植物细胞的吸水和失水”实验教学及拓展探究

           

一、 教材分析

“探究植物细胞的吸水和失水”实验是人教版高中生物必修一第4章第一节中的内容。高中生物教材中在此处第一次呈现探究实验，因此在探究实验的几个步骤中都提供“参考案例”，以及观察的指标也是以表格的形式呈现。完成实验相对难度较小，而本节课是在相应的理论学习之后展开的一堂实验课，让学生能更好地体验探究实验的基本方法和步骤，并在立足课本实验的基础上提出进一步拓展探究。

 

（一）  教学目标

1、 知识与技能

 （1）掌握显微镜使用方法、装片制作。

（2）能说出植物细胞结构及植物细胞发生质壁分离和复原的条件

（3）知道浓度梯度在探究实验中的作用

  2、过程与方法

     学会观察植物细胞的质壁分离和复原的现象，体验探究实验的一般方法和步骤。通过实验，发现问题提出问题，能联系生活实际，作出假设，学会并尝试进一步探究提升。

  3、情感、态度、价值观

    通过实验分析，掌握解决问题的方法，培养科学探究精神。在实验过程中，通过师生间、同学间的合作、交流、互动，加强对学生互帮互助，相互学习的精神的培养。

（二）重点与难点

 1、重点：“植物细胞吸水和失水”的基本原理

2、难点：探究植物细胞质壁分离与外界溶液浓度的关系

 

二、课前准备

1、准备两颗长势基本相同的青菜，一颗放置于室内一段时间使之处于萎蔫状态；另一颗则浸泡在清水中，使之比较挺拔。

 2、晒制洋葱鳞片叶：将洋葱鳞片叶从鳞茎上剥离下来，放在解剖盘中，让每片鳞片叶的外表皮朝上，放在阳台晒2~3天。通过蒸腾作用蒸发掉一部分水分，使得叶肉细胞与表皮细胞接合不紧密，便于撕取完整的表皮。另外，通过水分的蒸发，液泡中色素的浓度增大，颜色加深，实验效果明显。

3、给每组学生实验配制不同浓度的蔗糖溶液，浓度分别为0.1g/mL、0.3g/mL、0.5 g/mL、0.7 g/mL。

 

三、教学过程

（一）  情景引入

展示课前准备的两颗处于不同状态的青菜，走进学生群体，让学生看一看，摸一摸，并说出自己的体会和想法。

   设计意图：学生通过简单的观察与体验，很容易联想到在宏观上看到的两颗青菜处于不同状态的原因，是因为植物细胞（微观上）发生了吸水或失水。此时教师便可顺利发问：植物细胞在什么条件下会吸水或失水？

（二）  新课教学

情景引入后，学生参考教材实验步骤，教师提醒学生思考几个实验相关的注意事项：（1）如何用镊子撕取洋葱鳞片叶外表皮？（2）首先在载玻片上滴加的应是哪种溶液？（3）盖盖玻片时应如何操作，才能防止气泡产生？（4）如何让装片上的细胞浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中？（5）观察的对象是什么？探讨过程中，教师加以必要的演示操作。

设计意图：本实验的操作过程书本有一定的叙述，但是对于如何制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片没有详细说明。而此实验中正确撕取薄且完整的表皮细胞是实验的成功的先决条件。学生在初中阶段学习过临时装片的制作，但时隔已久，很多细节已经忘记，这个时候需要教师进行相关提示。所以以问题的形式，共同探讨、突破障碍，学生有困惑的地方教师可进行操作演示。这样先进行理论学习再实战操作，能让实验更顺利地进行。

 

活动一、动手操作，进行实验

学生进行实验，教师巡视，并可作出必要的指导。实验时间15分钟左右，并要求学生将实验现象记录下来。

 

活动二、分析结果，讨论交流

各组之间可交换位置，观察其它小组的实验结果，并进行探讨分析。教师邀请两个大组的代表展示实验结果，并说明观察到的现象，最后达成一致，整理成表，如下：

观察指标	溶液
	0.3g/mL蔗糖溶液	清水
中央大液泡	颜色变深，体积变小	逐渐恢复原来大小
原生质层的位置	原生质层脱离细胞壁	原生质层逐渐恢复到原来位置
细胞大小	基本不变	基本不变

总结提问：（1）植物细胞在什么情况下失水？在什么情况下吸水？如果洋葱是在沸水中浸泡过一段时间，还会发生你所看到的现象吗？

（2）成熟植物细胞吸水与渗透装置吸水的原理有哪些相似点？（教师展示表格，学生填写）

（3）当红细胞细胞膜两侧溶液具有浓度差时，会发生质壁分离现象吗？为什么？

（继续完成表格）

（4）要观察到“质壁分离”现象，细胞需满足哪些条件？

表：成熟植物细胞吸水与渗透装置的属性比较

渗透装置		植物细胞		动物细胞
渗 透 条 件	半透膜	原生质层		细胞膜
	膜两侧 溶液 浓度差	膜两侧溶液		膜两侧溶液
		细胞液	外界溶液	细胞质	外界溶液

设计意图：这一环节的主要目的除了让学生能观察到植物细胞的质壁分离和复原的现象外，还要让学生理解植物细胞渗透吸水和失水的基本原理。通过将植物细胞和之前所学的渗透装置相对比，以表格的形式进行分析，这是一种类比推理的方法，推知“植物细胞的原生质层相当于一层半透膜”而实验现象与推理相吻合，恰恰证明了“植物细胞的原生质层相当于一层半透膜”，使学生能深入地理解植物细胞进行吸水的原理恰好是满足了渗透吸水的两大条件。再通过问题（3）与没有细胞壁的动物细胞对比，进一步理解细胞吸水和失水的原理。最后整理线索归纳要点，总结出问题（4）的答案。

 

活动三、设计实验，进一步探究

教师引导学生利用实验桌上提供的材料试剂，尝试确定探究课题，并围绕课题展开讨论，设计实验方案，再邀请代表交流各自成果。最后围绕“不同浓度的蔗糖溶液对植物细胞质壁分离和复原的影响”这一课题，共同设计出了记录表，如下：

蔗糖溶液	0.1g/mL	0.3g/mL	0.5g/mL	0.7g/mL
质壁分离程度
复原情况
细胞存活状态

设计意图：在完成教材实验后，设计了活动三中的自主探究，旨在培养学生的科学探索精神，同时学会利用浓度梯度。

   

四、教学反思

此实验选择洋葱作为实验材料，主要是因为洋葱鳞片叶外表皮细胞多为规则的长方形，细胞较大，液泡为紫色，便于观察。一开始撕取表皮时有一些学生遇到了困难，撕取的表皮不够薄，严重影响了观察，但是他们相互探讨学习，反复练习，最终大部分同学能熟练掌握制作洋葱鳞片叶外表皮细胞的临时装片。而选择0.1g/mL、0.3 g/mL、0.5g/mL、0.7 g/mL的蔗糖溶液，浓度梯度相对较大的，是为了使实验现象更易于区分。学生很容易发现在浓度大于0.5 g/mL时，植物细胞发生质壁分离的速度很快，一段时间后，再使用清水，质壁分离不能复原，说明细胞已死亡。学生就会思考到底在那个浓度范围内是观察植物细胞质壁分离的最适合的，这样探究就有了延续性。

所以这不是一个简单的体验性实验，而是一个能刺激学生探索知识，能让学生充分发挥创造性的综合性、设计性实验，切实以学生为主体，鼓励学生动脑、动手、动嘴。整个活动中教师对学生的实验方案的设计、实验结果的记录以及对实验结果的讨论分析都需要进行及时的指导和评价，这样有助于教学目标的顺利达成。