李紹奉

關(guān)鍵詞 跨膜運輸 復習課 教學設(shè)計 核心素養(yǎng)

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

1教學內(nèi)容分析及設(shè)計思路

在《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中，有關(guān)“水的跨膜運輸”概念分列在大概念2“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實現(xiàn)增殖”下的重要概念1“細胞的物質(zhì)輸入和輸出”。確定本節(jié)課的概念體系：

2細胞的生存需要水

2.1水通過被動運輸進出細胞，以維持細胞的正常代謝活動。

2.1.1闡明生物膜具有選擇透過性。

2.1.2水順濃度梯度進出細胞，不需要額外的能量。

生物學學科核心素養(yǎng)是學生在解決實際問題時綜合運用生物學科的觀念和方法、知識與技能，所表現(xiàn)出來的持久品格和能力，本質(zhì)上就是學生進行生物學解釋的能力。從認知層次和思維含量看，生物學解釋應(yīng)該有三重境界：一重境界是以事實判斷為主的還原性解釋，解釋“是什么”的問題;二重境界是以成因判斷為主的因果性解釋，解釋“為什么”的問題;三重境界是以是非判斷為主的價值性解釋，解釋“怎么辦”的問題。生物學解釋素養(yǎng)的培育是由淺入深的發(fā)展過程，能夠較準確地衡量學生核心素養(yǎng)的層級水平：還原性解釋是生物學認知的基礎(chǔ);因果性解釋是生物學分析的關(guān)鍵;價值性解釋是生物學教育的歸宿。高三復習課的教學設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)出這種層次性，進而培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。

通過新課的學習，學生掌握了與水跨膜運輸?shù)谋姸喔拍睿沁@些生物學事實和概念主要呈“碎片化”的存在，學生未能完全領(lǐng)悟相關(guān)概念生成的邏輯，缺乏運用相關(guān)知識解釋較復雜情景的能力。本節(jié)課以滲透裝置為切入點，引導學生利用模型建構(gòu)和類比推理提出科學猜想，并通過實證得出結(jié)論。學生按照假說-演繹法，體會知識概念形成的邏輯鏈，應(yīng)用已有知識去解決生活實踐中的問題，實現(xiàn)相關(guān)概念從理解到應(yīng)用的發(fā)展。

2教學目標

1通過分析比較滲透裝置、動物細胞和成熟植物

細胞的物理模型，認同生物膜具有選擇透過性，發(fā)展歸納概括、模型與建模思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維等，掌握基于生物學事實的概念構(gòu)建方法。

2針對真實情境，能夠做出合理的猜想或假設(shè)、設(shè)計探究實驗方案、預測實驗結(jié)果、得出并評價結(jié)論，鞏固基于實驗設(shè)計的科學探究方法，掌握基于實驗探究的概念構(gòu)建方法。

3通過討論分析生活實際中與滲透作用相關(guān)的生物學問題，形成積極運用所學知識對現(xiàn)實生活中相關(guān)問題作出理性解釋和判斷的社會責任意識。

3教學過程

3.1優(yōu)化問題情境創(chuàng)設(shè)，助推科學概念形成

教師展示滲透現(xiàn)象，引導學生回顧滲透作用概念和滲透現(xiàn)象發(fā)生的條件，提出問題：漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高？如果漏斗管足夠長，管內(nèi)的液體會無限升高嗎？為什么？

針對學生的含糊回答，教師引入滲透壓的概念輔助釋疑。教師利用模型構(gòu)建模擬膜的通透性，引導學生基于特定的生物學事實，采用歸納與概括等思維方式，總結(jié)滲透作用的概念及發(fā)生的條件并分析漏斗管內(nèi)液面上升的原因，從而引入滲透壓的概念。并結(jié)合物理學中力的平衡（重力=滲透壓力）或者能量平衡（滲透勢能=重力勢能），一方面讓學生認同滲透作用所強調(diào)的濃度應(yīng)該指的是物質(zhì)的量濃度，另一方面也讓學生理解滲透作用不是不消耗能量，而是不消耗細胞內(nèi)化學反應(yīng)所釋放的能量，也為理解繼發(fā)性主動運輸?shù)乃枘芰康膩碓刺峁┗A(chǔ)。通過物理、化學和生物等學科知識交叉融合，學生逐步認同結(jié)構(gòu)與功能

觀、物質(zhì)與能量觀。

3.2倡導深度學習，提升科學思維能力

小組合作探究動物細胞和成熟的植物細胞是否為滲透系統(tǒng)，完成表1。學生結(jié)合滲透作用發(fā)生的條件，比較滲透裝置、動物細胞和成熟的植物細胞，得出“動物細胞和成熟的植物細胞也是滲透系統(tǒng)”的結(jié)論。教師提醒：要證明上述結(jié)論是否正確，還要設(shè)計實驗來證明，“哺乳動物成熟的紅細胞在不同濃度溶液中發(fā)生的現(xiàn)象”及“質(zhì)壁分離及復原”就是對上述推論進行實證的過程。教師引導學生總結(jié)：在橫向?qū)Ρ葧r，使用類比推理、提出假說等實驗方法;在做縱向思考時，使用假說演繹法的科學探究思路。最后，學生通過對半透膜和生物膜進行區(qū)別和比較，認同生物膜是系統(tǒng)根據(jù)自己生命活動需要主動控制物質(zhì)進出的選擇透性過膜。

設(shè)計意圖：教師利用表格，引導學生通過類比推理思維進行科學猜想，提出動、植物細胞可以作為滲透系統(tǒng)的假說，并用假說-演繹法進行實證。學生在復習實驗設(shè)計的實驗思路、原理、步驟以及預期實驗結(jié)果和結(jié)論等同時，也體驗了類比推理和假說-演繹法等科學研究方法，提升了科學思維能力。

3.3開展延伸探究實驗，提升科學探究能力

學生課前按照任務(wù)單（表2）進行分組實驗、查閱資料、收集證據(jù)，課堂匯報總結(jié)。

在展示環(huán)節(jié)中，開展分組實驗1的小組指出：物質(zhì)量濃度為0.3g/mL蔗糖下會出現(xiàn)質(zhì)壁分離，加清水后發(fā)生質(zhì)壁分離復原。其原因是細胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層，在滲透失水時發(fā)生質(zhì)壁分離，在此基礎(chǔ)上，滲透吸水會導致質(zhì)壁分離復原。物質(zhì)量濃度為0.5g/mL蔗糖溶液會出現(xiàn)質(zhì)壁分離，加清水后不會發(fā)生質(zhì)壁分離復原，其原因是外界濃度過高導致植物細胞過度失水而死亡。物質(zhì)量濃度為0.3g/mL的硝酸鉀溶液中會出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動復原，原因是水分子擴膜運輸?shù)耐瑫rK+和NO3-也在跨膜運輸，導致細胞液與外界溶液濃度逆轉(zhuǎn)。教師引導學生歸納質(zhì)壁分離及復原實驗可以用于溶液濃度大小、溶液溶質(zhì)種類和細胞活性的有無的判斷。開展分組實驗2的小組指出：未成熟的細胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離，黑藻葉片會發(fā)生，內(nèi)表皮細胞可以發(fā)生質(zhì)壁分離但不太容易觀察到。在查閱資料后，該組通過降低視野亮度和使用染色劑，改進實驗。

在展示過程中，學生和教師可以隨時質(zhì)疑和補充。

最后，教師總結(jié)質(zhì)壁分離和復原實驗的選材非常重要：1外界溶液種類的選擇，進一步驗證生物膜具有選擇透過性;2成熟的植物活細胞都可以作為該實驗的材料，紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細胞因為有顏色便于觀察;存在于細胞質(zhì)中的葉綠體也可以作為參照便于觀察，不會影響實驗結(jié)果;內(nèi)表皮細胞的液泡無色透明，不太容易觀察，可以降低視野亮度或者在外界溶液中加入不影響細胞活性的染色劑作為參照進行觀察。

設(shè)計意圖：拓展實驗可以讓學生深層次參與學習過程，根據(jù)實驗目的，熟練地使用常見器材，制定簡單的實驗方案并開展實驗，如實記錄、分析實驗數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論。在探究活動中，學生交流分享、建構(gòu)概念、凝練生命觀念，從而發(fā)展科學探究能力和團隊協(xié)作能力。

3.4聯(lián)系生活實際，增強社會責任

學生利用所學的知識解釋教材中相關(guān)的生物學現(xiàn)象：1當吃咸的食物時，你的口腔和唇的黏膜有什么感覺？為什么？2白菜剁餡時，常常要放一些鹽，為什么稍后有水滲？3對農(nóng)作物施肥過多，為什么會造成“燒苗”？4說出萎蔫的菜葉浸泡在清水中能夠變得硬挺的原因。5解釋果脯在腌制過程中慢慢變甜。6不同飲料的濃度不同，濃度低的飲料可以用來補充體內(nèi)水分，濃度高的飲料能起這樣的作用嗎？生產(chǎn)高濃度飲料的廠家能夠宣傳他們的產(chǎn)品很解渴嗎？7囊性纖維病的發(fā)生主因是肺部支氣管上皮細胞表面轉(zhuǎn)運氯離子的載體蛋白的功能發(fā)生異常，患者支氣管中因Cl-含量減少導致黏稠的黏液增多，造成細菌感染。嘗試分析患者支氣管中黏液積累的原因。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)涉及的生活實例的真實情境全部來源于教材，學生通過真實情景的探究、討論活動，可以體驗到科學研究與發(fā)現(xiàn)源于生活，必然也要回歸到生活解決實際問題。教師引領(lǐng)學生回歸教材，落實雙基，提升能力。問題1～5考查學生能否用微觀的知識去探尋宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)原因;問題6要求學生能利用所學知識辨別與其相悖的虛假宣傳，抵制偽科學，對有關(guān)生物學的社會性熱點議題進行理性判斷;問題7引領(lǐng)學生關(guān)注人類健康，形成熱愛生命等觀念。學生通過解決這些問題，將所學知識應(yīng)用到生活中，逐步樹立將自身所學服務(wù)于社會、服務(wù)于人類的觀念，增強社會責任意識。

4教學反思

生物學學科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任4個方面?；趯W科核心素養(yǎng)的教學重視知識點之間的聯(lián)結(jié)及其運用，強調(diào)知識點從理解到應(yīng)用的躍遷。本教學設(shè)計通過“前概念引入——類比思維——科學探究——實際應(yīng)用”4個環(huán)節(jié)按照“是什么”“為什么”“怎么辦”的思維進階模式，讓學生親歷生物學核心素養(yǎng)的幾個層次，有利于學生掌握科學探究的一般方法，錘煉了比較、類比、假說、推理、分析、歸納等科學思維，同時將“碎片化”的生物學事實和概念按照邏輯聯(lián)系關(guān)聯(lián)起來，助推科學概念的構(gòu)建，形成一定的生命觀念，有利于培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)。