备课素材：“物质的输入和输出”复习的情境设计--高一上学期生物人教版必修1

“物质的输入和输出”复习的情境设计 复习“物质进的输入和输出”，可应用BBc《生命》纪录片中关于“气生植物”的片段作为主线情境。记录片片段中介绍了气生植物(附生植物)的生存策略，描述了气生植物生长在一直沐浴阳光的树干上，根部远离土壤的现象。适应于更好地生存，气生植物的根部有非常惊人的吸水能力，同时还会收集落叶，作为自己的专属堆肥。运用这个主线情境，展开一系列围绕该主线情境的小情境(图1)进行复习。1.课堂主线情境的形成在本节复习课之前，学生已经完成了“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”这个大概念的复习，充分认识了细胞的结构。必修1第二个大概念“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”主要是描述细胞适应于生存所具备的各种功能。本节课的复习内容是围绕物质进出细胞的方式展开，该过程实际上是在为细胞能够正常代谢提供物质基础，也是支撑第二个大概念的重要概念。当学生在脑海中明确本节复习课知识的大框架位置后，教师引导学生回忆：完成正常的生命活动，细胞会从外界吸收哪些物质和排出哪些废物，运输的方式有哪些，生物适应于更好地吸收物质可能会有哪些策略等问题，由此引出纪录片片段。在播放记录片前，要求在观看时进行思考：①纪录片中的气生植物的生存策略是什么；②它主要从外界得到了哪些物质。在观看完纪录片后，学生通过从影片中获得的信息，了解到这些气生植物从生存策略上选择了长在高高的树干上接受阳光，但却远离了土壤，所以要更多地吸收空气中的水分和来自落叶分解的营养物质才能生存下去，以此形成本节课的主线情境——气生植物的生存策略：能够接受到强烈的阳光，吸水能力强，并为自身堆积肥料。2.围绕主线情境的小情境的形成气生植物的生存策略是：选择离阳光近来提升光合作用强度，但却远离土壤加大了对水分和无机盐吸收的难度，所以它必须有新的策略来提升自己的吸水能力和得到无机盐的机会。“气生植物如何提高吸水能力，影响无机盐的吸收的条件有哪些，当植物获得这些物质通过代谢保证生长的过程中，细胞内的大分子成分如何进出细胞”这三个问题是在主线情境下，教师引导学生在复习相关内容后，运用所学知识来探究的小情境问题。2．1气生植物如何解决远离土壤吸水难的问题基于这个小情境，教师先引导学生进行知识内容的复习，让学生总结细胞吸水和失水的原理以及细胞吸水和失水的结构基础。学生通过讨论前两个问题回忆和复习渗透作用、质膜的选择透过性、动植物细胞失水和吸水的结构基础等知识，最终总结细胞吸水和失水的原理和结构基础，为探究植物细胞的吸水能力打好知识基础。在以上知识内容复习的基础上，引出植物细胞如何增强吸水能力的问题，让学生进行思考和讨论。在讨论中，学生会应用到刚才所复习的内容，并得出一些基于知识的假设，如植物的根细胞细胞液浓度高、植物根细胞中含有大量亲水性物质等。然后教师再引导学生来做出相应的能够证明这些假设的探究实验设计。这些设计是为了让学生基于刚才的假设，结合教材实验可以进行不同的实验设计，并预测实验结果和对应的实验结论，在此过程中增强对自然现象的好奇心和求知欲，达到培养学生科学探究素养的目的。在学生完成实验设计后，教师展示总结学生的探究实验方案，从中提取出探究实验的基本思路和方法，查漏补缺，最终形成一套科学的探究思路。随后教师出示两道与探究植物吸水能力相关的探究实验的例题，巩固刚才复习的内容。例1.将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组(每组的细条数相等)，取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则A．实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高B．浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组c．a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组D．使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0．4～0．5 moL／L之间答案解析：实验前长度／实验后长度的比值为1时，水分进出细胞达到平衡；比值小于1表明细胞吸水，且比值越小花冠吸水越多，则吸水量a>b>c；比值大于l表明细胞失水，且比值越大，花冠失水越多，则失水量d<e<f。据图可推知a组吸水多于b组，因此实验后a组细胞液中溶质浓度低于b组，故A选项错误；比值小于1表明细胞吸水，则b组细胞吸水；比值大于l表明细胞失水，则f组细胞失水，因此浸泡导致f组细胞中液泡的失水量>b组，故B选项错误；水分子进出细胞的方式是自由扩散，不消耗能量，故c选项错误；由c组吸水，d组失水知细条细胞液浓度介于0．4一O．5 moL／L之间，故D选项正确。故选：D。例2.将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是A．0～4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内B．0～l h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等C．2～3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D．0～1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压答案解析：曲线中原生质体的体积先减小后增大，说明发生了质壁分离和复原，开始时细胞外浓度高，细胞内浓度低，所以水向外流，原生质体的体积减小；既然可以发生复原，说明物质A可能进入细胞，使细胞内的浓度大于细胞外的浓度，故A项错误；该细胞含有细胞壁，细胞壁的伸缩性比原生质层小、体积变化量不相同，故B项错误；2～3 h时原生质体的体积呈上升趋势，逐渐接近原体积，细胞吸水，此时细胞内液的渗透压大于外界渗透压，故c项正确；0～1 h内细胞原生质体体积下降，细胞失水，此时细胞质基质在外层，所以细胞质基质先失水，渗透压上升，这时液泡的渗透压小于细胞质基质渗透压，水分才会持续向外流失，故D项错误。综上所述，本题正确答案为c。2．2气生植物为何要在根部堆肥基于这个小情境，教师通过提问引导学生先对细胞吸收无机盐的相关知识进行复习和总结。然后引导学生思考气生植物根部堆肥现象对于植物的生长有何好处，这些堆肥给植物提供了哪些营养物质，植物还需要什么营养物质等问题，最后让学生判断这些物质如何进人植物细胞中。这样设计是为了引导学生建立“生物需要从外界获得营养物质，而这些营养物质需要先被分解成小分子才能吸收，同时不同的物质吸收方式不同”的概念。再引导学生对营养物质的种类进行归纳，并复习小分子物质进出细胞的方式。通过这个情境，让学生主动思考植物吸收营养物质的方式，并联系细胞的结构基础以及结构与功能之间的关系，加深对物质进出细胞的理解。在完成对小分子物质进出细胞的方式的归纳复习后，给学生抛出“如何证明这些营养物质是按照同学们刚才归纳的方法进入细胞”的这个问题，请学生按照探究实验的思路进行实验设计。这样设计，一方面让学生加深刚刚复习过的探究实验的设计思路，另一方面学生在设计实验时，会应用到刚才复习的知识比较各种运输方式之间的区别，从而确定自变量，思考外界条件对这些物质运输方式的影响，进一步细化发展学生的科学探究素养。在学生设计完成后，教师展示总结学生的探究实验方案，对实验的可行性进行评价，提炼出相应实验的自变量和因变量，总结出外界环境对这些运输方式的影响。最后教师出示与植物根吸收营养物质方式的探究实验相关的高考真题，以巩固刚才复习的内容。例3.将三组生理状态相同的某植物幼根分别培养在含有相同培养液的密闭培养瓶中，一段时间后，测定根吸收某一矿质元素离子的量。培养条件及实验结果见下表：下列分析正确的是(    )。A．有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收B．该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化无关c．氮气环境中该植物幼根细胞吸收该离子不消耗ATPD．与空气相比，氮气环境有利于该植物幼根对该离子的吸收答案解析：通过第一组和第二组的对比，在温度相同的条件下，含有氧气的一组离子相对吸收量更高，因此说明有氧条件有利于该植物幼根对该离子的吸收，故A项正确、D项错误。通过第一组和第三组的对比，在气体成分相同的条件下，温度高的一组离子相对吸收量更高，因此说明该植物幼根对该离子的吸收与温度的变化有关，故B项错误。植物幼根吸收矿质元素离子的方式为主动运输，需要消耗ATP，故c项错误。综上所述，本题正确答案为A。2．3植物生长中的大分子物质如何运出细胞这个小情境的引出是基于教师的提问，结合纪录片中气生植物在自己成功的生存策略中最终开花繁殖的现象，告知学生植物接受花粉后，花粉管快速生长，产生的细胞壁前体物质和细胞膜是在细胞内合成的，而细胞壁却在原生质体外，进而向学生抛出“这些大分子物质如何运出细胞，这种运输方式的结构基础是什么”等问题。这样设计的目的是通过让学生思考这些问题，引导学生先进行相关知识内容的复习，总结归纳大分子物质进出细胞的方式和结构基础，再运用这些知识理解和解释科学家的实验。在复习完相关内容后，教师请学生阅读相关材料：资料l：花粉萌发和花粉管生长是高等植物有性生殖过程中非常重要而又十分复杂的生物学事件，受多种因素严格的时空调节。胞吞胞吐作用在花粉管极性生长的维持中具有非常重要的作用。胞吐作用为花粉管生长提供必需的细胞壁前体物质和细胞膜，而胞吞作用则回收细胞质膜上多余的膜结构。但是目前对于花粉管中胞吞胞吐的位点仍存在争议。资料2：百合花粉接种后经一个短暂的迟滞期后即开始萌发。花粉培养2 h左右后，往培养基中加入2．5仙g／mL(终浓度)FM4—64(一种荧光染料)，并随即置zeiss5“ve激光共聚焦显微镜下观察。结果发现，FM4—64加入培养液中约20 s左右，花粉管细胞膜上就能够观察到明亮的荧光。随着时间的延长，荧光物质不断从花粉管最顶端进入到花粉管细胞质，并于60 s左右在花粉管的顶端呈倒锥形分布模式。资料3：科学家利用GFP(绿色荧光蛋白)标记通过胞吐作用分泌到细胞膜的类受体蛋白(RLK)，发现RLK主要分布于花粉管顶端，因此他们认为胞吐作用发生在花粉管顶端。资料4：科学家利用酯化果胶(细胞壁前体物质)的单克隆抗体和荧光染料检测花粉管中酯化果胶的分布模式。代表酯化果胶的荧光信号主要集中分布于花粉管最顶端5～10仙m范围内，并且从花粉管最顶端向基部急剧下降，说明正常生长的花粉管中，酯化果胶主要分布于花粉管的顶端。学生阅读材料后，讨论并回答：①植物花粉管生长时有哪些物质进行运输，这些物质的运输方式是什么；②科学家的探究目的是什么，用了什么方法来进行探究。这个过程不但加深对于胞吞胞吐相关知识的认识，也体验到了真实探究实验中的实验思路。随后教师总结学生的回答，鼓励学生学习科学家对生命现象和生命活动规律的探索精神。最后，以气生植物的生存策略为引，回顾整节课中关于它远离土壤依旧能够很好生存的生命现象进行系统的解释，同时引出这些物质进出细胞的方式中很多都离不开能量，为下一个专题复习埋下伏笔。反思:在本节课利用主线情境引导学生进行探究的过程中，第一个小情境相对较为简单，学生可以参考教材中的探究实验完成设计思路，重点在于帮助学生建立科学合理的探究实验思路。第二个小情境在没有复习影响物质进出细胞的外界条件的基础上展开，学生不但要自己从知识中梳理出清晰的影响条件，还要准确地找出自变量和因变量进行实验设计，难度较高。第三个小情境随着问题的逐步推进，学生越来越接近知识的前沿，让学生通过资料“参与探究”，了解科学家的思路，模仿科学家的探究活动，从而使他们能够学习并参与触及前沿问题，为学生带来更多关于生命现象的思。这个过程在启发学生关注知识的同时，更关注知识的来源，让学生体验目标清晰思路完整的学习经历和探究过程，从而达到培养学生“科学探究”素养的目的。