基于模型拓展的“次位概念”教學策略
——以“滲透作用”為例

黃 新

（江蘇省南通市通州區石港中學 江蘇南通 226300）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出“內容聚焦大概念”的教學理念。次位概念是抽象概括形成重要概念和大概念的基石，是構建知識框架的基本單位，是課堂教學的重點，如何突破次位概念是教師迫切需要關注的問題。無論是動物細胞還是成熟的植物細胞均可構成一個滲透系統，由于滲透過程中分子的運動在顯微鏡下不可見，學生對滲透作用的理解存在困難。下文將結合教學實踐進行闡述，以期為教師開展教學設計提供借鑒。

1 基于教材模型對滲透作用進行分析與拓展

為了幫助學生真正理解滲透作用的原理，更好地解答各類相關試題，教師對教材中滲透作用的模型進行分析至關重要（圖1）。在此基礎之上，教師應通過模型改編、創設系列問題等方式，引導學生積極思考。

圖1 滲透作用模型

教師結合教材經典模型展開教學，引導學生觀察現象并思考：為何一段時間后，漏斗液面會上升？圍繞問題的關鍵點，教師可設置問題串：①引起漏斗液面升高的物質是什么？②是不是水分子只能進入漏斗？③如何解釋漏斗內水分子數會增多而引起的液面升高呢？三個問題層層遞進，學生根據問題②可得出單位時間內透過半透膜進入漏斗的水分子數比滲出的多的緣由。

接著，教師可再次設置問題串：①為何單位時間內透過半透膜進入漏斗的水分子比滲出的多呢？②溶液的濃度與滲透壓大小有何關聯？③漏斗中液面會無限上升嗎？其原因是什么？對于問題①，教師可結合滲透壓的概念加以解釋：漏斗內溶質（蔗糖）的存在，可加大對水的吸收。據此，教師可引導學生得出結論：溶液濃度與滲透壓成正比，單位時間內進入漏斗的水分子多于進入燒杯的個數。對于水分子進出速度的變化，教師可設置引導性的問題串：①隨著水分進入漏斗，漏斗內溶液對水分子的吸引力發生什么變化？②內外液面差的增大對水分子進入燒杯的速率有何影響？基于這兩個問題，結合所學物理知識，學生能夠分析出液面不能無限上升的原因。

通過以上環節幫助學生掌握知識后，教師可以引導學生進行思維拓展訓練。教師追問：①液面差的大小與哪些因素有關？②達到平衡后，是否意味著膜兩側不存在濃度差？③液面達到平衡之后，半透膜的哪一側溶液濃度偏高？學生通過分析“蔗糖不能通過半透膜”，可得知上述問題的答案。

2 通過試題原創突破對滲透作用的理解

2.1 水分子進出半透膜速率及其對相關溶液濃度的影響

【例1】圖2中甲是滲透作用裝置示意圖，已知蔗糖不能穿過半透膜，圖3兩曲線圖的橫坐標代表時間，下列相關敘述不正確的是 （ ）

圖2 滲透作用裝置示意圖

圖3 與滲透作用有關的曲線

A.半透膜內溶液的濃度變化可用曲線乙表示

B.水分子由半透膜外進入半透膜內的速率變化可用曲線甲表示

C.玻璃管內的液面高度變化可用曲線乙表示

D.半透膜內外濃度差可用曲線甲表示

參考答案：A。

解析：據滲透壓概念可知，半透膜內屬于高滲溶液，燒杯內屬于低滲溶液，因此，水分子進入半透膜內的速度大于進入燒杯的速度。隨著水分的滲入，半透膜內溶液的濃度逐漸降低，內外濃度差越來越小，水分進入半透膜的速率越來越小，直至水分進出平衡，半透膜內液面高度不在上升。

2.2 可通過半透膜的溶質對兩側液面高度差的影響

在有些滲透系統中，部分溶質和水分子均可穿過半透膜，學生對該類復雜的情境存在理解困難。教師需要向學生展示整個動態過程，以幫助學生更好地理解現實生活中的滲透原理。

【例2】圖4中X、Y、Z分別為蒸餾水、質量分數為30%的葡萄糖溶液、質量分數為30%的淀粉溶液，且單糖能通過半透膜而二糖、多糖不能通過半透膜。下列相關敘述錯誤的是 （ ）

圖4 滲透系統示意圖

A.裝置A的現象是左側液面先下降后上升，最終左右液面持平

B.A裝置左右側替換為等量蔗糖溶液，左右側分別加入相等且適量的蔗糖酶、淀粉酶，左側液面逐漸上升，最后左側液面高于右側

C.裝置B燒杯中溶液液面下降的速率逐漸減緩

D.裝置B達到滲透平衡后，水分子向半透膜兩側擴散的速度相同

參考答案：B。

解析：對于裝置A而言，在起始階段右側是質量分數為30%的葡萄糖溶液，左側是蒸餾水，右側為高滲溶液，對水分子的吸引力較大，故單位時間內水分子向右側流動的數量遠大于流向對側。所以，右側液面逐漸升高，隨著葡萄糖向左側擴散，左側滲透壓逐漸升高，從而加速水分子向左側擴散，同時減慢了水分子向右側擴散的速率，最終導致左側液面開始上升。在此過程中，教師設問：單糖和水分子均可通過半透膜，那為何在一定時間內會存在這樣的濃度差？學生根據分子大小的不同，分析出相關原因，從而為半透膜兩側具有不同大小分子的擴散速率存在差異做好鋪墊。教師引導學生解決兩個問題：①蔗糖酶水解蔗糖后所引起左側滲透壓變化情況如何？②平衡之后生成單糖在膜兩側濃度的大小有何關聯？學生明晰這兩個問題，即可明確選項B錯誤的原因：平衡之后，右側液面高于左側。

2.3 對教材滲透裝置模型的拓展研究

利用較為復雜的情景，考查學生綜合運用能力，一直是新高考的改革的終極目標。研究教材模型有助于更好地輔助學生理解滲透原理。

【例3】圖5為滲透實驗裝置示意圖，蔗糖不能透過半透膜，滲透平衡時燒杯中液面高度為，漏斗中液面高度為，液面差為。下列有關敘述正確的是 （ ）

圖5 滲透實驗裝置示意圖

A.若向燒杯中滴入清水，則重新平衡時將增大

B.若向漏斗中滴入清水，則重新平衡時將增大

C.若向漏斗中加入蔗糖分子，則重新平衡時保持不變

D.把段內的液體吸出后，重新平衡時將減小

參考答案：D。

解析：液面差的大小取決于內外濃度差，而且與濃度差成正比，故分別向漏斗內加入清水、蔗糖分子時，漏斗內溶液滲透壓分別降低和升高，最終導致值分別減小、增大。吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液，液面由于滲透作用會繼續上升，上升的時候將漏斗的溶液稀釋，滲透壓下降，因此減小；但若向燒杯中滴加清水，短時間內導致減小，打破了漏斗內滲透壓對水分子吸引力與液面差產生水壓對水分子外排的平衡，水分子則會更多地進入漏斗，使增大，維持新的平衡，與原來相比，漏斗內水分增加，致使漏斗內滲透壓降低，故液面差也隨之減少。

2.4 對教材滲透原理的應用研究

學生將概念應用到實踐中去，學會用概念解釋生物學現象、解決實際生活中的生物學問題，有助于形成生物學學科的價值觀念、必備品格與關鍵能力。

【例4】將紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞放入一定濃度的NaCl溶液中，發現其原生質體（即植物細胞中細胞壁以內的部分）的體積變化趨勢如圖6所示。下列敘述正確的是 （ ）

圖6 原生質體體積變化趨勢圖

A.0～2 h內，細胞吸水能力逐漸變小

B.2～4 h內，NaCl通過細胞膜進入細胞

C.4 h時，NaCl溶液的濃度等于洋蔥細胞液的濃度

D.原點處，NaCl溶液的濃度大于洋蔥細胞液的濃度

參考答案：D。

解析：如圖6所示，紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞先發生質壁分離，后自動復原。教師提出問題：發生這種現象的前提條件是什么？引導學生明確此現象發生的外在必要條件：具有適宜濃度的可被細胞吸收的外界溶液，適宜濃度是關鍵。教師還可以就此引導學生展開分析：0～2 h內，細胞處于失水的過程，細胞液濃度逐漸升高，濃度的變化，有細胞液原溶質濃度的升高，也存在NaCl被細胞吸收進入的過程，在該時間內，發生質壁分離的過程，此時細胞液濃度小于外界溶液。2～4 h內，原生質體的體積逐漸增大，最終恢復原狀，屬于質壁分離復原的過程，此時細胞液濃度大于外界溶液。2 h時，二者濃度相同。完全復原的4 h時，由于存在細胞壁伸縮性較小的限制，原生質體的體積無法進一步增大，但存在繼續增的趨勢，因此，此時刻NaCl溶液的濃度小于洋蔥細胞液的濃度。

高中生物學課程已經進入核心素養時代，“大概念”教學的研究刻不容緩。教師只有在教學中引導學生一步一個腳印地理解各個次位概念，學科核心素養才能真正地在課堂中落地生根。