(三)探究植物细胞的吸水和失水

植物细胞的情况比动物细胞要复杂一些，所以大家一起来进行探究，分四个小组进行比赛。

小组把讨论结果记录在探究报告上。

1.提出问题

课件展示两则生活实例及成熟的植物细胞与动物细胞图：

(1)用盐腌萝卜时会有水渗出，同时萝卜的体积会减少。

(2)置于空气中刚刚萎蔫的白菜叶片置于清水中又变得硬挺。

(上述两则实例是学生常见的，又能代表两个侧面──吸水和失水。)

这与细胞的结构有什么关系?(从现象联想到细胞。)

对比动植物细胞图：成熟的植物细胞具有大的中央液泡将细胞质挤成一薄层，这一薄层称为原生质层，分析原生质层。细胞内的液体环境主要是细胞液。水分进出植物细胞必须通过原生质层和细胞壁。

根据上述现象和细胞图，提出你想探究的问题，然后与本小组同学交流，讨论哪个问题更具有探究的价值。

学生提出了许多有价值的问题，如：

(1)植物细胞会出现失水和吸水的情况吗?(较肤浅。)

(2)植物细胞在什么情况下会失水和吸水?(比较有探究价值，下节完成。)

(3)原生质层是否相当于一层半透膜?(更能反应本质问题。)

(4)细胞壁相当于半透膜吗?(科学性不强。)

经过讨论，大家觉得第3个问题更具有探究的价值，因为此问题能解决学生提出的其他问题。

2.作出假设：原生质层相当于一层半透膜

根据实验现象和有关知识提出的假说要有一定的科学依据，说出这样假设的理由。

植物细胞膜和液泡膜都是生物膜，它们具有与红细胞的细胞膜基本相同的化学组成和结构，这两层膜之间的细胞质被中央液泡挤成一薄层。植物细胞的吸水失水和红细胞相似。

假说是否正确，需要实验来检验。

3.设计实验

这是科学探究中最重要，也是最困难的一步，可充分展示学生的才华。根据探究报告上的提示引导学生步步完成。

(1)要观察的现象：液泡和细胞体积、大小的变化以及原生质层的位置。

(2)使用观察工具：原生质层等是细胞层次的结构，要观察它，我们必须借助什么工具?

(3)应选择的材料：选择带有颜色的细胞，更容易观察到现象的存在。这样的材料在我们生活中很常见──紫色洋葱，也可选用新鲜的水绵、黑藻等，但需染色。

(4)选择外界溶液：考虑两点:①溶液是否有毒;②溶液浓度大小。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不可用，蔗糖溶液、食盐溶液都可用，本实验用0.3 g/mL的蔗糖溶液效果最佳。

(5)设计思路：以小组为单位讨论实验方案，然后进行交流。有些小组的设计不够严密，可以在大家讨论的基础上加以修改完善，最后拿出一个可行的方案。

将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察细胞和液泡大小的变化;再浸润在清水中，观察其大小的变化。

4.预测结果

假如原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由通过，而蔗糖分子不能通过，那么在蔗糖溶液中植物细胞失水，中央液泡会缩小，细胞皱缩;在清水中植物细胞吸水，液泡将会变大，细胞膨胀。

5.进行实验

学生根据设计方案进行操作，教师巡回指导。

6.分析结果(Flash演示失水和吸水的动态变化)

由小组交流实验结果：中央液泡大小、原生质层的位置、细胞大小。学生填表。

有些学生的实验比较成功，能明显观察到实验预期的现象，把好的装片作为示范，有的学生观察不到现象，也有学生能很快观察到质壁分离，复原的现象不太明显。针对实验中出现的情况，讨论下列问题，培养学生求实的科学态度，提高解决问题的能力。

问题(1)：如果有的结果与你的预期不吻合，说明你的假设不成立吗?应当如何解释?(这样的问题不一定非要有明确的答案，主要是通过问题，引起学生的反思。强调实验设计方案必须有可重复性和易操作性。)

自己的实验现象不明显，可能的原因是什么──是表皮细胞被撕碎或撕得太厚了，是装片中存在气泡，还是换溶液时换得不够彻底?

问题(2)：假如细胞壁相当于一层半透膜，实验结果会有什么不同?

问题(3)：如果没有细胞壁，结果会有什么不同?

问题(4)：本小组的结论是什么?

7.得出结论：原生质层相当于一层半透膜

课堂小结：本节课是通过对渗透装置的分析，由物理现象过渡生物细胞的吸水和失水。我们重点探究了植物细胞的吸水和失水，得出原生质层相当于一层半透膜。为了使同学们更好地熟悉探究的过程，我给大家提供了一些实验材料，请你们课下分组继续探究植物细胞吸水和失水的外界条件，写出探究报告。

六、第2课时教学过程设计

课前准备以下实验材料：新鲜的白萝卜、小白菜、蔗糖、10%的盐酸、食盐、蒸馏水、小刀、烧杯、天平、刻度尺。

请根据所给材料，设计实验进一步探究植物细胞失水和吸水所需的外界条件，学生可自由分组，要求每组的探究情况都要加以记录，形成报告，由班长进行整理。

根据班长的汇总，大体有三种方案，可分为三组，分别推选代表进行汇报。

第一组的设计方案是：称重量法，制作相同大小、相同重量的两根萝卜条，称重并记录，然后分别放入盛有等量蒸馏水和食盐水的烧杯中10～15分钟，取出晾干后再称重并对比。

经推选，由代表1向学生汇报探究过程，在代表1汇报的同时代表2将实验现象及结果巡回展示给大家(也可用实物展示台)。教师适时给予评价。

第二组的设计方案是：测长度法，方案与第一组类似，只是测的是实验前后萝卜条的长度。推选出代表3汇报探究过程，同时代表4将实验现象及结果巡回展示给大家，其他学生可适当补充。

教师评价：这两组同学的设计思路都不错，美中不足的是没注意单一变量的问题，不过同学们对探究活动的一般方法已基本掌握。建议将两组同学的实验结果设计成一个表格进行记录。

第三组的设计方案是：挖洞法，在两只大小相同的萝卜上各挖一个相同的洞，向两个洞内分别注入等量蒸馏水和蔗糖溶液，观察洞内液面的升降。

推选出代表5汇报探究过程，同时代表6将实验现象及结果巡回展示给大家。

教师评价：和前两组相比，第三组同学设计方案较简单，易操作，思路新颖，对这组同学的创新精神提出表扬。

通过以上探究活动学生可总结出：1.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜;2.细胞液具有一定的浓度，与外界溶液通常具有一定的浓度差。因此处于外界溶液中的成熟的植物细胞可以看作为一个渗透系统。

过渡：其他物质进出细胞也都是顺相对含量梯度进行的吗?

对物质跨膜运输，可先列举几个常见的事例，如生活于血浆中的红细胞内K+浓度比血浆高30倍而Na+浓度却只有血浆中的1/6，但红细胞仍能吸K+排Na+，又如，轮藻细胞中K+浓度比周围环境高出63倍……使学生认识到有些物质进出细胞并不是顺相对含量梯度进行的。然后让学生分析两个典型实例(课件展示，略)。

课堂小结：本节课通过进一步探究植物细胞的吸水和失水，更加深了学生对探究活动的理解和掌握，并得出水进出生物细胞是顺相对含量梯度的，但进一步分析有关实例得出其他物质的跨膜运输并不都是顺相对含量梯度，最后得出细胞膜和其他生物膜是选择透过性膜这一结论。

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