用問題串深化“滲透作用”概念的探究式教學(xué)

閆計(jì)春

(西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué) 蘇州 215021)

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，而概念教學(xué)能夠反映生物學(xué)現(xiàn)象和生物過程的本質(zhì)，同時(shí)也是提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要手段。劉恩山教授認(rèn)為：“生物學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵是概念教學(xué)”，故教師在教學(xué)過程中要能夠以生為本，通過創(chuàng)設(shè)情境提供素材、分析素材建構(gòu)模型、適當(dāng)探究深化概念、繼續(xù)探究總結(jié)概念、鞏固概念培養(yǎng)素養(yǎng)這幾個(gè)環(huán)節(jié)突破教學(xué)重難點(diǎn)，從而達(dá)到提高學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)的目的。筆者以“滲透作用的實(shí)例——水分子的跨膜運(yùn)輸”為例，闡釋如何利用問題串和探究實(shí)驗(yàn)深化概念教學(xué)。

1 創(chuàng)設(shè)情境 提供素材

導(dǎo)入過程： 觀看細(xì)胞圖片，請(qǐng)學(xué)生思考： 營養(yǎng)物質(zhì)，代謝廢物，病毒、病菌等有害物質(zhì)，細(xì)胞內(nèi)的重要成分，細(xì)胞分泌物(抗體、激素)等哪些可以進(jìn)入細(xì)胞，哪些可以從細(xì)胞中出來？它體現(xiàn)了細(xì)胞膜的什么特性？在學(xué)生回答體現(xiàn)“細(xì)胞膜的選擇透過性”后，教師再拋出問題： 那么水和其他物質(zhì)是如何進(jìn)出細(xì)胞的呢？引出本節(jié)課的課題。

2 分析素材 構(gòu)建模型

展示課前30 min制作的甲、乙、丙三套滲透裝置(表1)圖片，讓學(xué)生觀察漏斗內(nèi)液面高度和燒杯內(nèi)溶液顏色變化并思考： ①甲乙兩組對(duì)照得出什么結(jié)論？②甲丙兩組對(duì)照得出什么結(jié)論？③通過對(duì)滲透現(xiàn)象的觀察總結(jié)出發(fā)生滲透作用的兩個(gè)條件是什么？由此構(gòu)建滲透作用的模型(即需要半透膜，半透膜兩側(cè)的溶液存在濃度差)。繼而教師通過展示物質(zhì)穿過半透膜時(shí)的動(dòng)畫總結(jié)出半透膜的概念： 是指有些物質(zhì)(如水分子)可以通過、有些物質(zhì)(如蔗糖分子)不能通過的多孔性薄膜(如： 玻璃紙,膀胱膜、卵殼膜)。接著讓學(xué)生繼續(xù)思考： ①水分子的移動(dòng)方向；②從蔗糖溶液的濃度角度考慮，水分子的移動(dòng)方向是怎樣的？③漏斗管內(nèi)的液面會(huì)無限升高嗎？④當(dāng)漏斗內(nèi)的液面不再升高時(shí)，內(nèi)外濃度是否相等，為什么？⑤如燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，結(jié)果會(huì)怎樣？⑥如何讓漏斗管內(nèi)的液面下降呢？通過這幾個(gè)問題串深化學(xué)生對(duì)滲透作用概念的理解。

表1 三套不同的滲透裝置

PPT展示哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的失水和吸水圖片，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比推理的方法構(gòu)建動(dòng)物細(xì)胞滲透作用模型，并提出問題： 動(dòng)物細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)相當(dāng)于半透膜？欲判斷其能否發(fā)生滲透作用，應(yīng)比較哪兩者之間的濃度差？

3 實(shí)驗(yàn)探究 深化概念

3.1 提出問題 作出假設(shè) 在探究植物細(xì)胞的吸水和失水時(shí)，聯(lián)系生活展示糖拌番茄的盤子里有很多水，在干旱的季節(jié)里菜農(nóng)向蔬菜澆水以維持葉片的堅(jiān)挺，引起學(xué)生思維沖突，激發(fā)他們探究的熱情，同時(shí)教師提出問題： 在這兩個(gè)生活實(shí)例中，植物細(xì)胞是否發(fā)生滲透作用了呢？如果發(fā)生了，那么植物細(xì)胞的哪個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于半透膜呢？與此同時(shí)教師展示直接目的是促進(jìn)學(xué)生理性思維能力提升，進(jìn)而促進(jìn)其學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成。然而該方法一定要強(qiáng)調(diào)分析路徑的準(zhǔn)確性與達(dá)成的可行性，否則會(huì)造成學(xué)生分析不到位，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤。

例如，2018年浙江4月選考第31題(題目略)，很多學(xué)生在分析題干中基本數(shù)據(jù)后，提出假設(shè)： ①控制有眼與無眼的基因位于X染色體；②控制有眼與無眼的基因位于Z染色體。進(jìn)行推理后發(fā)現(xiàn)假設(shè)②能夠與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，而高考卷批閱時(shí)，該部分學(xué)生卻未獲得相應(yīng)分?jǐn)?shù)，主要原因是ZW型性別決定不屬于高考考查范圍，正確的假設(shè)應(yīng)是“控制有眼與無眼的基因位于X、 Y染色體(即位于同源區(qū)段)”。可見，教師既要注重學(xué)生能力的拓展與延伸，又要注意“演繹與推理”方向的準(zhǔn)確性。

植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖片，學(xué)生思考討論并作出假設(shè)： ①細(xì)胞壁相當(dāng)于半透膜；②原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜。那么到底哪個(gè)假設(shè)正確呢？需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)來證明。

3.2 設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn) 材料用具： 顯微鏡、載玻片、蓋玻片等，紫色洋蔥鱗片葉內(nèi)外表皮、黑藻葉片、質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液、加有伊紅(植物細(xì)胞不吸收的紅色染料)的0.3 g/mL蔗糖溶液、清水等。實(shí)驗(yàn)過程及部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

3.3 結(jié)果分析 由于正常情況下伊紅染料不能通過半透膜，組別2、 4的細(xì)胞壁與原生質(zhì)層之間的顏色為紅色，說明了伊紅染料穿過細(xì)胞壁進(jìn)入了細(xì)胞壁與細(xì)胞膜之間的區(qū)域，同時(shí)結(jié)合教材相關(guān)信息得知細(xì)胞壁具有全透性，因此可以得出結(jié)論細(xì)胞壁不相當(dāng)于半透膜；在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中細(xì)胞大小基本不變，液泡體積變小，由于細(xì)胞膜和液泡膜都是半透膜，因此可以把細(xì)胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)當(dāng)做一層半透膜來看待。

表2 實(shí)驗(yàn)過程及部分結(jié)果

4 繼續(xù)探究 總結(jié)概念

通常，液泡有顏色的細(xì)胞被作為觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)材料,那么是不是液泡沒有顏色的細(xì)胞就不能用于該實(shí)驗(yàn)?zāi)?其他有顏色的植物材料可以嗎？在課堂上，教師讓學(xué)生分組選擇金邊黃楊、小葉女貞、吊竹梅、紫背萬年青、馬齒莧、鴨趾草、底部外表皮是紫色的大蒜頭、紅花檵木等植物表皮細(xì)胞。按教材上步驟進(jìn)行操作，分別觀察植物失水和吸水的情況。

通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： 吊竹梅、馬齒莧、苔蘚葉、鴨趾草、底部外表皮是紫色的大蒜頭等植物表皮細(xì)胞，都可用作觀察質(zhì)壁分離與復(fù)原的材料，且效果較好。

5 鞏固概念 培育素養(yǎng)

繼續(xù)提出問題串： ①植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí)，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜之間充滿的液體是什么？②能否用無色的洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞代替紫色洋蔥外表皮？③如果沒有細(xì)胞壁，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有什么不同？④如果開始使用了1.0 g/mL的蔗糖溶液，很快就觀察到了質(zhì)壁分離，但后來加清水為何不能使細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原？⑤如果實(shí)驗(yàn)中用的是細(xì)胞核大，細(xì)胞質(zhì)濃，無液泡但具有很強(qiáng)分裂能力的分生區(qū)細(xì)胞，則會(huì)發(fā)生什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？⑥植物細(xì)胞膜上有鈉鉀泵，它能夠?qū)⑩涬x子泵入細(xì)胞，液泡膜上有鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，能將鉀離子泵入液泡內(nèi)。如果用0.3 g/mL的KNO3溶液處理成熟的植物細(xì)胞，則會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？

設(shè)置問題1、 2、 3可以鞏固本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容；問題4答案是外界溶液濃度過大，細(xì)胞會(huì)因失水過多而死亡。讓學(xué)生理解細(xì)胞也是有生命的，利于培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念和社會(huì)責(zé)任；問題5和6有利于學(xué)生形成科學(xué)思維的理性思維習(xí)慣，并對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行科學(xué)探究的能力。

6 教學(xué)反思

這是一節(jié)探究式教學(xué)課，遵循教材論，但又不拘泥于教材。在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過問題串，結(jié)合課件及探究實(shí)驗(yàn)，先構(gòu)建模型，然后拋出問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行繼續(xù)探究實(shí)驗(yàn)，既深化了概念又培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)，達(dá)到了教學(xué)目的。由于這是高中階段的第一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在如何提出問題、作出假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)都還存在很多問題，有的學(xué)生沒有能夠完成最后一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，希望在以后的教學(xué)中繼續(xù)改進(jìn)。