物质跨膜运输的方式 [对“物质的跨膜运输”教学的探讨]

　　文件编号：1003―7586(2010)07―0035―02 　　摘要 以“物质的跨膜运输”的教学为例，结合探究植物细胞结构和功能的统一的问题，探讨了高中生物课中探究性学习的方式及其意义，力图通过实施具有科学研究价值的探究性学习过程，提高学生进行科学实验和科学思维的能力，促进学生学习方式的改变。
　　关键词 生物学教学　跨膜运输　教学探讨
　　中图分类号：633.91
　　文献标识码B
　　
　　细胞结构和功能的统一是生物学理论的基本观点之一，认识细胞结构和功能的统一性，是形成辩证唯物主义自然观的基础。物质进出细胞的方式是高中生物知识中的基础内容。如何在教学中实践课标理念，帮助学生理解科学过程和本质?笔者在“物质的跨膜运输”的教学中，引导学生从“探究植物细胞结构和功能的统一”的课题人手，以水分子和蔗糖分子的跨膜运输方式为具体的探究内容，试图通过丰富的过程性体验，提升学生对有关实验的科学价值的认识，改变学生的学习方式。1教学内容建构体现由未知到获知的过程
　　在新课程下，教师不仅是教材的使用者，更是教材的建设者。在各版本的教材中，观察细胞质壁分离和复原的实验一般是安排在学习物质的跨膜运输方式之后，作为验证性实验开设。笔者在教学实践中突出学习过程的探究性，引导学生经历由未知到获知、由现象到本质的过程性探讨，使学生通过实验不仅学习了物质跨膜运输的知识，还学习了在实验中获取科学知识和进行科学思考的方法。
　　教学中教师以“探究物质的跨膜运输方式”为具体教学内容的中心，以学生当前的知识水平和课程背景为设置问题的基础，在“探究植物细胞结构和功能的统一”课题下，体现科学方法和科学思想的统一。在学生活动前，师生共同分析动物细胞和植物细胞在结构和功能上的差异，特别是识别再认细胞中的生物膜系统，说明物质的跨膜运输既具有普遍性，又因不同的膜而有特殊性，在探讨物质进出细胞的方式中，体现细胞的结构和功能统一的思想。
　　探讨影响植物细胞发生质壁分离和复原的因素，分析实现物质跨膜运输的条件，探究水分子跨膜运输和蔗糖分子跨膜运输的方式等，从教师教学的环节看，是根据教学内容预设问题和实验，引导学生学习完成教学目标。而从学生学习的过程看，这就是一个由提出问题开始的探究活动，是一个解决问题的科学研究过程，是创造知识和形成能力的过程。学生提出了各种问题，有些问题貌似简单，有些问题在提出时可能还不很确定，而教师应该相信，在每个问题提出前，都曾被学生反复酝酿斟酌，是基于原有知识积淀的探寻。
　　
　　2　实验材料选择体现结构和功能统一的普遍规律
　　
　　选择适当的实验材料，对于实现教学目标非常重要。在教材中，一般以洋葱表皮细胞作为实验材料，说明水分子跨膜运输与细胞内外溶液渗透压差有关，同时说明蔗糖分子不能通过跨膜运输进入洋葱表皮细胞。除了洋葱表皮细胞，选择其他植物作为实验材料，对于学生形成细胞结构和功能统一的观念具有积极的意义。
　　具体选择实验材料时，教师需要考虑：如果选择的实验材料学生不熟悉，会增加实验以外的负担；如果实验材料不便于操作，会增加实验的难度。由于利用黑藻观察叶绿体和细胞质流动的实验刚刚结束，学生对黑藻比较熟悉，黑藻的叶结构比较简单，一般绿色部分只有3-4层细胞构成，是观察实验的好材料。实验材料种类的增加，使实验中的变量复杂化了，学生的问题增多了，增强了学习过程的探究性。结合黑藻细胞在不同浓度的蔗糖溶液的变化情况，学生对洋葱表皮细胞中发生质壁分离和复原现象的讨论，就不再局限于现象本身了，因为学生看到了一个存在于植物细胞的普遍现象，在观察到的现象的启发下，已经感悟到植物细胞的质壁分离和复原的普遍意义。
　　在真正的研究中，学生会发现许多问题。例如：为什么在同样浓度的蔗糖溶液中，不同部位的洋葱表皮细胞的反应不同，黑藻细胞和洋葱表皮细胞的反应也不相同?怎样解释在不同浓度的蔗糖溶液中，黑藻细胞和洋葱表皮细胞发生的反应?通过分析实验现象，不仅说明不同物质跨膜运输方式可能不同，还在实验中意外地“发现”了测定细胞液浓度的方法，真实地体验了科学探究的过程。
　　
　　3　学习实验过程体现观察发现和思考领悟的科学探究过程
　　
　　高中课标指出：每个探究活动应有学生未知答案的问题。在本课的探究活动中，由于配制了3种质量分数的蔗糖溶液、提供了黑藻和洋葱鳞片叶两种植物材料，而不同部位的洋葱鳞片叶的细胞液浓度也有差异，为学生的问题解决过程创设了未知的条件，为探究发现提供了比较广阔的认知背景。学生实验探究过程简述如下。
　　①提出问题。
　　学生分析教材列表中动物细胞在低渗、等渗和高渗溶液中的形态变化，结合探究植物细胞结构和功能统一的学习要求，思考影响细胞跨膜运输的因素，初步考虑细胞结构和细胞内外溶液的浓度差(渗透压差)的关系。学生根据教师和课文提供的信息，初步提出自己的研究问题。
　　②作出假设。
　　教师要引导学生确认自己提出的研究问题，并作出相应的假设。保证每个学生都是在有问题的情况下进行学习，并且问题确实与教学目标一致。
　　③设计实验。
　　教师建议学生利用提供的实验材料和试剂设计实验，并交流实验设计方案。三种质量分数的蔗糖溶液为0.15g／mL、0.3g／mL、0.5g／mL；清水；洋葱鳞片叶、黑藻等：
　　④实施实验。
　　制作临时玻片标本，运用引流法进行实验，在高倍镜下观察细胞的变化。教师建议学生实验时，依蔗糖溶液由0.5g／mL、0.3g／mL、0.15g／mL至清水的梯度顺序进行实验，及时判断细胞是否发生了质壁分离，思考发生了质壁分离的细胞在什么条件下复原，并进行相应的操作。确认发生变化时细胞外液的溶液浓度。记录实验结果。
　　⑤分析实验结果。
　　水分子的跨膜运输受到细胞液和细胞外溶液浓度的影响。由于实验过程表明，细胞发生的质壁分离或复原现象与水分子进出细胞有关，故推测，蔗糖分子可能不能进入细胞。
　　⑥得出结论。
　　植物细胞的结构与功能具有统一性。影响水分子跨膜运输的因素：存在细胞膜(原生质层)和细胞膜两侧溶液的浓度差；蔗糖分子的跨膜运输方式与水分子不同，需要进一步探究。
　　⑦进一步探究。
　　各种不同物质的跨膜运输方式有什么不同?蔗糖分子的跨膜运输方式究竟是怎样的?以新问题结束课时，激发学生进一步探究物质跨膜运输的方式的学习热情。
　　在实验中，有学生发现0.15／mL的蔗糖溶液最接近洋葱外侧鳞片叶的细胞液浓度；有的学生用位于洋葱鳞茎内部的鳞片叶实验时，反映在用0.3g／mL的蔗糖溶液处理时，细胞不发生质壁分离，而在用0.15g／mL的蔗糖溶液处理时，还出现了细胞膨胀、液泡变大的现象，并推测此处细胞液浓度较高。学生发现黑藻细胞在0.3g／mL的蔗糖溶液中，很快发生质壁分离。这些发现，实际上更加具体地说明了植物细胞结构和功能统一性的问题。
　　探究过程的真实性，揭示了生物学科知识必须与生产实践相联系的事实。学生在实验结果讨论时提出，可能由于实验所用的洋葱品质不同，细胞中所含物质的量有一定差异，或洋葱经过一段时间存放。细胞本身含水量减少，导致细胞液浓度相对增加。涉及了良种生产和果蔬储存的问题；有些学生根据自己接触洋葱后手上留下的物质粘稠情况推测，洋葱鳞片叶的细胞液浓度确实是不同的，得出同样用洋葱鳞片叶作为实验材料，实验结果可能不同的结论。
　　在探究性学习中，由于实验现象和结果的复杂性和多样性，需要教师引导学生对实验过程进行细致的分析，排除各种因素的干扰，比较得出具有普遍性意义的结论。教师还需要通过不断的学习和实验，提高自身把握探究活动进程的能力，使学生在探究性学习中不断地得到发展。