资源简介

——教学设计——
由于时间的限制，课时教学对于学生科学探究素养的培养必须要有侧重。因为，我们需要对一个单元、一个模块甚至是整个高中生物学学科课程的教学进行整体设计，以期全面提升学生的科学探究素养。从科学教学和实验教学出发，我们尝试以细胞通过质膜与外界进行物质交换这一概念为单元，对其进行科学探究素养四个维度的整体设计。
一、单元教学分析
本单元是选自《普通高中教科书·生物学》（2020沪科版）的必修1第四章细胞的代谢。“物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞， 以维持细胞的正常代谢活动”是高中生物学重要概念之一，其内容建立在学生已学实验探究的思路、细胞的结构、各部分结构及分工又合作等基础上，集中围绕探究膜的透过性、物质出入方式比较及质壁分离实验探究等方面展开。本单元设计了3课时。从整个高中生物学学科知识体系来看，本单元中有关细胞膜功能特点的探索、物质进出细胞方式的得出，体现了结构与功能观、物质与能量观等生命观念；有关植物细胞质壁分离现象的活动体现了生物学学科的自然科学属性和科学探究的基本思路和方法；在比较不同物质进出细胞方式的特点中，体现了科学思维的延伸性。本单元的学习，对于学生理解生命在细胞水平的具体表现，认识生物界的不同层次，树立正确的自然观有着重要意义。
二、单元概念
细胞内的各种生命活动，其本质就是物质与能量的转化。物质以不同的方式通过细胞膜进出细胞，为细胞内的一系列生命活动提供物质基础。本单元以“物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”这一重要概念为主题，划分出“质膜具有选择透过性”“有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量；有些物质逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白”“大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞”这三个次位概念，这三个次位概念中又包含了若干个学科观点。上述重要概念是“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”和“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”这两个大概念的支撑。
三、单元目标
（一）学习目标
1. 生命观念：通过讨论模拟实验“探究膜的透过性”，从结构与功能观的角度，阐明细胞膜的功能特点；通过比较被动转运、主动转运和胞吞、胞吐的过程，从物质与能量观的角度，说明生命活动的维持包括物质代谢和能量代谢。
2. 科学思维：运用归纳推理方法和数学模型构建，分析渗透、被动转运和主动转运的特点，绘制各转运方式特点的曲线，并能解释或分析其他事实。
3. 科学探究：通过活动“观察植物细胞的质壁分离及复原”，能正确使用显微镜进行观察，以相互对照来比较不同条件下的植物细胞形态；通过设计开放实验“测定植物细胞的细胞液浓度”，能完成生物学实验基本思路的设计，进行组间讨论并完善实验设计。
4. 社会责任：举例说明物质跨膜运输在实践中的应用，探讨其与生活、生产、医学等的联系，尝试解决现实生活中的生物学问题；通过植物细胞质壁分离现象的应用探究，将课堂知识应用于校园生活，体验生物学习的魅力。
（二）评价目标
1. 在学习“细胞膜具有选择透过性”时，完成对实验现象的继续深入探索，并能够从结构与功能观、物质与能量观的角度，阐明细胞膜具有选择透过性。
2. 在学习物质跨膜运输方式和胞吞、胞吐的过程后，能够列表比较，归纳并举例说明不同物质出入细胞的特点。同时，能够构建数学模型，落实曲线绘制的基本要求，发展学生的观察能力和根据实验结果建立数学模型的能力。
3. 在进行活动“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及复原”以及设计“测定植物细胞的细胞液浓度实验”过程中，能够运用观察、提问、设计实验方法以及对结果的交流和讨论，探究植物细胞渗透现象的应用。
4. 在学习“扩散和渗透”“渗透作用使细胞发生形态改变”后，能够掌握物质出入细胞方式的相关概念，主动参与尿毒症病因和治疗方案的讨论，尝试分析并解决生活中的现实问题。
四、单元教学思路
（一）单元情境
以介绍腌制糖醋萝卜方法作为情境引入，通过讨论腌制方式，创设生活情境，唤醒学生认知，提高学习积极性。
以 “尿毒症患者”作为单元整体情境，激起学生情感共鸣，通过讨论尿毒症的病因、治疗方式。
肾脏通过水将代谢废物等物质排出体外产生尿液，引出本单元的教学主线——正常的细胞代谢需要依赖细胞进行物质交换。
（二）核心任务
探索扩散和渗透的特点、动植物细胞失水与吸水的区别、植物细胞质壁分离现象的应用及物质进出细胞的方式等。
（三）教学流程
五、课时安排
课时1 物质的扩散和渗透
活动“观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象”
任务1 探索扩散和渗透的特点
情境 播放“探究膜的选择透性实验”演示视频。
活动1在细胞膜一节的学习中，用透析膜探究了细胞膜的功能，现在用具有相同特点的玻璃纸代替透析膜进行实验，对实验现象继续展开讨论。
问题1 刚开始，烧杯内是碘液的棕黄色，玻璃纸袋内接近无色。一段时间后，装置颜色会发生什么变化？
问题2 在装置颜色变化过程中，是否只有碘在运动？
活动2 为了证明扩散过程中是否有水分子运动，通过第二个实验装置进行探索。课前提前请两位学生进行渗透装置制作，拍摄视频并通过多媒体播放。
问题1 在这个过程中，因为玻璃纸的透性，蔗糖分子无法透过玻璃纸。一段时间后，可以看到漏斗液面有明显上升，产生这个现象的原因是什么？
问题2 如果用纱布代替玻璃纸，漏斗液面还会上升吗？
问题3 如果将烧杯中的液体换成与漏斗内等浓度蔗糖溶液，漏斗液面还会上升吗？
问题4 将水分子通过半透膜的扩散称为渗透。那么，扩散和渗透现象的发生条件是否不同呢？
评价：结合两个装置的现象，进行小组讨论，将扩散和渗透的比较，总结。
小组讨论合作，开展生生互评，教师总结，进一步归纳扩散和渗透的特点及区别。
课时1 物质的扩散和渗透
任务2 探索动、植物细胞失水与吸水的区别
情境 当渗透发生在细胞中，现象会有什么不同吗？以生活情境导入，多媒体展示鸡蛋蛋黄在清水及蔗糖溶液中的不同形态变化。
活动1 观察动物细胞的渗透现象，展示鸡蛋的图片。
问题1 将蛋黄放在不同浓度溶液中，蛋黄形态会发生什么变化？
问题2 如果将植物细胞放入不同浓度溶液中，现象会有什么区别吗？
学生对现象有了一定猜测后，教师将提前制作好的实验装置展示出来，请学生进行描述，以验证猜测是否正确，并由此得出结论：动物细胞的细胞膜就是一层半透膜。
活动2 观察植物细胞的质壁分离及复原实验。
先肉眼观察宏观条件下洋葱切片在高浓度溶液中的形态变化，引发思考，这背后的细胞学原理是什么？接着通过动手实验在显微镜下探索植物细胞形态变化的微观原因。
在初中科学中，学生已经学习了如何制作紫色洋葱外表皮的临时装片，接下来引导学生观看，记录 “引流法”向临时装片分别滴加0.3g/mL蔗糖溶液和清水，观察细胞形态变化。
学生完成实验操作后以绘图方式进行实验评价，教师引导学生分析得出质壁分离的含义，继而引发思考，质壁分离发生的原因和条件分别是什么？通过与动物细胞渗透现象的比较，得出结论，即在植物细胞中充当半透膜的结构是原生质层。
接着教师提出问题，改用其他的外界溶液，现象会有何不同？学生观看教师提前制作好的演示视频，改用1mol/L的KNO3溶液再次进行实验。
比较实验现象的区别，并引导学生思考，而质壁分离后自动复原的生物学原理则在第二课时中再作归纳，在此埋下伏笔。
活动3 完成动、植物细胞吸水与失水的实验探究。
学生讨论，比较动、植物细胞渗透失水与吸水现象和原因，组内合作，完善内容。
课时2 实验探究：植物细胞质壁分离以及现象的应用
活动1 实验操作：观察植物细胞质壁分离与复原
评价：学生完成实验操作后以绘图方式进行实验评价，教师引导学生复习质壁分离的含义，回答质壁分离发生的原因和条件分别是什么？进一步深化理解。
情境 完成植物细胞质壁分离及复原实验后，引导学生思考，质壁分离现象在生活中有什么应用吗？
活动2 学生对实验思路有了一定思考后，用手机拍照通过投屏，多媒体展示部分小组的讨论成果，进行组间互评，完善实验方案。
拓展活动3：尿毒症是用药物治疗无法治愈的疾病，目前医学上应用比较广的是肾脏替代治疗，即透析治疗。常见的透析治疗又知道哪些？
小结，建构单元框架
课时3 探索物质进出细胞的方式
任务 探索物质进出细胞的方式
情境 介绍尿毒症的血液透析治疗原理，在前两课时学习的基础上展开思考，透析机为何可以代替肾脏起到过滤净化血液的作用？
活动1 播放血液透析的介绍视频，讨论透析过程中不同物质的运输方式，并用多媒体动画演示自由扩散与协助的过程，总结特点。
活动2 比较肾小球和肾小管的功能，分析正常人形成尿液的过程，并用多媒体动画演示主动转运的过程，总结出主动转运的特点。
活动3 列表比较物质跨膜运输不同方式的特点。
活动4 动画展示变形虫的摄食、巨噬细胞吞噬病原体的动画，讨论胞吞发生前后的细胞膜面积变化，结合过程图解分析，归纳得出胞吞、胞吐的特点。
评价 归纳总结物质跨膜运输不同方式；开展生生互评、师生评价，修正错误，总结规律。

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