在自主探究中实现自能教育
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时间：2017-08-14
一、案例背景
为迎接市政府对四星级高中的督导，突显出学校倡导的“自能教育”特色，笔者承担了一节督导课《物质跨膜运输的实例》的教学设计，以真实的课例为载体，探讨在新课程的背景下，如何通过教师教学方式和学生学习方式的改变，来实现“自能教育”，即不靠空洞的说教，而是以自主探究实验为载体，在探究中发挥学生的自主性和能动性，通过自探、自悟、自得，实现学生自主学习。
《物质跨膜运输的实例》是高中生物必修1第四章《细胞的物质输入和输出》第一节的内容，它是学生在已经学过细胞的成分、结构和功能的基础上，对细胞膜控制物质进出这一功能的进一步的拓展和深化，又是第2节生物膜的流动镶嵌模型和第3节物质跨膜运输方式的铺垫。
二、教学过程设计
1.课前探究
请感兴趣的同学分小组进行探究实验，研究发生渗透现象的条件：
探究一：按书本“问题探讨”中的讲述的方法制作渗透装置：在一个长颈漏斗的漏斗口外密封一层鸡蛋膜，往漏斗内注入加了亚甲基蓝的蔗糖溶液（亚甲基蓝的蓝色便于观察），然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，是漏斗管内外的液面高度相等，过一段时间观察，发现漏斗管内的液面上升。
探究二：分别制作三组如探究一的装置，用三种不同的膜——气球膜、鸡蛋膜和多层纱布代替鸡蛋膜，只有用鸡蛋膜的装置漏斗管内液面上升。
探究三：分别制作两组如探究一的装置，都用鸡蛋膜，烧杯内的溶液不同，分别用清水和与漏斗内等渗的蔗糖溶液，结果只有用清水的漏斗管内液面上升，而用等渗蔗糖溶液的液面不变。
通过以上探究实验得出结论：要发生渗透现象，需要半透膜；膜两侧要有浓度差。
2.教學过程
上课时，教师先做演示实验：在清水中滴加亚甲基蓝，亚甲基蓝分子很快扩散开来。
教师问：这是什么现象？
学生答：扩散。
教师继续问：如果在烧杯中加一层膜，可以让水分子自由通过，亚甲基蓝分子不能通过，那发生的就是渗透。那我们怎么才能观察到渗透现象呢？请参加探究实验的同学来介绍一下他们的探究过程。（请同学上讲台结合做实验时的照片讲述探究过程，并得出发生实验现象的两个条件）
教师引导：为什么会出现渗透现象呢？
教师用PPT播放动画，请同学结合学案上的知识链接解释渗透现象发生的原因。
温故而知新：回忆前面制备细胞膜的方法，用哺乳动物成熟的红细胞吸水涨破，把红细胞和渗透装置做类比，红细胞膜能让水分子自由通过，但血红蛋白等大分子不能过，相当于一层半透膜；红细胞膜两侧有具有浓度差，所以实际上红细胞吸水涨破也是发生了渗透作用。请同学分析红细胞吸水、失水和保持正常状态时所处的不同溶液的浓度。
联系生活：腌萝卜时萝卜体积会变小，即失水；萎蔫的菜放入水中又会变得坚挺，即细胞吸水，得出植物细胞也会吸水和失水。那么植物细胞吸水和失水与动物细胞有何差别呢？
请同学比较植物细胞与动物细胞的差异，即植物细胞有细胞壁，大液泡。
为学生提供信息库：（1）细胞壁是全透性的，它的伸缩性较小。（2）成熟植物细胞具有中央大液泡，占整个细胞很大比例，细胞内的液体环境主要考虑液泡中的细胞液。
请学生根据信息库提供的知识，就植物细胞的吸水和失水提出相关问题。总结归纳，主要是两个问题：一、植物细胞的细胞壁对植物细胞的吸水和失水有无影响；二、原生质层是否相当于一层半透膜？
请同学以小组为单位探究植物细胞的原生质层是否相当于一层半透膜？然后请同学按照书本提示进行质壁分离和质壁分离实验。实验结束后，交流实验结果，并得出结论：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
教师进一步引导：那么植物细胞的细胞壁在植物细胞的吸水和失水过程中有什么作用呢，请同学课后思考，并设计相应的探究。
三、教学设计反思
笔者教学设计中组织学生自主探究渗透实验，但由于本节内容还有植物细胞吸水和失水的探究实验，整体时间比较紧张，所以把自主探究实验放到课前请同学以兴趣小组探究活动的形式完成，然后到课上交流。这样处理，学生通过亲自动手实验，然后通过实验去思考、总结、表达交流，对渗透作用已经有了很好地认识，能清楚理解扩散和渗透这两个迷思概念，并总结出发生渗透作用的条件。
后半部分对植物细胞吸水和失水的探究，也是设计由学生自己提出假设，然后当堂用实验来验证。这样做，一方面让学生更好地理解生物是一门以实验为基础的课程，让他们通过动手实验，学会科学的探究过程，另一方面，也可以增加他们学习生物的兴趣。
当然如何让学生真正动起来、真正参与进来做课堂的主体，如何更好地实现“自能教育”，还需要更多的探索和实践。
【参考文献】
[1] 朱正威、赵占良. 生物1分子与细胞（必修）[M]. 北京：人民教育出版社，2007：60-63.
[2] 胡云. 生物育种专题教学案例[J]. 生物学通报，2013，48（07）：34-36.
（作者单位：苏州大学基础医学与生物科学学院；江苏省木渎高级中学）
为迎接市政府对四星级高中的督导，突显出学校倡导的“自能教育”特色，笔者承担了一节督导课《物质跨膜运输的实例》的教学设计，以真实的课例为载体，探讨在新课程的背景下，如何通过教师教学方式和学生学习方式的改变，来实现“自能教育”，即不靠空洞的说教，而是以自主探究实验为载体，在探究中发挥学生的自主性和能动性，通过自探、自悟、自得，实现学生自主学习。
《物质跨膜运输的实例》是高中生物必修1第四章《细胞的物质输入和输出》第一节的内容，它是学生在已经学过细胞的成分、结构和功能的基础上，对细胞膜控制物质进出这一功能的进一步的拓展和深化，又是第2节生物膜的流动镶嵌模型和第3节物质跨膜运输方式的铺垫。
二、教学过程设计
1.课前探究
请感兴趣的同学分小组进行探究实验，研究发生渗透现象的条件：
探究一：按书本“问题探讨”中的讲述的方法制作渗透装置：在一个长颈漏斗的漏斗口外密封一层鸡蛋膜，往漏斗内注入加了亚甲基蓝的蔗糖溶液（亚甲基蓝的蓝色便于观察），然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，是漏斗管内外的液面高度相等，过一段时间观察，发现漏斗管内的液面上升。
探究二：分别制作三组如探究一的装置，用三种不同的膜——气球膜、鸡蛋膜和多层纱布代替鸡蛋膜，只有用鸡蛋膜的装置漏斗管内液面上升。
探究三：分别制作两组如探究一的装置，都用鸡蛋膜，烧杯内的溶液不同，分别用清水和与漏斗内等渗的蔗糖溶液，结果只有用清水的漏斗管内液面上升，而用等渗蔗糖溶液的液面不变。
通过以上探究实验得出结论：要发生渗透现象，需要半透膜；膜两侧要有浓度差。
2.教學过程
上课时，教师先做演示实验：在清水中滴加亚甲基蓝，亚甲基蓝分子很快扩散开来。
教师问：这是什么现象？
学生答：扩散。
教师继续问：如果在烧杯中加一层膜，可以让水分子自由通过，亚甲基蓝分子不能通过，那发生的就是渗透。那我们怎么才能观察到渗透现象呢？请参加探究实验的同学来介绍一下他们的探究过程。（请同学上讲台结合做实验时的照片讲述探究过程，并得出发生实验现象的两个条件）
教师引导：为什么会出现渗透现象呢？
教师用PPT播放动画，请同学结合学案上的知识链接解释渗透现象发生的原因。
温故而知新：回忆前面制备细胞膜的方法，用哺乳动物成熟的红细胞吸水涨破，把红细胞和渗透装置做类比，红细胞膜能让水分子自由通过，但血红蛋白等大分子不能过，相当于一层半透膜；红细胞膜两侧有具有浓度差，所以实际上红细胞吸水涨破也是发生了渗透作用。请同学分析红细胞吸水、失水和保持正常状态时所处的不同溶液的浓度。
联系生活：腌萝卜时萝卜体积会变小，即失水；萎蔫的菜放入水中又会变得坚挺，即细胞吸水，得出植物细胞也会吸水和失水。那么植物细胞吸水和失水与动物细胞有何差别呢？
请同学比较植物细胞与动物细胞的差异，即植物细胞有细胞壁，大液泡。
为学生提供信息库：（1）细胞壁是全透性的，它的伸缩性较小。（2）成熟植物细胞具有中央大液泡，占整个细胞很大比例，细胞内的液体环境主要考虑液泡中的细胞液。
请学生根据信息库提供的知识，就植物细胞的吸水和失水提出相关问题。总结归纳，主要是两个问题：一、植物细胞的细胞壁对植物细胞的吸水和失水有无影响；二、原生质层是否相当于一层半透膜？
请同学以小组为单位探究植物细胞的原生质层是否相当于一层半透膜？然后请同学按照书本提示进行质壁分离和质壁分离实验。实验结束后，交流实验结果，并得出结论：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
教师进一步引导：那么植物细胞的细胞壁在植物细胞的吸水和失水过程中有什么作用呢，请同学课后思考，并设计相应的探究。
三、教学设计反思
笔者教学设计中组织学生自主探究渗透实验，但由于本节内容还有植物细胞吸水和失水的探究实验，整体时间比较紧张，所以把自主探究实验放到课前请同学以兴趣小组探究活动的形式完成，然后到课上交流。这样处理，学生通过亲自动手实验，然后通过实验去思考、总结、表达交流，对渗透作用已经有了很好地认识，能清楚理解扩散和渗透这两个迷思概念，并总结出发生渗透作用的条件。
后半部分对植物细胞吸水和失水的探究，也是设计由学生自己提出假设，然后当堂用实验来验证。这样做，一方面让学生更好地理解生物是一门以实验为基础的课程，让他们通过动手实验，学会科学的探究过程，另一方面，也可以增加他们学习生物的兴趣。
当然如何让学生真正动起来、真正参与进来做课堂的主体，如何更好地实现“自能教育”，还需要更多的探索和实践。
【参考文献】
[1] 朱正威、赵占良. 生物1分子与细胞（必修）[M]. 北京：人民教育出版社，2007：60-63.
[2] 胡云. 生物育种专题教学案例[J]. 生物学通报，2013，48（07）：34-36.
（作者单位：苏州大学基础医学与生物科学学院；江苏省木渎高级中学）
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