细胞大小与物质运输的关系--教案(1).doc

细胞大小与物质运输的关系【教材分析】细胞大小与物质运输的关系是人教版必修1第六章第一节的第一课时。本节课是模拟探究实验，学生在探究实验中感悟原理，而不是直接告诉学生原理，这是与旧教材最明显的不同。也是新课标“新”的体现。把本实验安排在“细胞分裂”内容之前，目的在于先让学生通过探究知道细胞不能无限长大的原因，明白了细胞分裂的必要性，再来学习细胞分裂，体现知识的系统性。从探究活动的类型来看，本实验是一个模拟探究实验，引用模型来解释生物上的原理，也体现了新课标对数学在生物上运用的重视。从探究的内容来看，本实验属于部分探究实验，探究活动的问题已经给出，探究的计划已经制定好，学生只需完成收集数据、并对数据进行概括和推理，有利于学生即堂完成。本实验操作过程比较简单，但实验后的的讨论题却有相当的思维力度，需要学生开动脑筋思考，并且要用联想的方法将模拟实验的结果迁移至真实的细胞。亲身参与、感性认识会提高学生思考的活跃程度，激发求知欲，学生会讨论得很热烈。这种亲历探究、师生互动的教学场景下是今于所倡导的探究性学习所需要的。【学情分析】学生在初中已经学习过“细胞通过分裂产生新细胞”“受精卵通过细胞分裂和分化”等知识。也具有相应的化学知识，知道本实验中NaOH与酚酞的显色原理。学生在本模块前面的学习中，已经进行过其它的探究活动，对探究实验的过程和方法有一定的认识，在操作技能上也有一定的基础。有的学生比较喜欢动手操作，但不愿意深入思考。有的学生习惯于老师说什么就记什么，缺乏探究精神。大多数学生习惯于对直观事物的观察和描述，现用模型来代替细胞具有一定的抽象性，需要学生运用联想迁移进行思考，有一定的难度。【教学目标】1. 知识目标(1) 描述细胞表面积与体积的比例关系。(2) 分析得出表面积与体积之比较大者，其细胞代谢效率较高。(3) 概述细胞不能无限长大的原因。(4) 通过模拟实验，体验细胞必须要保持一定的体积，并认同细胞生长到一定大小后停止生长，细胞进入分裂增殖。2. 能力目标(1) 尝试通过模拟实验以进行科学研究,培养学生的探究能力。(2) 利用数学、物理方法处理和分析实验数据的能力。(3) 运用细胞不能无限长大的原理解释某些生命现象。3. 情感目标(1) 培养学生团结合作的团队精神。(2) 形成结构与功能、局部与整体相统一的生物学思想。(3) 使学生形成实事求是的科学态度和一丝不苟的科学精神。【教学重点】探究细胞大小与物质运输的关系。【教学难点】1. 利用模型探究细胞表面积与体积的关系；2. 理解细胞越小表面积越大、越有利于物质交换的原理。【教学方法】探究、讲述和讨论的方法。【课前准备】1. 教师准备(1) 实验必需器具：刀、吸水纸、烧杯、塑料匙；(2) 含酚酞的琼脂块和NaOH溶液。 (3) 自制挂图等。2. 学生准备(1) 预习“细胞大小与物质运输的关系” (2) 毫米刻度尺、计算器【板书设计】细胞大小与物质运输的关系1、 实验目的1、 探究细胞表面积与体积的关系及细胞大小与物质运输的关系。2、 概述细胞不能无限长大的原因。3、 学会进行模拟实验。2、 实验原理 1、模拟实验原理 含酚酞琼脂块 细胞 0.16%NaOH溶液 扩散进入细胞的物质 2、酚酞与NaOH反应变粉红； 三、实验材料 试剂：含酚酞的琼脂块、0.16%NaOH溶液、盐酸溶液 实验器材：小刀、毫米尺、塑料杯或烧杯（100ml)、玻璃棒、塑料匙、吸水纸、四、实验步骤 1、含酚酞琼脂块 三块正方体（3cm、2 cm、1 cm） 烧杯 加NaOH（淹没），轻搅，5min 戴手套，塑料匙捞出琼脂块 纸吸干NaOH 纵切成三小块 测量显色深度 2、计算，填课本表格（第111页） 算法：NaOH扩散效率=NaOH扩散体积/琼脂块体积= a3-(a-b)3 a3（a 琼脂块边长；b NaOH扩散深度） 3、将结果填至小黑板表格中 琼脂块边长/cm比值（表面积/体积）NaOH扩散深度/cm比值（NaOH扩散体积/整个琼脂块体积）组号123412341234321 4整理实验桌，注意：将NaOH溶液倒入讲台的废液缸中。五、作业1、有什么证据说明NaOH扩散进琼脂块了？NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是否相同？ 为什么？2、为什么细胞不能无限长大？3、细胞是越小越好吗?【教学流程】引出探究主题-学生动手实验-，自己探究-分析得结论-迁移应用。【教学过程】程序教师活动学生活动设计意图创设情景，引出探究主题上课，同学们好！请坐。同学们请看表格（同一物种的细胞大小；不同物种的细胞大小。） 表格中所示的细胞大吗？不同的细胞大小有差异吗？那它们差异大吗？那生物体的长大，是靠细胞数量的增多还是靠细胞体积的增大？而细胞为什么不能无限长大？细胞内要进行许多化学反应，而这些化学反应需要很多原料，原料来自细胞外，必须经过细胞膜运送进细胞内。那同学们是不是很容易想到细胞体积越大，需要的营养物质越多，需要排除的代谢废物越多，物质的输入和输出会遇到困难，所以细胞就不能无限长大。但是这里有另外一个问题，随着细胞体积的增大，细胞膜的面积不也在扩大吗，难道它的运输效率不会因为细胞膜面积的增大而增大吗？今天我们就通过模拟实验来探讨一下“细胞大小与物质运输的关系” 。问候：老师好！1.观察2.讨论后回答：不同动（植）物个体体积大小有差异，但构成它们的细胞的大小并无明显差异，且都很小，需借助光学显微镜才能看到，多细胞生物体体积的增大，既要靠细胞生长增大体积，主要还是靠细胞分裂增加数目。1.图片的给出：为学生提供直观的感性认识，为上升为理论知识作铺垫。激发学习兴趣引发学生思考。2.问题的提出：给学生设疑，促使学生存疑、质疑，让学生处于“愤悱”的心理状态，从而使学生产生强烈的探究欲望。探究实验其实，我们通常所说的细胞大小并不是单一指细胞表面积或细胞体积，而是指它们之间的比值。但由于细胞很小，我们无法用真实的细胞进行实验，只能用模型替代。我们的实验材料有含酚酞的琼脂块和NaOH溶液。同学们，我们用什么来模拟细胞呢？那进入细胞的物质用什么模拟呢？为什么要选择NaOH溶液呢？这种颜色变化对于我们观察实验有什么好处呢？下面我们看看如何进行实验：第一步，用小刀把含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为3 cm、2 cm和1 cm的正方体。我们为同学们准备的是3*3*5的长方体，同学们一定要计划好再切，切出的正方体要尽量标准，以保证体积和表面积的准确。另外，使用小刀时请注意安全。第二步，把3块正方体琼脂块放在塑料杯内，加入NaOH溶液将琼脂块淹没，用塑料勺不时轻轻翻动琼脂块，浸泡时间为5min。翻动的目的是为了使琼脂块各面均匀接触到NaOH溶液，但注意翻动时一定要轻轻翻动，不然容易损坏琼脂块，不便于最后测量。第三步，因为NaOH有腐蚀性，所以同学们要先戴上一次性手套，再把琼脂块从NaOH溶液中取出来，放到吸水纸上，用吸水纸吸干它们表面的NaOH溶液，注意一定要充分吸干，以免待会用小刀切时，小刀沾上残留的NaOH溶液，而使得琼脂块内部未发生颜色反应的部分也变成红色，影响测量结果。第四步，如图中所示，将各琼脂块放到平板上，按图中所示方法用小刀纵剖，分为三部分，取中间部分。注意每次小刀切之前都应擦干净，以免不同琼脂块上的酚酞相互污染。第五步，观察切面，按图中所示方法测量每一个琼脂块上NaOH扩散的深度。第六步，把实验结果记录在书上111页表格中，并计算，然后每组派一名代表将你们组得到的结果填到小黑板上的表格中。然后我们一起来看一下表格，表格中的最后一栏要计算NaOH扩散的体积与整个琼脂块体积的比值，为什么要计算这个比值呢？因为在相同时间内，物质扩散进入细胞的体积与细胞总体积之比可以反映细胞的物质运输效率。而琼脂块模拟的是细胞，因此NaOH扩散的体积与整个琼脂块体积的比值可以反映NaOH的扩散效率，从而达到我们本次模拟实验的目的，看看细胞的物质运输效率与细胞大小之间究竟是什么关系。那NaOH扩散的体积如何计算呢？实验完成后，请同学们将桌面收拾干净，NaOH溶液不能直接倒入水池中，要倒在讲台上老师准备的废液缸中，由老师统一处理。同学们都清楚了吗？好，下面开始实验。阅读课本和实验册，明确操作过程和要求。讨论回答：琼脂块，NaOH溶液。NaOH溶液遇到酚酞会变成红色。颜色的变化更便于观察物质的扩散程度和测量。回答：琼脂块的总体积减去未扩散的琼脂块体积就是扩散的体积，我们假设原来的琼脂块边长为a，那么它的体积是a3，假如扩散的深度为b，那么未扩散的中间的正方体边长为a-2b，体积就为（a-2b）3；所以扩散的体积就是a3-（a-2b）3。通过这个公式就能计算出NaOH扩散的体积了。让学生明确细胞模型模拟的原理，以及探究的目的，探究的主题。清楚明白下来要做什么、如何做、观察什么、结论的引伸等，避免实验的盲目性，避免实验课变成形式和走过场：上课热热闹闹，下课无所知。实验中同学们都将琼脂块浸泡好了吧？在接下来的5min里由一个同学继续翻动琼脂块，其余的同学一起来讨论几个问题，翻动的一定要记好时间，时间快到时记得提醒老师和同学。实验前我们说到本次实验探究的是“细胞大小与物质运输的关系”，说到细胞中的物质运输，同学们还记得物质运输的方式有哪些吗？那我们今天这个实验模拟的是哪一种物质运输方式呢？所以，这个模拟实验并不能完全模拟细胞物质运输的真实状况，只是了自由扩散这一方面。因此，这个模拟实验是具有一定局限性的，但仍不失为一种进行科学探究的好方法，尤其是在遇到研究材料不能被直接用于实验的时候。那么下面一个问题，今天我们利用NaOH与酚酞的颜色反应来确认物质扩散的深度，那同学们想一想，我们还能利用其他的颜色反应吗？有哪些呢？可行性如何？开始实验，测量并记录实验结果，填写在表格中，并进行计算。回答：自由扩散，协助扩散，主动运输。自由扩散。观察、测量、收集数据等是进行科学探究活动过程中常用到的技能，需着重培养。分析实验同学们，看到这些表中的数据思考：1. 表中表面积和体积的比值有什么规律？2. 每组的3个琼脂块颜色扩散的深度有什么变化？说明NaOH在每一个琼脂块中的扩散速率是相同的吗？3. NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比有什么规律？通过刚才得到的结论，我们不难看出琼脂块体积越大，相对表面积就越小，NaOH扩散的效率就越低。联想到我们的细胞上，也就是细胞的体积越大，相对表面积就越小，细胞的物质运输效率越低。换句话说就是，细胞越大，物质运输效率越低。所以，细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。那限制细胞长大的主要因素只有这一种吗？还有哪些呢？那细胞是不是越小越好？为什么？回答：1.琼脂块的表面积与体积之比随着琼脂块的增大而减小。2. 无明显变化，是。3. NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随琼脂块的增大而减小。回答：不是，细胞的核质比，