资源简介

第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
一、教材分析
《被动运输》是人教版新教材必修一 第4章《细胞的物质输入和输出》的第1节，内容包括渗透作用的原理，动物细胞的吸水和失水以及植物细胞的吸水和失水。本节内容侧重点是学生掌握渗透现象，能用渗透现象解释水分进出动、植物细胞的原理和解释生产生活实践中输液使用生理盐水、烧苗等问题。本节内容的学习，既能承接第3章细胞膜的结构延申细胞膜控制物质输入和输出细胞的功能，也能够为后面讲解自由扩散和协助扩散奠定了基础。
二、学情分析
水分子进出动、植物细胞属于相对微观的内容，比较抽象，学生理解起来有一定的困难，教学中让学生自主进行渗透现象的实验，感受水分子的扩散现象，掌握渗透作用发生的两个条件，进而能够解释水分子进出动、植物细胞的原理。教师引导学生动手做实验，多媒体展示AI视频、图片等形式，形象地展示和教学于学生，辅助学生形象的理解和掌握，并充分运用所学知识。
三、教学目标分析
1. 生命观念：通过分析渗透作用原理，理解细胞是一个开放的生命系统，建立“结构与功能相适应”的观念。
2. 科学思维：借助AI模拟实验、数据可视化分析，培养逻辑推理和归纳概括能力，构建渗透作用的数学模型。
3. 科学探究：利用AI工具设计对照实验，记录实验现象、处理数据，体验科学探究的完整流程。
4. 社会责任：结合生活实例（如烧苗现象），认识细胞吸水、失水原理的实际应用，提升学以致用的意识。
四、教学重点与难点
1.教学重点：
（1）理解物质运输与细胞膜结构的关系。
（2）理解动物细胞的吸水和失水。
2.教学难点：
（1）阐明渗透作用的原理。
（2）探究植物细胞的吸水和失水，AI工具辅助实验设计与数据解读。
五、教学准备
1. AI工具：AI制作视频（即梦等）、数据统计分析工具（如Excel在线版）、互动答题小程序（如问卷星）。
2. 教学资源：人教版高中生物教材相关章节、AI制作的渗透作用三维动画、生活场景图片（萝卜条浸泡清水和盐水）。
3. 学生准备：预习教材核心概念，每个小组一个平板（用于参与互动答题）。
六、教学学时：1课时
七、教学过程：
教师活动 学生活动 设计意图
一、引入新课 1.播放AI制作的短视频：“腌制腊肉时肉会出水”“蔫了的青菜泡在清水里会复原”，提问：“这些现象背后隐藏着细胞的什么奥秘？” 2.引导学生结合生活经验猜想，教师引出课题——《细胞的失水和吸水》，明确本节课将通过AI工具探究其原理。 回答1：水分的丢失和水分的吸收。 通过AI视频引入第4章新课内容的学习。
二、渗透作用 【学习任务二：“渗透现象”的实验】 学生阅读“问题探讨”的资料和讨论题，教师将讨论题以“表格”的形式呈现，给出实验材料和用具，学生自主进行分组实验。 实验材料和用具：烧杯、长颈漏斗、玻璃纸、纱布、水、30%的蔗糖溶液、塑料滴管、夹子 实验现象记录表格： [教师活动]：展示课前实验拍摄的实验结果。 【学习任三：分析“渗透现象”】 [问题2]：漏斗管内的液面为什么会升高？ [教师活动]：给出“半透膜”的定义。 半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称(如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜)。 水分子可以自由透过半透膜，而蔗糖分子则不能。 [问题3]：渗透装置中，烧杯中的水分子能进入漏斗，漏斗中的水能进入烧杯中吗？ [教师活动]：放映动画讲解水分通过半透膜的情况，辅助学生理解抽象的内容。 [问题4]：如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ [教师活动]：教师放映AI实时模拟的漏斗液面变化，观察不同时间点液面高度数据。引导学生分析：“液面上升的条件是什么？浓度差与液面上升速度有什么关系？” 概念总结：结合AI动画演示（水分子跨半透膜移动的微观过程），师生共同归纳渗透作用的定义、发生条件（半透膜、浓度差）。 [教师活动]：给出“渗透作用”的定义。扩散现象除了水以外，在日常生活中很常见，例如在厨房炒菜，在客厅可以闻得到；往空气中喷香水，很远的距离都能闻到。 渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。 [问题5]：如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ [教师活动]：渗透作用的条件一：需要半透膜 [问题6]：如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ [教师活动]：渗透作用的条件二：半透膜两侧溶液具有浓度差 思考：水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？ 细胞膜是否相当于一层半透膜呢？ 学生自主进行分组实验。 学生依据实验结果，表述观察到的实验现象。 回答2：烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高。 回答3：能。 回答4：不会。当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。 学生观看AI动画演示。 回答5：不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。 回答6：漏斗管中的液面将保持不变。 通过学生自主做实验，培养学生的动手能力和观察实验现象的能力。 引导学生通过观察AI实时模拟的漏斗液面变化，从而突破以下两个知识难点：漏斗管足够长，管内的液面不会无限升高；以及水分进出平衡时，漏斗内、外的溶液浓度不一定相等。
三、动物细胞的吸水和失水 [教师活动]：播放AI制作的红细胞在清水、生理盐水、高浓度盐水中的形态变化动画。 ①外界溶液溶质的浓度 < 细胞质浓度，细胞吸水膨胀 ②外界溶液溶质的浓度 > 细胞质浓度，细胞失水皱缩 ③外界溶液溶质的浓度 = 细胞质浓度，细胞形态不变 【学习任四：水进出哺乳动物红细胞的原理】 [问题7]：红细胞的吸水和失水是不是通过渗透作用实现的呢？（是否具备发生渗透作用的条件？） [问题8]：当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ [问题9]：临床上输液为什么要用生理盐水？ [教师活动]：渗透装置与红细胞的比较。 学生看AI动画并表述看到的现象。 回答7：是。 回答8：不一定。浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。 回答9：生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或是失水而出现形态和功能上的异常。 在观察现象的基础上，通过提问的层层推进，让学生理解水进出动物细胞的原理是通过渗透作用。
植物细胞的吸水和失水 [教师活动]：展示AI绘制的植物细胞结构示意图（突出原生质层），对比半透膜，引导学生理解“原生质层是选择透过性膜”； 【学习任五：探究植物细胞的吸水和失水】 1.提出问题：水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 原生质 学生通过观察比较体会植物细胞的吸水和失水。 设置真实情景，让学生感受植物细胞的吸水与失水。
层是否相当于半透膜？ [问题10]：植物细胞是否与动物细胞一样，属于渗透吸水和失水呢？ [教师活动]：引导学生阅读课本P63，成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液；水进出细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。 2.做出假设：水分通过渗透作用进出植物细胞 3.设计实验：将植物细胞（洋葱鳞片叶外表皮细胞）浸润在0.3g/ml蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。 [问题11]：如何设计实验观察液泡的失水和吸水？ [问题12]：实验顺序上应该如何设置？ 4.进行实验：放映相关视频，让学生了解该实验的现象，下一节课到实验室做实验。 5.分析结果：给出现象的结果，与学生互动式的完成表格填写。 6.表达与交流 [问题13]：质壁分离复原的“质”与“壁”分别指什么？ [问题14]：观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？ [问题15]：所有质壁分离的细胞都可以复原吗？ [问题16]：植物细胞放在清水中会发生吸水涨破吗？为什么？ [教师活动]：渗透装置与植物细胞的比较。 【学习任六：进一步交流与讨论】 [问题17]：上图是植物细胞置于蔗糖溶液中的图像，原生质层和细胞壁之间是纯水吗？ [问题18]：将植物细胞浸泡在浓度大于细胞液的KNO3溶液中，一段时间后细胞会发生什么样的变化？ [问题19]：如何解释对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象？ [教师活动]：AI展示生活场景图片和放映“烧苗”现象的相关视频。 回答10：液泡中的细胞液与外界溶液构成浓度差，而细胞膜和液泡膜有选择透过性，因此原生质层很有可能是一层半透膜。 学生阅读课本，思考并做记录。 回答11：放在低渗溶液和高渗溶液中，观察植物细胞的变化。 回答12：先加0.3g/ml的蔗糖溶液，观察细胞大小变化，再加入清水观察。 学生观看视频。 学生依据洋葱鳞片叶外表皮吸水和失水的情况，完成表格的填写。 回答13：“质”指原生质层，“壁”指细胞壁。 回答14：有细胞壁（植物细胞）；有中央大液泡（颜色为深色）；活细胞（原生质层相当于半透膜） 回答15：严重失水或失水时间过长会导致细胞死亡，无法质壁分离复原。 回答16：不会。植物细胞的细胞壁具有支持与保护作用。 学生分组讨论并发言。 通过课本植物细胞的结构图，对比渗透装置，提出水分进出植物细胞是通过渗透作用的假设。 通过问题层层引导学生探究植物细胞的吸水和失水是通过渗透作用的。 学生在沟通交流中，逐渐地与渗透装置进行类比，体会水分进出植物细胞是通过渗透作用。 基于生命观念的培育，教师引导学生，运用所学知识解释实际生产生活中的问题。
课堂小结和课后作业安排 1.AI生成思维导图对本节课堂内容进行归纳小结。 课后作业安排 （1）设计“探究植物细胞吸水和失水的最适浓度”实验方案，利用虚拟平台预实验并记录数据； （2）查找AI工具在生物学实验中的其他应用案例。 学生回顾并进行记录。 对本节课所学知识进行归纳总结，AI辅助学生构建知识框架。
七、板书设计
第4章 第1节 被动运输（第1课时）
一、渗透作用 二、动物细胞的吸水和失水
条件 半透膜 三、植物细胞的吸水和失水
半透膜两侧的溶液具有浓度差

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