课程总体目标

从腌黄瓜出水与萎蔫菜叶复硬的生活现象导入,借助长颈漏斗渗透装置建立渗透作用概念及其两个必要条件;以哺乳动物红细胞说明动物细胞的吸水和失水,以原生质层说明成熟植物细胞与外界溶液构成渗透系统;完整完成"探究植物细胞的吸水和失水"的实验设计、操作与结论,观察质壁分离及其复原并拓展其应用;建立被动运输概念,比较自由扩散与协助扩散、辨析通道蛋白与载体蛋白,说明水分子的跨膜运输方式及影响被动运输速率的因素。

具体学习目标

本课程共设置 6 项学习目标,涵盖知识理解、技能应用与科学探究三个维度。

1
说出渗透作用的概念、条件与方向

能区分扩散(红墨水滴入清水,是溶质分子在水中扩散的结果)与渗透(漏斗液面上升,是溶剂水分子通过半透膜扩散的结果);能准确表述渗透作用的定义——水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散;能说出渗透发生的两个必要条件是半透膜和半透膜两侧存在浓度差,方向是水分子从水的相对含量高的一侧到相对含量低的一侧;能解释用纱布替代玻璃纸、烧杯内换成同浓度蔗糖溶液时的实验结果及原因,并说明漏斗液面不会无限升高是因为水柱压力最终使双向扩散达到平衡。

知识理解
2
阐明动物细胞的吸水和失水

能说出以哺乳动物红细胞为实验材料的原因——红细胞呈两面凹的圆饼状,吸水膨胀和失水皱缩现象明显;能说明外界溶液溶质浓度小于细胞质浓度时细胞吸水膨胀、大于时细胞失水皱缩、等于时细胞形态不变;能得出水分进出动物细胞的原理是渗透作用的结论,此时细胞膜相当于半透膜;能运用该原理解释静脉输液为何使用0.9%的生理盐水。

知识理解
3
说明原生质层相当于一层半透膜

能说出原生质层由细胞膜、细胞质和液泡膜构成,其中细胞膜与液泡膜均具选择透过性,因而原生质层相当于半透膜;能说明细胞内的液体环境——细胞液与外界溶液之间存在浓度差,成熟的植物细胞与外界溶液构成一个渗透系统;能指出细胞壁是全透性的,水和溶质都能通过,只起支持和保护作用,不参与渗透。

知识理解
4
完成"探究植物细胞的吸水和失水"实验

能按观察现象—提出问题—作出假设—设计实验—进行实验并记录结果—分析结果得出结论—表达和交流的流程开展探究;能确定实验思路(较高浓度蔗糖溶液中中央液泡变小、清水中液泡变大)并说明选用洋葱鳞片叶外表皮的原因;能规范完成划方框、撕表皮、清水展平制片、低倍镜观察,以及盖玻片一侧滴液另一侧吸水纸吸引并重复几次的操作;能记录蔗糖溶液中液泡变小、原生质层脱离细胞壁、细胞大小基本不变与清水中液泡恢复原大小、原生质层恢复原位的结果,并解释细胞大小基本不变是因为细胞壁伸缩性小于原生质层。

知识理解
5
掌握质壁分离原理的拓展应用

能说出发生质壁分离的三个前提:细胞是成熟的植物细胞(有大液泡)、细胞是活的、外界溶液浓度大于细胞液浓度且不过高;能运用质壁分离及复原现象判断细胞的死活、比较不同细胞的细胞液浓度、验证原生质层相当于半透膜;能分析洋葱表皮细胞置于较高浓度KNO3溶液中先质壁分离后自动复原的原因——K+和NO3-被细胞吸收使细胞液浓度升高,而蔗糖分子不能通过原生质层故只分离不自动复原。

知识理解
6
比较自由扩散与协助扩散,辨析转运蛋白

能表述被动运输的定义——物质以扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量;能说出自由扩散(简单扩散)不需转运蛋白,实例为氧和二氧化碳等不带电荷的无机小分子及甘油、乙醇、苯等脂溶性有机小分子,协助扩散(易化扩散)借助转运蛋白,实例为离子及葡萄糖、氨基酸的顺浓度梯度运输;能区分通道蛋白(不与被转运物结合、自身构象基本不变、靠通道直径形状与电荷选择)与载体蛋白(需结合、每次转运都改变自身构象);能说出水分子既以自由扩散、也(更多地)借助水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞,并说明浓度梯度与转运蛋白数量对运输速率的影响及协助扩散曲线出现饱和的原因。

知识理解

学习路径时间线

  • 1
    认知阶段

    从腌黄瓜出水、萎蔫菜叶泡水变硬挺、白菜放盐渗水与施肥过多"烧苗"这些真实生活现象切入,先用长颈漏斗+玻璃纸这一物理模型建立渗透作用的概念与两个必要条件,再迁移到动物细胞(细胞膜为半透膜)与成熟植物细胞(原生质层为半透膜),构建"细胞与外界溶液构成渗透系统"的核心认知,最终上升到被动运输这一跨膜运输方式的一般概念。

  • 2
    巩固阶段

    通过10处交互式思考讨论(腌黄瓜现象的成因、漏斗液面为何升高及能否无限升高、纱布替代玻璃纸的结果、烧杯换成等浓度蔗糖溶液的结果、静脉输液为何用生理盐水、质壁分离时细胞大小为何基本不变、KNO3溶液中的先分离后复原、为何有些物质能自由扩散而另一些不能、转运蛋白专一性与酶的相似之处、协助扩散曲线为何出现饱和段),在追问与验证中巩固对渗透原理、探究流程与两种被动运输方式差异的理解。

  • 3
    练习阶段

    在腌制蔬菜、施肥"烧苗"、静脉输液使用生理盐水、洋葱表皮质壁分离实验操作、KNO3溶液中的自动复原等真实情境中运用渗透与被动运输原理;并借助原生质层示意图、质壁分离对比图、自由扩散与协助扩散过膜模型以及运输速率随浓度差变化的曲线图等模型,判断细胞的吸水失水状态与物质的跨膜运输方式。

完成后你将掌握

能准确说出渗透作用的定义、两个必要条件与水分子的净移动方向,并据此解释腌黄瓜出水、萎蔫菜叶复硬、施肥"烧苗"以及静脉输液使用生理盐水等生活与医学现象。
能独立完成"探究植物细胞的吸水和失水"实验:说明原生质层相当于半透膜,规范制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片,用"一侧滴液、另一侧吸引"的方法观察质壁分离及其复原,正确记录液泡大小、原生质层位置与细胞大小的变化并得出结论。
能表述被动运输的概念,从是否需要转运蛋白、典型实例、影响因素与速率曲线等方面比较自由扩散与协助扩散,区分通道蛋白与载体蛋白,并说明水分子的两条跨膜途径。