由扩散的曲线图，并得出正确的结论。但也有些小组虽然得出正确的结论，却把正比的曲线图画成了类似指数的曲线图，可以反映出部分学生的数学思维比较差。曲线图的反馈也是用投影的方式呈现出，把一些画得好的与画得不好的小组图片进行对比展示，让小组代表进行表述绘图的意图，在此过程中，引起学生激烈的争议。例如，在协助扩散中，不少小组忽略了载体数目的限制，依旧画出和自由扩散一样的曲线图，后在展示出正确的图，由小组代表讲述后，学生都清楚了。而主动运输的曲线图更是高潮，学生激烈地争议到底是反比还是正比的关系，还有物质运输速率的最值，而刚好小组代表是数学科代，他用语准确，还在黑板上绘出物质进出细胞的图，举出一些简单的假设数据来比喻，生动地解释了主动运输的物质运输速率与物质的浓度差成反比的关系，还有物质的速率的最值可以达到零的结论。

最后，我以红细胞内外保持动态平衡的K⁺、Na⁺浓度差的例子，用课件的形式进行小结主动运输的特点，帮助学生理顺讨论中对主动运输的特点的思路。我就是以以上的探究活动突破了难点，效果较好。

而非跨膜的运输方式：胞吐、胞吞，则由我来教授，点出关键的知识点即可了。

 

五、教学反思

   本节课利用了两个课时完成，比《标准》要求多了一个课时，因此，此类的理科性思维的探究活动较适宜在理科班进行。我在文理科班进行了不同教学模式的教学实验。在文科班，以传统的“授—受”式教学模式组织教学，理科班以“探究—发现”教学模式贯穿教学始终。从课堂的学生表现来看，理科班学生的学习主动性得到了较大程度调动，课堂始终处在一种主动学习的良好氛围之中，学生真正把学习的过程演绎成一个主动探究、自动求知的过程。

   本节课，充分发挥教材中蕴含的创新、探究的素材，把教材中的“现成结论”，通过多处“设障”、“布惑”，将教材进行活化和优化处理，使之真正成为学生的“学材”，潜移默化地把培养了学生的对数据分析、解释图标的能力。在对本节课学生的探究活动我予以了积极的评价，尤其是对学生在探究过程中善于假设，多向思维，细心严谨，进行探究学习的科学精神给予高度赞许，并教育学生要有一丝不苟的治学态度，掌握一定的科学研究方法。

    同时，本课也有需要改进的不足之处。

    如：课堂时间的控制，尤其学生的讨论与表达是比较花费时间，教师要开放探究，更要及时总结，否则，学生对自己整堂课的探讨所得的结果没有检测的依据；对于一些具有争议性的问题，教师点拨要更精练些，鼓励学生积极地争论，由学生得出对三种跨膜运输方式的曲线图的趋势的判断的依据，并鼓励他们课后继续探究，让探究活动成为学生学习的习惯与兴趣。

   

 

参考文献：

1、《普通高中生物课程标准》                            人民教育出版社

2、《生物课程标准解读》——走近新课程丛书                   江苏教育出版社

3、《高中优秀教案，生物》———志鸿优化系列丛书          任志鸿  南方出版社   

4、《基于新课程的生物教学设计概述》                        邱才训

5、《细胞生物学》——面向21世纪课程教材                   高等教育出版社

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第三节  物质跨膜运输方式

                             厦门六中生物组    叶聿坚

 

一、 教学目标

1知识目标

⑴说明物质进出细胞的方式。

⑵进行图表数据的解读。

2.技能目标

培养学生提出问题的能力；培养学生解读图表数据的能力

3.情感目标

联系生活实际，让学生理解研究物质跨膜运输的意义

二、教学重点和难点

1.教学重点

物质进出细胞的方式，说出被动运输与主动运输的异同点

2.教学难点

主动运输，正确解读坐标数据图表

三、教学方法策略

本节教学宜采用讲授与讨论相结合的方法，基本思路可以确定为：展示现象→提出问题→解释原理→总结概念。并适时运用多媒体辅助教学

四 教学过程

教师呈现“问题探讨”中的实验现象，组织学生讨论三个问题。

问题1：什么样的分子能通过脂双层？什么样的分子不能通过？

问题2：葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，但是，小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，如何解释？

问题3：观察此图表，联系已学过的知识，你还能提出其他问题吗？

学生分组讨论

小组代表发表看法

教师积极鼓励学生提出问题，如通过观察此图还可联想第一节内容提出，“细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输？”等问题。

教师：细胞在生命活动过程中要不断从外界摄取细胞所需要的营养物质，产生的废物排出去，以维持细胞正常的生命活动。那么，物质是怎样通过细胞膜出入细胞的呢？

演示：清水中滴一滴红墨水，清水很快就变成红色，为什么？

学生小组交流得出：扩散的概念

（一）被动运输

教师引导：回顾“植物细胞吸水和失水”实验，与这种扩散比较，让学生分析水分子进出细胞是不是与上述扩散相似？

再列举氧和二氧化碳进出细胞的现象

学生总结：自由扩散的概念。

特点：物质由高浓度一边扩散到低浓度一边，既不需载体，也不消耗能量

接着教师设问：提出“水分子能够通过脂双层，葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，却能通过细胞膜，这是为什么？”

学生尝试作出解释

教师提示：载体蛋白的作用

师生总结：得出协助扩散的概念

特点：物质由高浓度一边扩散到低浓度一边，需要载体，也不消耗能量

教师讲述：自由扩散和协助扩散统称被动运输；展示“自由扩散和协助扩散示意图”

并通过CAI展示下列情景：①木材（或竹捆）从河的上游随水漂到下游；②船装白糖（或食盐、化肥）从河的上游漂到下游（不开发动机）；③船装着货物由下游开往上游，船尾冒着白烟且伴有发动机的声音。

学生思考：①自由扩散和协助扩散需要能量吗？为什么？

②自由扩散和协助扩散有什么不同？

③为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？

学生回答：（略）

（二）主动运输

教师继续：上述③船装着货物由下游开往上游，船尾冒着白烟且伴有发动机的声音。与前二种情形不同在哪儿？

学生答：（略）

教师指导学生看课本图表P71；P73；P63

背景资料：轮藻细胞中的K⁺浓度比它所生存的环境中K⁺ 多63倍，海带细胞中的I^- 比海水高出40倍，人的红细胞中的K⁺比血浆高30倍，而红细胞中的Na⁺ 浓度却是血浆中Na⁺ 的浓度的1／6。

联系第一节内容并设问：这些离子为什么能逆浓度梯度运输呢？

学生回答（略）

师生得出：主动运输的概念；展示“主动运输的示意图”

特点：物质从低浓度一边被运输到高浓度一边，不仅需要载体的协助，而且也需要消耗细胞活动产生的能量

再现CAI展示三种情景，提问学生：自由扩散、协助扩散和主动运输各与哪一类情景相似？为什么？对于细胞生活有什么意义？

       学生答：（略）

幻灯片展示，请学生完成下表：

出入细胞的物质举例	物质出入细胞的方式	细胞膜内外物质的浓度	是否需要载体蛋白质	是否需要消耗细胞内的能量	出入细胞的物质类型
甘油
进入红细胞的葡萄糖
进入细胞的K+

 

（答案略）

教师巡回指导，学生完成后可稍作点评。

教师归纳： 不同物质通过细胞膜的方式是不同的，也就说明细胞膜对通过的物质具有选择性，它是一种选择透过性膜。具体表现在：水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。

　　教师提出一些问题启发学生进行议论，以加深理解和巩固所学知识。

①物质通过细胞膜出入细胞的三种方式中，你认为哪种方式对于活细胞完成各项生命活动最重要，为什么？

学生回答：（略）

　　②细胞膜是选择透过性膜。即水分子等细胞要选择吸收的离子和小分子可以通过，而其它的离子、小分子和大分子不能通过细胞膜。那么大分子如何出入细胞呢？例如水中的有机物颗粒是如何进入原生动物草履虫体内的，未被消化的食物残渣又是如何排出体外的？

教师指出，物质出入细胞除上述三种方式外，还有其它特殊方式。大分子物质不能直接通过细胞膜不等于大分子物质不能出入细胞。一些大分子物质是以一定方式出入细胞的，如细胞的内吞作用和外排作用，白细胞对异物的吞噬作用，胰岛细胞对胰岛素的分泌作用等。