《利用自制实验装置模拟探究膜的透性》说课稿全国实验说课大赛获奖案例.docx
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《利用自制实验装置模拟探究膜的透性》说课稿全国实验说课大赛获奖案例
《利用自制实验装置模拟探究膜的透性》说课稿
一、使用教材
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书生物必修1《分子与细胞》第4章第1节“物质跨膜运输的实例”。
二、实验器材
实验器具:
自制渗透装置、玻璃纸(赛璐玢)、保鲜膜、纱布、滤纸、烧杯、玻璃棒、量筒、滴管等。
实验试剂:
蒸馏水、红糖溶液、蛋白质溶液、淀粉溶液、葡萄糖溶液、稀盐酸、碳酸钙、溴麝香草酚蓝水溶液。
三、实验创新要点/改进要点
(一)半透膜选材的改进
在日常教学中,很多老师以“讲实验”的方式开展教学,学生不容易理解。
有一些老师提出利用生物材料,如卵壳膜、肠衣、肝肾包膜等作为半透膜,但是制备这些材料的操作难度较大。
经过多次实验,比较卵壳膜、肠衣和玻璃纸,发现玻璃纸组的实验现象最明显,确定使用玻璃纸作为材料。
对玻璃纸进行活化处理,即水浴加热10分钟,既可以使玻璃纸容易固定,还能保证实验现象明显。
(二)渗透实验装置的改进
教材实验装置涉及器具较多,进行探究实验操作比较繁琐,且实验装置需要占用较大空间。
师生共同分析,提出一些实验装置改进思路。
经过反复探讨,确定并定制实验装置,见图1、2。
装置主体为长方体形态,在两个槽之间放置半透膜和防漏胶圈,用螺丝和螺母进行固定,装液槽可以随实验方案增加或减少。
为方便学生在短时间内观察现象,将装置比例进行调整,见图3,可以保证在短时间内观察到实验结果,并且可以用长尾夹替代螺丝和螺母的固定,更加方便操作。
图1 实验装置设计图 图2 实验装置组件
图3 演示实验装置(左)和学生探究实验装置(右)
(三)实验方案的改进
本实验最重要的目的是帮助学生理解渗透作用的原理和条件。
教材实验方案只演示渗透现象,原理和条件常需要学生通过联想、思考从而归纳得出,感性认识不足。
改进后,将实验改为探究实验,利用自制实验装置,通过设计对照实验、实施实验、分析结果等过程,引导学生在感性认识的基础上,通过理性分析最终得出结论,既有利于学生理解知识,也能培养学生的科学思维和科学探究。
实验方案有:
1.探究渗透作用的发生需要半透膜;
2.探究渗透作用的发生需要浓度差;
3.探究葡萄糖分子、淀粉分子、蛋白质分子等物质的跨膜情况。
(四)实验试剂的改进
在教材中,半透膜内外的溶液分别是无色的蔗糖溶液和蒸馏水,通过观察液面变化反映渗透作用的发生,进行演示实验时现象不够明显。
用红糖溶液代替无色的蔗糖溶液,比在无色蔗糖溶液中滴加红墨水,除了实验现象明显,还可以减少无关变量的干扰。
四、实验原理/实验设计思路
一个完整的渗透系统由两个溶液体系以及两者之间的半透膜组成。
渗透作用指两种不同浓度的溶液隔以半透膜(允许溶剂分子通过,不允许溶质分子通过的膜),水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。
还原糖与斐林试剂发生作用,生成砖红色沉淀。
淀粉遇碘变蓝色。
蛋白质与双缩脲试剂发生作用,产生紫色反应。
五、实验教学目标
(一)通过模拟实验探究渗透作用,分析渗透现象,说出渗透作用的原理和条件,形成结构和功能观;
(二)通过探究实验,分析实验结果,总结渗透作用的原理和条件,建构渗透作用的物理模型;
(三)通过模拟实验探究其他物质的跨膜情况,结合实例分析细胞中其他物质跨膜运输的特点,参与讨论并作出理性解释,形成“细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜”的生命观念;
(四)通过提出问题、获取信息、设计实验、实施实验等过程,解决问题,体验和领悟科学探究方法,提高科学探究的实践能力。
(五)学会运用生物学的知识解决现实生活问题。
六、实验教学内容
(一)实验一:
探究渗透作用需要半透膜
用三个装液槽组装实验装置见图4,红色为红糖溶液,透明部分为蒸馏水,左侧连接处放保鲜膜,右侧连接处放玻璃纸,实验结果见图5,左侧红糖溶液保持初始液面不变,右侧红糖溶液液面上升,蒸馏水液面下降,水分子从蒸馏水一侧通过玻璃纸进入红糖溶液。
用两个装液槽加纱布进行实验,红糖溶液通过纱布与蒸馏水混合,结果不出现液面差,见图6。
这些结果说明渗透作用需要半透膜。
图4 探究渗透作用需要半透膜 图5 保鲜膜和玻璃纸组的实验结果
图6 纱布组的实验结果
(二)实验二:
探究渗透作用需要浓度差
用两个装液槽组装实验装置,两个槽的连接处都放玻璃纸,在玻璃纸两侧装不同溶度的蔗糖溶液见图7、8,实验结果见图9、10,有浓度差的组别出现两侧液面高度差,说明渗透作用需要浓度差。
图7 两侧分别为0.2g/mL和0.5g/mL的蔗糖溶液 图8 两侧为等溶度的红糖溶液
图9 两侧出现高度差 图10 两侧液面始终平齐
(三)实验三:
探究其他物质的跨膜情况
引导学生利用渗透装置和物质检测的方法,探究葡萄糖分子、淀粉分子、蛋白质分子等物质的跨膜情况,分析实验结果,总结其他物质的跨膜情况,理解半透膜透过物质具有选择性。
图11为探究二氧化碳的跨膜情况,半透膜内装溴麝香草酚蓝水溶液(左,蓝色),广口瓶内装稀盐酸和碳酸钙,一段时间后溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色(右),结果说明二氧化碳可以通过玻璃纸(半透膜)。
图11 探究二氧化碳的跨膜情况(左为初始状态,右为实验结果)
图12为探究葡萄糖的跨膜情况,两侧分别装蒸馏水、葡萄糖溶液,两个槽之间都放玻璃纸,一段时间后用斐林试剂检测①和②的液体,结果见图13,两支试管都出现砖红色沉淀,说明葡萄糖分子可以通过玻璃纸(半透膜)。
图12 探究葡萄糖的跨膜情况 图13 两支试管均出现砖红色沉淀
图14为探究淀粉分子和碘离子的跨膜情况,两个槽内分别装淀粉溶液和碘液,两个槽之间都放玻璃纸,一段时间后观察两侧颜色变化,结果见图15,淀粉溶液变蓝,碘液不变色,说明碘离子可以通过,而淀粉分子不能通过。
图14 探究淀粉分子和碘离子的跨膜情况 图15 淀粉溶液变蓝,碘液不变色
图16为探究蛋白质的跨膜情况,两侧分别装蒸馏水、蛋白质溶液,两个槽之间都放玻璃纸,一段时间后用双缩脲试剂检测①和②的液体,结果见图17,①中液体不变紫色,②作为对照变为紫色,说明蛋白质分子不能通过。
图16 探究蛋白质分子的跨膜情况 图17 左侧未变紫色,右侧变紫色
利用教材资料分析的实例,引导学生分析细胞的物质跨膜的特点,总结出物质运输并不都是顺相对含量梯度的,细胞对于物质的进出有选择性,可以说细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
七、实验教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
创设情境
展示图片:
讲述:
为什么萝卜条放在蒸馏水和盐水中形态、重量都发生变化?
我们知道细胞膜可以控制物质进出,怎样控制水分的出入呢?
需要通过本节课的学习来解决这些问题。
探究渗透作用的原理和条件
讲述:
请同学们阅读教材P60问题探讨中的资料。
讲述:
在课前,老师和几位同学对实验装置进行了改进,这个是我们设计的实验装置,透明部分为装液槽,连接处放置玻璃纸和防漏胶圈,从上方开口分别倒入不同浓度的液体,红色的是红糖溶液,透明的是蒸馏水,实验初始的时候液面是平齐的,这个是老师课前做的,请大家观察现在的液面变化。
【思考与讨论】
1.为什么两侧液体有高度差,红糖溶液液面升高?
2.此现象的发生需要满足什么条件?
3.与哪些实验步骤有关
4.材料中提示玻璃纸作为一种半透膜有什么特点?
5.如果想要探究半透膜(玻璃纸)在这个实验的作用,可以怎么设计实验?
6.替换半透膜的材料应该满足什么条件?
7.你能想到什么材料可以满足这样的条件?
8.只要有玻璃纸即半透膜,就能发生渗透现象吗?
对溶液有没有什么要求?
9.两侧都用蔗糖溶液可以吗?
10.渗透现象的发生还需要膜两侧的溶液有浓度差。
怎么通过实验验证渗透现象的发生需要浓度差?
教师:
老师为大家准备了自制实验装置、蒸馏水、红糖溶液、量筒、玻璃纸、纱布和保鲜膜,请你们先确定探究实验目的,梳理一下实验操作步骤,然后进行实验。
讲述:
请探究半透膜作用的小组选代表简单说一下他们的方案和实验结果。
讲述:
大家同意他们组的结论吗?
【总结】他们的实验结果证明了渗透作用的发生需要半透膜,并且在实验中只有水分子可以通过半透膜。
讲述:
下面请探究浓度差的小组选代表说说他们的方案和实验结果。
讲述:
大家同意他们组的结论吗?
【总结】我们在初中学习扩散的知识,扩散的方向一般从浓度较高的区域向较低的区域进行扩散。
在这个实验中要注意,通过半透膜的分子是水分子,所以我们的表述可以是水分子的运动方向从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧扩散。
【总结】经过大家的自主探究和分析,我们可以总结出渗透作用是水分子或者其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
如果半透膜两侧的溶液存在浓度差,渗透的方向就是水分子或者其他溶剂分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
【过渡】水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗?
细胞的什么结构相当于一层半透膜?
阅读教材P60问题探讨中的资料。
观看演示实验。
回答:
玻璃纸。
回答:
水分子可以通过他,蔗糖分子不能。
讨论,发言:
用其他材料替换半透膜。
回答:
水分子和蔗糖分子都可以通过或者都不能通过。
回答:
纱布、塑料袋。
回答:
两侧的溶液要不同。
讨论。
在学案上填写实验方案,实施实验。
汇报:
我们小组用两个装液槽进行实验,用了三个装置,一个放置纱布、一个放置保鲜膜、一个放置玻璃纸,从结果可以看出,只有放置玻璃纸的实验装置出现两侧液面的高度差。
说明这个实验现象的出现需要玻璃纸。
回答:
同意。
汇报:
我们组也是用两个槽的实验装置进行探究,设置三个实验组,一组在玻璃纸两侧都装等量相同浓度的红糖溶液,第二组是两侧分别为0.5g/mL的红糖溶液和0.1g/mL的红糖溶液,第三组两侧分别为0.5g/mL的红糖溶液和0.3g/mL的红糖溶液。
其中第二组和第三组浓度高的一侧液面升高。
我们认为结果说明渗透现象的出现需要半透膜两侧的溶液具有浓度差。
水分子运动的方向是从浓度低的一侧向浓度高的一侧。
学生:
同意。
动物细胞的吸水和失水
【思考与讨论】动物细胞的最外面就是细胞膜。
我们如何观察动物细胞是否有水分进出?
讲述:
我们在制备细胞膜的实验中选用哺乳动物的成熟红细胞作为材料。
红细胞是两面凹的圆饼状,能不能通过观察细胞形态变化,判断水分的进出情况?
讲述:
请大家观察教材p60图4-1,思考以下问题。
【思考与讨论】
1.红细胞的细胞膜是不是相当于上述实验中的半透膜?
2.当外界溶液的浓度低,红细胞一定会吸水而涨破吗?
3.联系渗透作用的原理,分析动物细胞吸水和失水的原理。
4.为什么制作口腔上皮细胞临时装片时要用0.9%的生理盐水?
5.吃比较咸的食物,如腌制的咸菜,或者连续嗑带盐的瓜子等,口腔和唇的黏膜有什么感觉?
为什么?
6.生产高浓度饮料的厂家能够宣传他们的产品很解渴吗?
学生讨论。
学生:
可以。
学生:
水分子进出动物细胞是通过渗透作用,细胞膜作为半透膜,细胞质的浓度与外界溶液浓度形成浓度差。
植物细胞的吸水和失水(第二课时)
教师在课前编制好学案,分发给学生。
观察、巡视课堂,及时解决学生的难题。
引导学生分析实验结果,得出实验结论。
在课前利用学案设计实验方案,探究植物细胞的吸水和失水。
课上实施实验、分析结果、得出实验结论。
物质跨膜运输的其他实例
讲述:
前面我们探究了水分子的跨膜情况,细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程。
其他物质的跨膜运输情况是怎样的呢?
请同学们利用已经学习过的物质检测的方法设计实验方案,探究一些常见物质如葡萄糖、蛋白质、淀粉、碘离子等通过玻璃纸(半透膜)的情况。
讲述:
请小组汇报实验方案和实验结果
讲述:
因为物质的分子大小不同,它们通过玻璃纸这种半透膜的情况是不一样的。
半透膜透过物质具有选择性,主要是半透膜的孔隙大小对物质进行选择。
细胞对其他物质的进出也有选择吗?
请同学们阅读教材P63-64的资料分析,讨论教材中的四个问题。
【思考与讨论】
1.水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高?
①番茄、水稻对这三种离子的吸收与对水分子的吸收有关系吗?
2.不同作物对无机盐的吸收有差异吗?
3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的,其他物质的跨膜运输也是这样的吗?
4.细胞对物质的吸收有选择吗?
如果有,这种选择性有普遍性吗?
【总结】通过讨论,可以看出物质运输并不都是顺相对含量梯度的,细胞对于物质的进出有选择性,可以说细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜,一般可以让水分子自由通过,一些离子和小分子也可以通过,其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
生物膜的这一特性,与细胞的生命活动密切相关,是活细胞的一个重要特征。
学生整理思路,实施实验。
汇报:
这是探究葡萄糖和蛋白质的跨膜情况,我们用学习过的物质检测的方法,用斐林试剂和双缩脲试剂分别检测,实验结果说明葡萄糖可以通过玻璃纸,蛋白质不能。
用碘液和淀粉溶液进行实验,说明淀粉分子不能通过,碘离子可以通过。
阅读资料,讨论问题。
回答:
1.在培养过程中,水稻吸收水分及其他离子较多,吸收Ca2+、Mg2+较少,结果导致水稻培养液里的Ca2+、Mg2+浓度增高。
2.不同作物对无机盐的吸收是有差异的。
3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的,其他物质的跨膜运输并不都是这样,这取决于细胞生命活动的需要。
4.细胞对物质的吸收是有选择的。
这种选择性具有普遍性。
八、实验效果评价
教学过程包括课外研究性学习活动和课堂实验教学活动,实验改进过程和教学过程取得了一定的效果,师生均获得提升。
1.师生共同参与实验改进和创新,学生主动参与学习,亲历提出问题、获取信息、设计方案、实验检验、总结结论等过程,应用生物、物理、化学和通用技术等学科的知识解决问题,有利于激发学生的问题意识和创新思维,培养学生的科学思维,发展创新创造能力。
2.课外研究性学习活动的成果转化为课堂实验教学的方法和资源,促进实验教学顺利开展,提高实验教学的效果。
3.改进后的实验方案,取材方便,操作性强,方便学生开展探究实验,利于推广。
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