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一、教材分析

“植物细胞的吸水和失水”是人教版普通高中新课程生物必修一《分子与细胞》中第四章第一节的内容。本节通过水和无机盐的跨膜运输的实例，让学生建立物质跨膜运输的感性认识，让学生认识到细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜，为教材第二节膜结构、第叁节物质跨膜运输方式的学习奠定基础。“植物细胞的吸水和失水”实验是高中生物教材中的第一个探究实验，是倡导探究性学习、发展探究能力的有利素材。但是教材中有关“材料用具”“实验步骤”已经给出，学生参考教材，很快就能完成“植物细胞的吸水和失水”实验。实验过程中学生对实验操作加以模仿，缺少真实的探究。科学探究核心素养的测评要求学生能针对真实情境提出有价值的和可探究的生命科学问题，设计并实施恰当可行的方案，能运用科学术语精确阐述实验结果，并展开交流。鉴于此，笔者对教材实验进行改进，在教材实验的基础上，师生探讨，通过观察提出有价值、可探究的科学问题，在此基础上进行实验再设计、实践验证、交流讨论。此实验的创新设计，具体内容介绍如下。

二、教学过程

1情境导入 体验新知

教师展示网络上一个求真相的帖子：为什么菜场上的蔬菜要洒水？仅仅是为了增加重量吗？学生就这一问题展开讨论，通过分析学生对植物细胞能失水和吸水形成感性认识。在此基础上启发学生提出问题：植物细胞怎么吸水和失水？教师引导学生通过教材寻找答案，即成熟的植物细胞可以看成一个渗透装置，半透膜两侧存在浓度差可完成植物细胞的吸水和失水。

2问题引领 探究实践

教师引导学生进一步思考：成熟的植物细胞的哪部分可以看作半透膜呢？通过分析成熟植物细胞的结构，学生做出假设：原生质层相当于半透膜。假设是否正确，还需要通过实验来检验。参照教材，分组讨论，设计实验，再通过组内交流，指导学生确定最佳实验方案，进行实验。实验结束后，请学生代表汇报实验结果，得出结论。通过基础实验的探究活动可以让学生自主发现原生质层相当于半透膜，以及滴加0.3g/mL蔗糖溶液，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞失水发生质壁分离，然后滴加清水，植物细胞吸水发生质壁分离复原，从而得出成熟植物细胞吸水和失水的条件。同时学生在问题解决过程中能够学习到实验探究的一般方法和基本步骤。

3 问题深化 探究递进

学生围绕前一阶段的探究过程，通过观察，提出更深层次、更具探究价值的科学问题。经过一番讨论，教师走近且倾听学生提出的问题，并一一写在黑板上。教师通过整理发现，学生提出的探究问题可归纳为以下4类问题：①选择紫色洋葱外表皮鳞片叶作为观察对象的原因，能否选取其他材料作为替代品？②实验中选取蔗糖溶液的理由，可否使用其他溶液代替蔗糖溶液？③蔗糖溶液浓度必须为0.3g/mL，其他浓度的蔗糖溶液代替可以吗？④如何进一步定量测量确定植物细胞的细胞液浓度？前两组探究实验课看作定性实验。第叁组同学提出0.3g/mL蔗糖溶液能否用其他浓度代替？分析第叁组探究实验现象，发现其他浓度效果不好，学生会好奇该植物细胞的等渗浓度到底是多少？进而由定性实验过渡到定量实验的探究。

在确定探究问题后，根据问题分为四个小组，学生自主选择组长，由组长负责，小组成员共同完成解决问题的实验方案设计，并与教师协商，落实实验材料、实验试剂及器材的准备。

探究一：能否选取其他材料来做本实验？

根据学生的问题，查阅资料，师生讨论后，选择了以下几种实验材料：紫洋葱鳞片叶外表皮、紫洋葱鳞片叶内表皮、紫鸭跖草、马齿苋，试剂不变。选择第一组问题的学生通过实验，研究结果发现：紫洋鳞片叶内表皮易于撕取，而其外表皮撕取稍费劲；紫鸭跖草叶片下表皮和马齿苋茎部单层细胞，不易撕取。紫色洋葱鳞片叶外表皮和紫鸭跖草叶片下表皮质壁分离程度显而易见，几分钟后滴加清水，可以诱发复原；紫色洋葱鳞片叶内表皮质壁分离现象很显着，短时间后滴入清水，便可诱导质壁分离复原，不过比洋葱外表皮颜色浅而且不易清楚地观察到现象；马齿苋茎部细胞的质壁分离程度很明显，几分钟后滴加清水，快速发生复原。

探究二：可否用其他溶液作为替代的分离液？

查阅资料，师生讨论后，该组同学准备了紫洋葱鳞片叶外表皮、0.3g/ml的蔗糖溶液、0.3g/ml的葡萄糖溶液、0.3g/ml的硝酸钾溶液、清水等实验试剂。上述溶液中包括有机大分子、有机小分子和离子化合物，将不同物质分子进行对照。通过实验，研究结果发现：滴加蔗糖溶液的实验2～3 min后，光镜下立即出现清晰的质壁分离情况，当即滴入清水进行观察，很快细胞出现质壁分离复原现象；而葡萄糖的实验2～3min后质壁分离现象一样明显可见，未滴入清水几分钟后，细胞质壁分离便发生自动复原现象；而使用硝酸钾溶液的实验现象同上述葡萄糖溶液的变化。

探究叁：能否选用其他浓度蔗糖溶液替代0.3g/ml的浓度？

第叁组同学准备了紫洋葱鳞片叶外表皮、0.1g/ml的蔗糖溶液、0.3g/ml的蔗糖溶液、0.5g/ml的蔗糖溶液、0.7g/ml的蔗糖溶液、清水等。通过实验，第叁组同学整理了以下表格展示不同浓度的蔗糖溶液中，洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离及复原情况。

表1 不同浓度蔗糖溶液处理下植物细胞吸水与失水的对比

通过结果分析，发现若要探究植物细胞质壁分离后的复原，不可以使用高浓度的蔗糖溶液，如0.5g/mL或者是0.7g/mL溶液；另外较低浓度的蔗糖溶液，如0.1g/mL诱导的分离现象不够清楚，且时间过长，所以观察植物细胞质壁分离现象最好选用O.3g/mL的蔗糖溶液。

探究四：定量测量确定植物细胞的细胞液浓度

第四组同学提出的问题对于高中生来说难度较大，但是，为了激发学生的求知欲，教师将《植物生理学实验指导》中的“小液流法”运到到定量测量确定植物细胞的细胞液浓度的实验中。小液流法是指把植物组织或细胞放在溶液中时，两者便会发生水分交换。如果植物组织（或细胞）的浓度低于溶液的浓度，组织（或细胞）则吸水，使外溶液浓度增大，比重也增大；若植物组织（或细胞）的浓度高于溶液的浓度时，组织（或细胞）则失水，使溶液的浓度变小，比重也变小；如果植物组织（或细胞）的浓度与溶液的浓度相等时，外溶液的浓度不变，其比重也不变，若把浸过组织的溶液慢慢滴回同一浓度而未浸过组织或细胞的溶液中。比重小的液流便往上浮，比重大的则往下沉。如果小液流停止不动，则说明溶液的浓度未有发生改变。具体实验过程如下：

材料准备：小青菜、1%蔗糖溶液、3%蔗糖溶液、5%蔗糖溶液、亚甲基蓝溶液、青霉素小瓶、打孔器等。

研究方案：用打孔器将青菜分成许多叶圆片。准备3只青霉素小瓶，标号1、2、3，分别加入2ml蔗糖溶液，浓度分别为1%、3%、5%；再将等量的青菜叶圆片分别放入3只小瓶中，浸泡相同时间。→用吸管分别往每只小瓶中加入一滴（只加一滴）亚甲基蓝溶液（目的：使蔗糖溶液呈蓝色，便于后续实验观察），摇匀。→再用吸管分别从每只小瓶中吸少许蓝色蔗糖轻轻滴入没浸泡过青菜叶片的对应蔗糖溶液中，观察滴入的蓝色小液流的运动方向（下沉或上浮或平稳），实验结果如下表。

表2：小液流法结果记录表

通过定量的实验方法测得的小青菜组织细胞液溶度大致相当于1%-3%的蔗糖溶液浓度。通过本实验，学生运用自己总结出的细胞吸水和失水的条件的原理解释液滴发生移动的原因。这样既检测学生知识达成情况，也让学生掌握了解一种测定细胞液方法，培养学生科学思维和运用所学知识解释实际问题的能力。

叁、教学反思

本节课在教材实验的基础上提出实验改进的思考，学生利用自己已有的知识和生物素养，提出猜想和假设，不断设计实验，反思过程与结果，寻找解决问题的办法。教师给学生足够的时间和想象的空间，让学生积极开展讨论和科学实践，对学生创新意识的培养有很好的促进作用。

唯一遗憾的是课堂教学时间有限，无法将本节课的教学设计完整呈现。教师只能围绕四个探究问题分组，由组长负责，小组成员共同协商，利用课余时间，完成科学实践，数据分析及交流，最终得出结论。值得一提的是学生将此研究成果申报了高中研究性学生优秀成果评比并获得好评。