质壁分离与复原实验的改进及拓展

质壁分离与复原实验的改进及拓展 一、理论背景 课程改革的关键在于实施，而实施的关键在于课堂。当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。 有效教学是教师遵循教学活动的客观规律，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，从而实现特定的教学目标，满足社会和个人的教育价值需求而组织的实施的教学活动。在教学过程中做到有效果、有效率、有效益。 二、教学内容分析 本案例为必修1《分子与细胞》课标内容第三章细胞的代谢第二节物质出入细胞的方式的活动。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。 四、教学目标 高中生物课程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。结合《学科教学指导意见》:在进行“活动:观察洋葱皮细胞质壁分离及质壁分离复原”时，尝试排除观察中各种无光因素的干扰，善于发现问题并积极参与 讨论，探求新知。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和实质。 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与KNO溶液浓度及使细胞发生脱水死亡的蔗糖溶液浓度3 和KNO溶液浓度;2(配置不同浓度的蔗糖溶液和KNO溶液;333(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(准备相关图片和课件材料。 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 教师利用投影仪出示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。 1 课堂片段:一个学生回答萝卜变软是因为晒干了。另一个学生补充，是失水变软，因为是放在溶液中。 :创设情境是教师营造有利于学生创新和发展的教学情境，从而引导学生尽快进入相应教学阶段。高中生物课程标准的基本理念中指出注重与现实生物的相联系，通过这样一个实例，学生很容易联系到生活中我们所吃的咸菜泡菜等腌制食品，从而进一步调动学生积极性，实现了对教学结果与预期教学目标相吻合的效果。 (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(请两组学生派代表说明实验设计过程。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。 利用投影仪出示实验过程:(第一、三大组实验过程如下) 制作洋葱表皮细胞的临时装片(两片) ? 低倍显微镜观察 ? 高倍显微镜观察(记录细胞形态) ? 分别用0.3g/ml和0.5g/ml蔗糖溶液处理细胞 ? 高倍显微镜观察(记录细胞形态变化) ? 2 15分钟后分别用清水处理细胞 ? 高倍显微镜观察(记录细胞形态变化) (第二、四大组实验过程如下) 制作洋葱表皮细胞的临时装片(两片) ? 低倍显微镜观察 ? 高倍显微镜观察(记录细胞形态) ? 分别用8%和15%KNO溶液处理细胞 3 ? 高倍显微镜观察(记录细胞形态变化) ? 15分钟后再次高倍显微镜观察(记录细胞形态变化) 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，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、清水和KNO溶液时，从盖玻片的一侧滴入，3 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、清水和KNO溶液中(教师简单演示)。 3 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。 评价:师生互动，通过学生的归纳总结，教师点拨完成整个实验设计过程。小组合作讨论交流使学生能够拥有更多的自主学习时间，充分体现学生的主体地位，利用学生设计实验过程，更能吸引学生进行自主实验探究，从而为实验操作过程提高了效益。 (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。 3 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，也有写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。在实验观察过程中，一个小组的同学发现15分钟后15%KNO溶液中的细胞没有复原，他从旁3 边合作组的同学那里借来清水继续实验，结果还是不能复原，进一步证明了细胞已经脱水死亡。 评价:本阶段是教师实现有效教学的重要阶段，同时也是本节实验课核心所在，学生通过自主实验，探究实验过程，发现问题，观察现象，得出结论。将课堂还给学生，用最少的时间获得最高的教学效益，本阶段教学中，利用一三组、二四组交叉，使用不同实验试剂，但是合作组可以相互观察，并且通过观察进行讨论，从而可以获得多个实验结论。而且学生在实验过程中可以发挥自己想法进行附加实验，体现了学生实验过程中的科学思维能力。有效教学的前提是每个学生都参与到教学活动中，在本阶段全体学生，各个层次学生都参与到实验操作过程中，虽然在实验中部分学生出现操作困难，但是经过教师指点后，学生能够完成实验过程并观察到实验现象，得出或多或少的实验结论，真正实现了每个学生都有收获的有效教学。 (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: 细胞状初始状蔗糖溶液处理后清水处理后间隔 15分钟后 况 态 间隔观察 观察 4 0.3g/ml0.5g/ml0.3g/ml0.5g/ml0.3g/ml0.5g/ml 蔗糖溶蔗糖溶蔗糖溶蔗糖溶蔗糖溶蔗糖溶 液 液 液 液 液 液 液泡状缩小、 况(大正常、紫缩小、加深小、深小、深变大、小、深小、颜色 加深 (更紫 紫 变浅 紫 色) 快) 原生质 体与细质壁分质壁分质壁分质壁分质壁分质壁分胞壁的贴壁 离逐渐 离 离 离 离 离 位置关复原 系 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、四大组实验现象: 溶液处理后间隔观KNO315分钟后 察 初始状 细胞状况 态 8%KNO溶15%KNO8%KNO15%KNO3333 液 溶液 溶液 溶液 液泡状况(大正常、缩小、加深变大、变 缩小、加深 小、深紫 小、颜色) 紫色 (更快) 浅 原生质体与 质壁分离细胞壁的位贴壁 质壁分离 质壁分离 质壁分离 逐渐复原 置关系 5 对实验现象分析:将洋葱表皮经过KNO溶液处理后，由3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，经8%KNO溶液处理的洋葱表皮细胞由于选择吸收K和3 -NO，使洋葱表皮细胞液浓度高于外界溶液浓度，导致外界溶液中的水分子透过质膜和液泡膜进入细胞液，致使液泡体积变大，颜色变浅;但是经15%KNO溶液处理后洋葱表皮细胞由3 于外界溶液浓度过高，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。 3(综合两个大组的实验现象及对实验现象的分析，我们可以得出三个结论: (1)外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离;外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水发生质壁分离复原。 (2)只有活细胞才能发生质壁分离和质壁分离复原。 (3)在不同溶液中质壁分离后的细胞能不能自动复原，要看溶液中的溶质能否透过质膜和液泡膜也细胞选择性吸收。 评价:探究性实验着重培养学生科学的思维方法，培养学生的思维能力，分析综合能力和解决实际问题能力。利用交流讨论，解决问题这块内容的教学，让学生自由发挥，总结实验结论，并且对有质疑的结论进行原因分析，同时也适合不同层次学生的发挥，充分培养了学生的综合能力。 (五)联系生活，迁移知识 教师利用投影仪出示问题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。 学生利用本节实验知识解释。 评价:联系生活实际，培养学生对知识的迁移能力，知识的力量在于对生产生活实践的应用，通过本阶段内容的教学，虽然所花时间极少，但是可以促进学生利用课堂知识对生活中有关现象的思考，体现了知识的有效性。 6 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。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，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～ 但是本节课中也出现了不少问题，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;相信通过本堂课的教学，在今后的生物教学中能做到更加有效。 7