资源简介

高中生物学必修1《分子与细胞》 第四章 细胞的物质输入和输出 第1节
4.1 被动运输
一、教材分析
本节是第4章“细胞的物质输入和输出”的开篇。教材以“水分子如何进出细胞”为切入点，先建立渗透作用的概念，再分析动物细胞与植物细胞在吸水、失水上的差异，由此引出“被动运输”这一概念，并区分自由扩散与协助扩散两种方式，最后介绍转运蛋白（载体蛋白与通道蛋白）的特点。
从课程结构看，本节承接第3章的细胞膜与生物膜系统：细胞膜的选择透过性在这里第一次以“物质如何通过”的方式被具体化，“磷脂双分子层的内部是疏水的”这一结构特点，直接解释了为什么脂溶性物质容易通过、而水、离子、葡萄糖需要转运蛋白。本节与第2节“主动运输与胞吞、胞吐”构成完整的物质运输体系，也是理解第5章“细胞呼吸”“光合作用”中物质交换的前提。
从育人价值看，本节的知识在生活中随处可见：腌制的黄瓜会出水、萎蔫的青菜泡水能变硬挺、医院输液要用0.9%的生理盐水、施肥过多会“烧苗”。这些现象既能承载“结构与功能观”，也能训练“用原理解释现象”的科学思维，还能渗透合理施肥、科学输液的实践意识。
二、学情分析
（一）已有基础
学生在初中已学过植物细胞吸水和失水的现象，知道细胞膜能控制物质进出；在第3章已掌握细胞膜的流动镶嵌模型，理解磷脂双分子层的疏水性与膜蛋白的存在；在化学中已学过扩散、溶液浓度等概念，具备定量比较的基础。
（二）认知特点与可能困难
学生对“水往低处流”的直觉很强，但“水往浓度高处走”与日常经验相反，容易记反方向。学习中可能出现五类困难：一是把“浓度高”理解为“水多”，从而把水分移动的方向说反；二是不理解“半透膜”的含义，把细胞壁当成半透膜；三是说不清质壁分离的原因，把“细胞壁收缩”当成主要原因；四是把自由扩散与协助扩散的差别只说成“要不要蛋白质”，忽略两者都不消耗能量；五是不知道水分子进出细胞也有协助扩散（通过水通道蛋白）。
（三）教学对策
用“水分子数多的一侧向少的一侧移动”替代“低浓度向高浓度”，把方向问题转化成可数的事实；用长颈漏斗演示渗透作用，让“半透膜—浓度差—液面上升”三个要素同时可见；质壁分离用“谁在收缩”的追问突破：原生质层收缩、细胞壁伸缩性小，两者分离；自由扩散与协助扩散用一张对比表并列，强调共同点（顺浓度、不耗能）与差别（是否需转运蛋白）；最后补充水通道蛋白，纠正“水只能自由扩散”的片面认识。
三、教学目标
1. 生命观念：能说明渗透作用的条件，能解释动物细胞与植物细胞吸水、失水的现象，认同细胞膜的选择透过性与结构相适应。
2. 科学思维：能比较自由扩散与协助扩散的异同，能由浓度差、转运蛋白数量推断运输速率的变化，能分析质壁分离及其复原的原因。
3. 科学探究：能设计并分析渗透作用的演示实验，能说明观察植物细胞质壁分离与复原实验的原理与关键操作。
4. 社会责任：能运用被动运输的原理解释腌制食品、合理施肥、临床输液等现象，形成科学应用的意识。
四、教学重点与难点
教学重点：渗透作用的条件；动物细胞与植物细胞的吸水、失水；自由扩散与协助扩散的特点与实例。
教学难点：水分子移动方向与溶液浓度的关系；原生质层相当于半透膜的理解；两种被动运输方式的辨析。
五、教学方法与教学准备
教学方法：演示实验法、现象分析法、比较归纳法、问题驱动法。
学习方法：观察演示、画图分析、列表比较、解释生活现象。
教学准备：渗透作用演示装置（长颈漏斗、玻璃纸、蔗糖溶液、烧杯、清水）；红细胞在不同浓度溶液中的形态图；洋葱鳞片叶外表皮质壁分离与复原的显微照片或视频；自由扩散与协助扩散的对比空白表；当堂检测题（4题）。
六、教学过程（45分钟）
环节一 情境导入：三件生活小事（4分钟）
教师活动 【1. 三个现象，2分钟】依次出示：①萎蔫的青菜泡在清水里，几小时后变硬挺；②黄瓜切片撒盐，很快出水；③用清水浇“肥力过足”的花，花反而萎蔫（“烧苗”）。 提问：三个现象的共同点是什么？（提示：都涉及水在细胞内外移动。）为什么有时水往里走、有时往外走？ 【2. 点题，2分钟】指出：水进出细胞不是随意的，它遵循一条规律——渗透作用。今天我们就用这条规律，解释细胞“喝水”和“脱水”的全部秘密。板书课题。
学生活动 回忆生活经验，说出青菜泡水变挺、黄瓜撒盐出水。 尝试解释“烧苗”：土壤溶液浓度太高，细胞失水。 产生疑问：水到底往哪个方向走？为什么？
设计意图 三个现象覆盖“吸水、失水、农业应用”，贴近生活且指向同一原理； “为什么有时往里有时往外”把方向问题前置，整节课围绕它展开； “烧苗”为后面讲合理施肥埋伏笔。
环节二 渗透作用及其条件（12分钟）
教师活动 【1. 演示实验，5分钟】组装长颈漏斗：漏斗口封玻璃纸（半透膜），内装蔗糖溶液，把漏斗浸入盛清水的烧杯中，使内外液面相平。 请学生观察并预测：液面会怎样变化？为什么？ 数分钟后液面上升。提问：①水分子是往里走还是往外走？②蔗糖分子能出去吗？为什么？ 【2. 概念与条件，4分钟】给出定义：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，叫做渗透作用。 板书两个条件：①具有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差。 强调方向：水分子从水分子数多（溶液浓度低）的一侧，向水分子数少（溶液浓度高）的一侧移动。 追问：如果漏斗内外都是清水，液面会怎样？（提示：不动，因为没有浓度差。） 如果换成不透水的膜呢？（提示：也不动，因为没有半透膜。） 【3. 辨析，3分钟】出示三道判断：①水只能从低浓度流向高浓度（错，应说“水分子数多的一侧流向少的一侧”，严格地说两个方向都有水分子移动，只是净移动方向如此）；②半透膜就是细胞壁（错，细胞壁是全透性的）；③渗透作用一定要有半透膜和浓度差（对）。 强调：细胞膜、原生质层是半透膜，细胞壁不是。
学生活动 观察演示，预测液面上升并说明理由：水能透过玻璃纸，蔗糖不能。 理解“净移动”：两个方向都有水分子通过，但进入的多、出去的少，所以液面上升。 记录渗透作用的两个条件与水分移动方向。 判断三道题，纠正“半透膜＝细胞壁”的错误认识。
设计意图 演示实验把“半透膜、浓度差、液面变化”三个要素同时呈现，比看图更直观； “水分子数多的一侧向少的一侧”这一表述，绕开了“浓度高低”与“水多少”的直觉冲突； “两个方向都有水分子移动”是理解“净移动”的关键，必须讲清； 三道判断题针对本节最常见的三个错误。
环节三 动物细胞与植物细胞的吸水、失水（12分钟）
教师活动 【1. 动物细胞，4分钟】出示红细胞在三种溶液中的形态图：清水中涨破、生理盐水中正常、浓盐水中皱缩。 提问：①红细胞为什么在清水中会涨破？（提示：无细胞壁，吸水过多。）②为什么输液必须用0.9%的生理盐水？ 归纳：动物细胞没有细胞壁，吸水会涨破、失水会皱缩，因此细胞外液浓度必须与细胞内相当。 【2. 植物细胞，8分钟】出示洋葱表皮细胞的质壁分离与复原图。 先讲结构基础：植物细胞有细胞壁（全透性）、原生质层（细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质，相当于半透膜）、液泡（内含细胞液）。 再讲过程：外界溶液浓度＞细胞液浓度→细胞失水→原生质层收缩→原生质层与细胞壁分离（质壁分离）；把细胞放回清水→细胞吸水→质壁分离复原。 追问：①为什么是原生质层收缩，而不是细胞壁收缩？（提示：细胞壁伸缩性小，原生质层伸缩性大。） ②死细胞还能发生质壁分离吗？为什么？（提示：不能，原生质层失去选择透过性，不再是半透膜。） ③质壁分离实验可以用来做什么？（提示：判断细胞死活、测定细胞液浓度。） 强调：质壁分离的内因是原生质层与细胞壁的伸缩性不同，外因是浓度差。
学生活动 分析红细胞三种形态，理解动物细胞无细胞壁的后果。 回答输液用生理盐水的原因：维持细胞内外浓度相当，防止细胞涨破或皱缩。 说出原生质层的组成，理解它相当于半透膜。 复述质壁分离与复原的过程，指出内因与外因。 回答：死细胞不能发生质壁分离，因为原生质层被破坏；可用于判断细胞死活。
设计意图 动物细胞与植物细胞对比讲，突出“有无细胞壁”这一结构差异带来的不同结果； “为什么是原生质层收缩”是本节最容易被跳过的一问，讲清它才能真正理解质壁分离； 死细胞不能质壁分离、实验可用于判断死活，把知识变成可用的方法； 输液用生理盐水的解释，落实社会责任。
环节四 被动运输：自由扩散与协助扩散（12分钟）
教师活动 【1. 概念，3分钟】讲解：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，这种运输方式叫被动运输。 强调两个关键词：顺浓度梯度、不消耗能量。 追问：被动运输的动力来自哪里？（提示：浓度差本身储存的势能。） 【2. 自由扩散，3分钟】讲解：物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫自由扩散。 举例：O 、CO 、H O、甘油、乙醇、苯。 追问：为什么这些物质能自由通过？（提示：脂溶性小分子，能溶于磷脂双分子层。） 【3. 协助扩散，4分钟】讲解：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫协助扩散。 举例：葡萄糖进入红细胞、水分子通过水通道蛋白、离子通过通道蛋白。 介绍两类转运蛋白：载体蛋白——与被转运分子结合，自身构象发生改变，具有特异性，有饱和现象；通道蛋白——不与被转运分子结合，只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷适宜的离子或分子通过。 【4. 比较，2分钟】请学生完成对比表：浓度梯度、是否需转运蛋白、是否耗能、举例、影响因素。 强调共同点：都顺浓度梯度、都不耗能；差别只在是否需要转运蛋白。 补充：影响协助扩散速率的因素有浓度差和转运蛋白的数量，因此会出现“饱和”现象。
学生活动 理解被动运输的两个关键词，说出动力来源是浓度差。 记录自由扩散的实例，理解脂溶性物质易通过的原因。 记录协助扩散的实例与两类转运蛋白的差别。 完成对比表，说出两种方式的共同点与差别。 理解饱和现象：转运蛋白数量有限，浓度差再大速率也不再增加。
设计意图 “动力来自浓度差”这一追问，把“不耗能”与“为什么还能逆着浓度……顺浓度运输”讲通； 自由扩散的实例用“脂溶性”解释，与第3章的磷脂双分子层直接呼应； 两类转运蛋白的差别用“构象改变／不结合”区分，避免只记名字； 饱和现象是理解“转运蛋白数量是限制因素”的关键，为第2节主动运输作准备。
环节五 课堂小结与当堂检测（5分钟）
教师活动 【1. 小结，2分钟】用一条线收束：渗透作用（半透膜＋浓度差）→ 细胞的吸水与失水 → 被动运输（自由扩散、协助扩散）。 强调三句话：水分子从水分子数多的一侧向少的一侧净移动；原生质层相当于半透膜，细胞壁不是；被动运输顺浓度梯度、不耗能，协助扩散需要转运蛋白。 【2. 检测，3分钟】出示4道题，举手统计，针对集中错误点评： 第1题：下列物质中，通过自由扩散进出细胞的是（　）。A. 葡萄糖进入红细胞　B. K 进入细胞　C. O 进入细胞　D. 氨基酸进入细胞 第2题：发生渗透作用必须具备的两个条件是（　）。 第3题：将洋葱表皮细胞放入0.3 g/mL蔗糖溶液中，会发生什么现象？为什么？ 第4题：为什么一次施肥过多会导致“烧苗”？
学生活动 复述知识链与三句话。 作答并说明理由：“发生质壁分离，因为外界溶液浓度大于细胞液浓度，细胞失水。”“土壤溶液浓度过高，根细胞失水，甚至死亡。”
设计意图 小结用“原理—现象—方式”三级结构，便于迁移； 检测题覆盖实例判断、条件、现象分析、应用解释四个层面； 第4题回扣导入的“烧苗”，形成首尾呼应并落实社会责任。
七、板书设计
4.1 被动运输
一、渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散
　　条件：①具有半透膜　②半透膜两侧有浓度差
　　方向：水分子数多（浓度低）的一侧 → 少（浓度高）的一侧（净移动）
二、细胞的吸水与失水
　　动物细胞：无细胞壁——吸水涨破｜失水皱缩（输液用0.9%生理盐水）
　　植物细胞：原生质层≈半透膜——质壁分离与复原
　　内因：原生质层伸缩性大、细胞壁伸缩性小　外因：浓度差
三、被动运输：顺浓度梯度，不消耗能量
　　自由扩散：O 、CO 、H O、甘油、乙醇、苯（不需转运蛋白）
　　协助扩散：葡萄糖进红细胞、水通道、离子通道（需转运蛋白）
　　转运蛋白：载体蛋白（结合、构象改变、特异、有饱和）｜通道蛋白（不结合、只放行适配者）
　　影响因素：浓度差、转运蛋白数量
八、教学反思
这节课最有效的设计，是把“水往哪里走”这个方向问题提前到了导入。以前我按教材顺序先讲渗透作用定义、再讲方向，学生总是记反；这次一上来就问“为什么有时往里、有时往外”，再用水分子数的多少来解释，学生的接受度明显不同——下课时有个学生跟我说“原来不是水往浓度高的地方跑，是水多的地方往水少的地方跑”，这句转述说明他们真的转过来了。我在板书上把“水分子数多的一侧向少的一侧”写成大字，整节课都没有擦掉，学生回答时都盯着那句话，这个做法以后可以保留。长颈漏斗演示也比视频好，液面上升是慢慢发生的，学生盯着看的那几十秒，比任何讲解都专注。不足有三处：一是演示实验占了七分钟，比计划多了两分钟，导致“协助扩散”讲得比较赶，两类转运蛋白只来得及说结论，没有展开；二是质壁分离我用了图片而不是真实装片，学生对“原生质层收缩、细胞壁几乎不动”缺少直观感受，作业里有学生写“细胞壁收缩导致分离”，方向正好相反；三是水通道蛋白只提了一句，没有强调“水分子进出也可以是被动运输中的协助扩散”，这个点在必修2和高考题里都会出现。如果重上这节课，我会做三处调整：一是演示实验改为课前录制并现场重放关键片段，把时间省给协助扩散；二是把质壁分离改成用紫色洋葱外表皮现场制片观察，让“谁在收缩”亲眼可见；三是增加一道辨析题“水分子只能通过自由扩散进出细胞”，当堂纠正。
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