“植物对水分的吸收和利用”复习课教学设计
刘本举 （河南省濮阳市第一高级中学 457000）
该文章发表于《生物学教学》2008年第8期
摘 要：本文以“植物对水分的吸收和利用”一节复习课为例，展示了复习课应该具备的环节和对学生进行能力培养的方法，本节课主要以基于实验分析和问题讨论的学生探究性学习活动为课堂主题，较好地达成了复习教学目标。
关键词：植物 吸水 复习
复习课应该是以能力培养为核心，以深化和内化知识为载体，以学生探究性学习活动为主要方式，改变学生接受学习的方式，进行以学生为课堂探索者的教学活动过程。“植物对水分的吸收和利用”一节，属于高中《生物》（人教版）第1册第3章新陈代谢的第4节，本节课以“细胞的结构与功能”为基础，是后续内容“植物的矿质营养”的基础。通过高二相关内容的学习，学生在知识、能力和情感态度与价值观方面已经达到了下列目标：（1）知识方面：了解植物细胞吸胀吸水的方式；理解细胞渗透吸水的原理和过程；掌握质壁分离与复原的实质并了解它在生产和生活中的意义；了解水分的运输和利用；理解水分散失的方式和意义。（2）能力方面：通过实验的观察与分析，学生的观察能力、实验分析能力有了一定提高。（3）情感态度和价值观方面：合理灌溉、水资源及节约用水。
所以，在复习本节课的时候，围绕能力培养（以能力培养为核心），以二个实验（渗透作用实验和植物细胞的质壁分离与复原实验）的分析为主线，重点在于提高学生的分析能力和科学推理能力，以及利用所学知识解决实际问题的能力，即知识的迁移能力。
1．教学设计思路与教学目标
1.1 通过二个实验（渗透作用实验和植物细胞的质壁分离与复原实验）的对比分析，培养学生的类比推理能力，并且学会分析实验的思路和方法。
1．2 通过实验现象的分析与推理，培养学生的分析能力与解决实际问题的能力。
1.3 通过几个实际问题的分组讨论、小组交流、反思修正（学生活动），培养学生合作交流的习惯与能力、知识的迁移能力。
1.4 因为是复习课，比较简单的几个问题，如：细胞吸水的两种方式、蒸腾作用的意义与在生产中的应用等，可以根据学生实际情况，放在课下，让学生自行复习。
2.教学难点与突破方法
2.1 影响细胞吸水力的因素：让学生分析两个实验的实验现象，以启发性指导语引导学生进行类比推理，从而理解细胞吸水力主要与浓度差（形成渗透压）和细胞壁的束缚（膨压）有关（由于亲水性物质对成熟细胞吸水力的影响不大，并且限于学生的认知水平，所以不考虑衬质势的影响），并且顺利理解萎蔫的叶子吸水能力更强，硬挺的叶子吸水能力反而较弱。学会分析细胞吸水力的变化。
2.2 利用渗透作用原理、细胞渗透吸水原理解决实际问题：让学生进行小组合作探究，主要以：讨论→交流→评价与反思→教师归纳总结这样一种基于问题的探究学习方式进行。让学生在问题背景下进行探究性学习，能有效促成知识的迁移。
3．教学过程
3.1 引题并明确学习目标
通过高二的学习，我们对渗透作用的原理、植物细胞吸水和失水的条件以及蒸腾作用的意义等有了初步的认识和理解。这节课我们要围绕两个实验，以能力训练为核心，通过深化复习，学会实验分析的思路和方法，认识类比推理和演绎推理的过程，并且进一步运用所学的实验原理去解决实际问题。下面我们首先分析两个实验：
3.2 两个实验的对比分析----类比推理
在引导学生复习两个实验的基础上，进一步加深对实验的理解，引导学生根据问题（可采用小组讨论、交流反思的方式）推理总结影响水分吸收的因素，让学生从力的平衡方面对两个实验进行类比推理，学会类比推理的方法，并引导学生进行细胞质壁分离和复原的演绎推理过程，训练其科学推理能力。
渗透作用实验
（1）假如漏斗颈无限长，液面能无限上升吗？
（2）在液面下截断漏斗颈，会看到什么现象？能持续进行吗？
由此归纳总结：
促进水分进入的力量：浓度差→渗透压→逐渐减小
抑制水分进入的力量：液柱对半透膜的压强→液柱压→逐渐增大
当促进水分进入的力量和抑制水分进入的力量达到平衡的时候，液面就不再上升了。当处于平衡状态的装置，被从液面下截断漏斗颈时，渗透压没有变化，但液柱压突然减小，平衡被打破，所以水分会从断口处溢出。着溶液溢出的进行，漏斗内的溶液浓度逐渐变小，半透膜两侧渗透压逐渐减小，而液柱压基本不变（溶液浓度引起的压强变化忽略不计），等两者达到平衡时，溶液不再溢出。
植物细胞的质壁分离与复原实验
（1）质壁分离与复原现象就能说明细胞通过渗透作用失水（吸水）吗？为什么？
（2）发生质壁分离（复原）的细胞能无限失水（吸水）吗？
由此归纳总结：
促进水分进入的力量：浓度差→渗透压→逐渐减小
抑制水分进如的力量：细胞壁的束缚力→膨压→逐渐增大
当促进水分进入细胞的力量和抑制水分进入的力量达到平衡的时候，细胞就不再吸水（发生质壁分离的细胞是等细胞内外的溶液浓度相等时就不再失水）。这个问题结合渗透作用实验分析能够更好地理解。
综合上述两个实验的对比与分析，总结细胞吸水力：
细胞吸水力＝渗透压－︱膨压︱（限于学生知识水平，不考虑衬质势的影响）
3.3 问题探究 促成知识迁移
把实验原理的应用训练过程设计成为基于问题的小组探究性学习活动，让学生自主进行基于问题的分组探究（分组讨论→小组展示→交流反思），从而促成知识迁移的教学目标。在这个过程中，学生会从知识的理解层次上升到知识的应用层次。
（1）如图所示，U型管的底部用一种半透膜隔开，左、右两侧分别装有体积相等的蔗糖溶液和清水。会有什么实验现象发生，该现象能持续进行下去吗？如果是在太空中呢？
此问题较简单，可用启发式谈话法进行教学。学生利用渗透原理和有关力的平衡分析和推理实验现象，太空中和地球上力的作用是不同的，通过分析推理，提高学生发散思维能力。（答案：左侧升高右侧降低，不能持续进行。在太空中可以持续进行，并且一直到右侧蒸馏水全部渗入左侧为止。）
（2）渗透作用实验过程中，液面逐渐上升。①其上升速度是不变的吗？上升速度和哪些因素有关？②尝试在坐标内绘出液柱高度随时间变化的曲线图。③如果取三个渗透装置甲、乙、丙，如图所示，三个漏斗径的内径相等，并且漏斗内液面高度相同，三个漏斗内蔗糖溶液的浓度也相同，不同的是半透膜的面积和蔗糖溶液的体积，如下表：
|
|
甲 |
乙 |
丙 |
|
半透部分面积 |
S |
S/2 |
S |
|
蔗糖溶液体积 |
T |
T |
2T |
尝试在同一个坐标内绘出三个实验装置液面高度和时间的关系曲线。
采用小组讨论的学习方式，让两个小组代表在黑板上完成，或者找出某小组典型错误的图象通过投影让学生分析并找出其中的错误，从错误中反思，效果很好。在分析这个问题的过程中，学生必须利用所学的渗透作用原理以及相关物理知识，推理分析，将知识内化整合，形成分析能力，解决新问题，对学生实验分析能力和创新能力的培养起到了很重要的作用。同时第③小题需要学生综合分析各种因素对渗透速率的影响，并以图象的形式表示出来，对学生图文转换能力的训练起到了很好的作用。（答案：①上升速度逐渐变小，上升速度主要受浓度差、渗透面积等因素的影响。
②如图：
③如图：
（3）把一个已经发生质壁分离的植物细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，开始发现液泡逐渐变大，后来当液泡体积不再变化时，细胞液的浓度和外界溶液的浓度相等吗？为什么？
这个问题的分析需要讨论，结果有两种可能性，对培养学生全面看问题习惯的养成有重要作用。（答案：如果此时细胞壁和原生质层之间有压力，细胞液浓度大于外界溶液浓度；如果此时细胞壁和原生质层之间无压力，细胞液和外界溶液浓度相等。）
上述几个问题可以使学生很好地深化对两个实验（渗透作用实验和植物细胞的质壁分离与复原实验）的分析与理解，并养成思考与探究意识，促成知识迁移。
3.4 水分的散失—蒸腾作用
关于蒸腾作用的意义，学生通过高二的学习，已经有了全面的了解，所以复习课从实验方法出发，让学生从实验分析与实验设计的角度，内化和深化知识的理解，培养学生的实验探究能力，实现培养学生科学素养的教学目标。
如图为一测定植物蒸腾速率的装置图（实验条件适合植物的正常生长发育，不考虑光合作用和呼吸作用对装置质量的影响）。请根据图回答问题：①天平的读数变化值M1和刻度玻璃管的读数变化值（直接可读质量变化）M2分别代表什么含义？M1和M2的差值呢？②如果要平衡物理因素造成的误差，对照组装置应该怎样设置？
以小组讨论、小组代表展示、交流反思的方式解决这个问题，通过这个实验的分析与设计，学生一个方面能学会科学实验的方法，另一个方面还可以提高综合分析能力，对科学素养的提高很有帮助。（答案：①M1表示植物的蒸腾失水量；M2表示植物的吸水总量；M2－M1就表示植物吸收的水分保留在植物体内的部分。②用一个和该实验相同的装置，只是换一棵死的植物，或者把植物的瓶外部分剪掉，并用凡士林涂抹断口。）
4．知识拓展
有些沙漠植物，在干旱的沙漠里形成了高度的适应性，由于而环境温度高而且空气干燥，使植物的蒸腾作用特别强，失水很快，而环境又极度缺水，怎么办呢？植物为了保持体内水分，只好关闭气孔，而气孔关闭了，二氧化碳不能通过气孔吸收，怎么进行光合作用呢？经过长期的进化它们形成了一种适应性，白天气孔关闭，晚上气孔张开，大量吸收二氧化碳，把二氧化碳固定在植物体内，以有机酸的形式存在（即把二氧化碳变成了有机物的羧基），到了白天气孔关闭的时候，就可以利用这些已经固定的二氧化碳进行光合作用了。
这个资料，可以引起学生的探索兴趣，对提高学生的非智力因素有很大帮助，让学生对植物学研究从“有趣”上升到“乐趣”，从而为“志趣”的形成奠定基础。
5．附：学生在复习本节课前（通过高二的学习）应该掌握的知识点与问题
5．1 植物的主要吸水器官；吸水的主要器官；为什么根的成熟区是主要的吸水部位？根的伸长区从下到上细胞形态结构的主要变化是液泡数量减少，但体积增大，这说明细胞分化与细胞内液泡的关系是什么？细胞吸水的二种方式；如何利用渗透作用原理检验两种蔗糖溶液的浓度大小？
5．2 渗透作用原理；半透膜与选择透过性膜的区别；渗透作用发生的条件；原生质层的概念；细胞液、细胞质基质、细胞内液的辨析；细胞吸水和失水过程中液泡体积与颜色变化以及细胞液浓度的变化；质壁分离与复原实验可以研究细胞液的浓度、鉴别细胞的生活状态等；把蔗糖溶液换成硝酸钾溶液会有什么结果？如何解释？烧苗的原因及补救措施。
5．3 蒸腾作用的概念；蒸腾作用的意义；影响蒸腾作用的因素；为什么光照可以影响蒸腾作用速率？夏季中午植物蒸腾作用与光合作用的关系；气孔开闭的原理。
作者简介：
刘本举，男，1971年12月出生，研究生毕业，理学硕士，中学高级教师。河南省基础教研室高中教研中心生物学科组核心成员，河南省教育厅新课程专家指导委员会生物学科专家组成员，濮阳市教育局兼职生物学科教研员。近年发表教学研究论文40余篇，其中国家级核心期刊发表20篇。
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