探究植物细胞质壁分离的创新实验说课稿

探究植物细胞质壁分离的创新说课稿

武陟一中梁西周

一、理论背景及实验创新理念

目前高中生物教学中尽管改革不断深化，课堂的人文性有所加强，但生物课堂教学效率低下，低效教学甚至无效教学在传统的教学中仍然大量存在。因此当前亟待解决的问题就是如何实现有效教学，以尽可能少的时间、精力和物力投入，取得尽可能多的教学效果。对实验的创新是必要的，在改进中的和创新中使学生对实验的原理、现象、结论及其运用有更好的理解和掌握，相对传统的实验，创新实验的效果更明显，更易于激发学生的学习和探究热情，培养学生的发散思维和逆向思维，在教学过程中做到有效果、有效率、有效益。

二、教学内容分析

本案例出自必修1《分子与细胞》新课标内容的第四章第一节：物质跨膜运输的实例。本实验是在学习扩散和渗透、被动转运、主动转运知识的基础上，利用植物细胞质壁分离及质壁分离复原实验强化渗透作用原理，同时也是对物质出入细胞方式这块内容的升华。本实验也是在初中《科学》“根对水分的吸收”的基础上进一步学习植物的水分代谢过程。同时也与后面学习的细胞呼吸作用和光合作用存在一定程度的联系，是植物体新陈代谢的基础。

三、学情分析

学生除拥有初中自然科学相关水分吸收内容基础知识外，在学习物质出入细胞的方式内容后，他们对植物细胞在什么情况下吸水和失水等内容已经有所了解，并在日常生活经验中也有类似植物细胞吸水失水的实例，例如萝卜咸菜腌制等。但并没有系统学习植物细胞吸水和失水的基本原理及条件，缺乏感性认识。与平时理论课相比，学生对实验课有更高的积极性，对课本中没有的创新实验有更强的探究欲望。

四、教学目标

高中生物课程标准的基本理念中明确指出倡导探究性学习和注重与现实生活的联系。尝试从不同角度思考、分析和解释观察的现象，树立实事求是的科学态度；解释植物细胞质壁分离及质壁分离复原的现象。

1．知识目标：解释植物细胞渗透吸水的原理和过程；解释质壁分离与复原的实质；说明质壁分离能否自动复原的条件。

2．能力目标：初步学会观察植物细胞质壁分离和复原的方法；尝试对实验结果进行分析和解释并得出相应的结论；运用质壁分离与复原知识解决实际问题；复习并熟练光学显微镜的操作步骤。

3．情感目标：参与小组合作与交流，体验团队协作学习过程；通过实验结果和现象观察，养成实事求是的科学态度；培养不断探求新知的精神和合作精神。

五、教学重点与难点

1．教学重点：观察植物细胞质壁分离与复原的方法；理解植物细胞发生质壁分离与质壁分离复原的原理、实质和应用。

2．教学难点：洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片的制作；临时装片吸水引流的操作；熟练掌握高倍显微镜的使用方法，更好的理解植物细胞发生渗透作用的原理，直观感受质壁分离与复原的过程。

六、课前准备

教师准备：1．通过重复实验找出发生质壁分离的最佳蔗糖溶液浓度及使细胞发生脱水死亡的蔗糖溶液浓度；2．配置不同浓度的蔗糖溶液；3．选取鲜活紫色洋葱鳞片叶切成小块；4．准备实验其他相关用具和试剂；5．准备相关讲义材料等。

学生准备：1．四人组成讨论组，两人组成实验组；2．做好课前实验步骤的相关预习，完成实验手册的“器具与器材”和“步骤与操作”相关内容；

七、教学过程

（一）创设情境，激发兴趣

我们都吃过咸菜泡菜等腌制食品，以下是两个不同溶液中的萝卜条：一个是经过盐水腌制变软的萝卜条，另一个是放在清水中硬挺的萝卜条。

引出提问：为什么两个萝卜条会出现不同形态的变化？利用上节课所学知识分析这两个现象。

学生利用扩散渗透等知识解释两个现象的发生。

（二）师生互动，设计实验

1．通过学生对萝卜条现象的分析，引出本实验的实验原理：当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分子就透过液泡膜和质膜进入外界溶液中，使细胞壁和原生质体都出现一定程度的收缩。由于原生质体比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质体就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。同理，当细胞液的浓度大于外界溶液浓度时，外界溶液中的水分子就透过液泡膜和质膜进入细胞液中，整个原生质体就会恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。

2．根据实验原理请学生结合实验手册以两桌为单位依据桌面的实验材料、器具和试剂，构思并简单设计植物细胞质壁分离与质壁分离复原的实验步骤，并将过程简单写下来。

3．请两组学生派代表简要的说明一下实验设计过程。通过学生对实验设计过程的解说，教师加以补充和完善，并强调实验过程中需要注意的细节事项。

实验过程中需注意细节事项：

（1）制作洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片时，用镊子撕取深紫色洋葱外表皮和内表皮，强调要薄但不能撕破。（教师简单演示）

（2）低倍镜观察寻找无重叠，无气泡的紫色洋葱表皮细胞。

（3）加蔗糖溶液、清水时，从盖玻片的一侧滴入，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸收。重复几次，使洋葱鳞片叶表皮分别浸润在蔗糖溶液、清水中（教师简单演示）。

课堂片段：结合实验手册利用桌面材料和器具学生设计实验的过程中，全班同学积极参与，小组讨论激烈，并且有部分小组还实现了分工，比如主讲人、记录、材料试剂分析等等。但是讨论时间有限大家只能写下简单的实验设计过程。

（三）自主实验，探究过程

学生以两人一桌为小组进行自主实验，实施探究过程，每人制作一个装片，分别在显微镜下进行同时互相观察，发现不足并及时记录问题分析原因。

教师指导学生制作临时装片、显微镜的使用及吸水引流操作方法的规范性。

各小组认真观察实验现象并做好实验记录。同时各小组还与旁边小组进行交叉观察（如一二大组交叉，三四大组交叉）记录实验现象分析原因。

课堂片段：实验过程中，每个小组都能按实验步骤进行操作，但是也有个别小组出现装片制作不规范，吸水引流操作不规范，也有些同学在用显微镜观察的时候操作不规范，教师亲自指点，并且讲不规范的操作马上在课堂上向所有同传达，让大家意识到如何去正确操作。

（四）交流讨论，解决问题

完成实验过程后，各个小组对自己小组所观察的现象进行分析和解释，并与旁边小组合作讨论交流，分析出现问题和差异的原因，最后各合作组展示实验结果，全班同学交流讨论，解决实验过程的相关问题。教师对学生的分析进行补充和完善，师生共同归纳实验结果和结论。

1．第一、三大组的实验现象：

对实验现象分析：将洋葱表皮经过蔗糖溶液处理后，由于外界蔗糖溶液浓度高于细胞液浓度，使细胞液中的水分子透过液泡膜和质膜进入蔗糖溶液，导致液泡体积缩小、颜色加深，原生质体和细胞壁逐渐分离，出现质壁分离现象；15分钟后观察，由于洋葱表皮细胞内外溶液浓度相等，水分子透过液泡膜和质膜进出也相对，液泡大小和颜色维持一定状态，原生质体和细胞壁仍然分离状态；经过清水处理后，在0.3g/ml蔗糖溶液中的细胞由于外界溶液浓度低于细胞液浓度，使外界溶液中的水分子透过质膜和液泡膜进入细胞液，导致液泡体积变大，颜色变浅；但是在0.5g/ml蔗糖溶液中的细胞即使外界溶液浓度很低，液泡仍然维持原来质壁分离状态，此时细胞已经失水过多死亡，不再具有渗透能力，因此仍然为此质壁分离状态。

2、第二、四大组的实验现象

用无色透明的实验材料做质壁分离实验

待测细胞十蔗糖溶液十几滴有色溶液

外界有色溶液进入细胞发生质壁分离

外界有色溶液没有进入细胞没有发生质壁分离

用洋葱鳞片叶内表皮细胞（无色透明）做质壁分离实验，观察实验现象：

细胞状况

初始

状态

蔗糖溶液处理后

间隔观察

15分钟后

清水处理后

间隔观察

0.3g/ml

蔗糖溶液

0.5g/ml

蔗糖溶液

0.3g/ml

蔗糖溶液

0.5g/ml

蔗糖溶液

0.3g/ml

蔗糖溶液

0.5g/ml

蔗糖溶液

液泡状况（大小、颜色）透明

看不到

无现象无现象无现象无现象无现象无现象原生质体与细

胞壁的位置关

系

看不到无现象无现象无现象无现象无现象无现象

教师提问：观察到质壁分离现象了吗？

学生回答：没有，洋葱的内表皮细胞不能发生质壁分离现象。

教师回答：现在下结论还为时尚早。我们知道成熟的植物细胞发生质壁分离的条件是两个：有大液泡和外界溶液浓度大于细胞液浓度。我们刚才的实验设置满足这两个条件吗？

学生回答：满足。

教师回答：那为什么没有观察到质壁分离现象呢。有时候我们看到的未必是真的，眼睛也有欺骗自己的时候。

学生提问：既然内表皮细胞满足发生质壁分离的条件，为什么观察不到呢？教师回答：因为，内表皮细胞液没有色素，无法用肉眼将原生质层和细胞壁分辨开，所以看不到。我们可以换个角度思考，能否使外界溶液染上颜色，观察质壁分离现象呢？用实验事实说话吧！

向蔗糖溶液中滴加几滴红色墨汁，重复以上实验操作，观察实验现象：

可以观察到质壁分离复原现象

教学过程中用适当的提问，引导学生思考和进一步的探究和总结。

相对传统的实验，创新实验的对比更新颖，更易于激发学生的学习和探究热情，培养学生的发散思维和逆向思维，使学生对实验的原理、现象、结论及其运用有更好的理解和掌握。

3．综合两个大组的实验现象及其分析，我们可以得出——五个“拓展”应用：（1）、验证原生质层和细胞壁伸缩性大小：

成熟植物细胞十蔗糖溶液

发生质壁分离现象细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性

不发生质壁分离细胞壁伸缩性大于或等于原生质层的伸缩性

（2）、比较未知浓度溶液的浓度大小

同一植物的成熟细胞十未知浓度的溶液

刚刚发生质壁分离所需时间比较所用时间长短判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)

（3）、判断细胞的死活

待测细胞十蔗糖溶液

发生质壁分离和复原活细胞

不发生质壁分离死亡细胞

（4）、测定细胞液浓度范围

待测细胞十一系列浓度梯度的蔗糖溶液

细胞液浓度范围等于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围。

（5）、比较不同植物细胞的细胞液浓度

不同植物细胞十同一浓度的蔗糖溶液

刚发生质壁分离时所需时间比较判断质壁分离速度(或细胞液浓度)。

（五）联系生活，迁移知识

教师提出，问题1：动物细胞没有大液泡，但吸水方式也是利用渗透原理。在输液时常用质量分数为0.9%的生理盐水或5%葡萄糖，如果浓度加大或改用蒸馏水，细胞会出现什么现象？

问题2：能否利用本节实验内容解释在农作物施肥过程中出现的烧苗现象。

八、教学反思

目前各个学校的实验教学，其基本过程都是按照课时安排的内容，由实验管理员按实验要求准备好实验过程所需的实验仪器、试剂、药品和材料等，学生课前进行必要的预习，上课时先由教师将实验目的、实验原理、实验步骤等详细的写在黑板上，先有教师讲解实验过程及实验注意事项，然后学生按规定程序进行实验操作，得到预期的实验结果，总结实验结论，学生写实验报告。像这种实验教学方法，学生完全是被动的，基本上不用思考，所以在实验没有达到预期的结果时，学生也不能探讨实验所发生的原因。面对这种情况，我对本节质壁分离与复原的实验课进行了改进和创新，在实验过程上有所不同，但是在实验原理上完全按照教材内容，学生必然会对实验过程进行深一步的思考，再经过“自主、合作、探究、交流”的教学活动过程，使学生在自主学习和探究过程中获得丰富的知识和体验；同时也培养了学生团结合作精神，提高学生综合分析问题和逆向思维的能力，而教师在整个过程中始终是在充当一个引导者的角色，实现了教师教得轻松，学生学的幸福！

但是本节课中也难免出现一些不足，首先从时间安排来看，由于内容涉及到比较多，所以时间上非常紧凑；再者，因为课堂中有交叉观察实验现象的活动过程，所以课堂秩序不免有些混乱；相信通过本堂创新实验的教学，在今后的生物教学中一定能做到更加有效。