教案：4.1 被动运输-【高效备课】高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修1同步资源

4.1被动运输教案课程标准中对本节课的内容要求是：“1阐明质膜具有选择透过性”；“2举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量。”对应的学业要求是：“在探究水分进出细胞方式的基础上建构被动运输的概念。”在课程标准的“教学提示”中针对概念2的提示有（1）通过模拟实验探究膜的透性；（2）观察植物细胞的质壁分离和复原。针对课程标准要求、教学目标及学生认知水平，我在课堂教学中始终贯彻以学生为主体，教师为主导的教学理念，用探究式教学启发学生主动思考，课堂教学中运用多媒体通过渗透装置与动植物细胞结构类比的学习，使学生领悟细胞结构与功能相一致的生命观念；通过对比自由扩散、协助扩散特点，归纳概括被动运输的概念，使学生综合运用到课程标准所提到的“观察，描述，比较，概括，分析，解读图表”等技能，培养学生的综合能力。探究水分子进出植物细胞这一实验中通过观察、讨论、探究、小组合作、实验相结合等方法使学生体验科学探究的一般过程和方法，提高其设计实验能力和动手操作能力。通过引用小丑鱼、腌萝卜、红树林、奥运冠军骨骼肌的气体交换等生活实例，引领学生进行知识迁移，运用现有知识解释生活中常见的生物学现象，分析和解决简单的生产实践问题，综合提高核心素养。本课是人教版高中生物必修1第4章《细胞的物质输入和输出》第1节《被动运输》内容。在之前细胞结构和功能一节中已经学习了细胞膜的成分、结构和功能等相关知识，了解了细胞膜的功能：使细胞与周围环境分隔开，控制物质进出，进行细胞间的信息交流。而本章《细胞的物质输入和输出》是生物学方面最基础的部分之一，是对细胞结构和功能知识的补充和延伸，是进一步学习细胞的能量供应与利用、细胞的生命历程、细胞内环境平衡等后续模块和章节的基础，起到承上启下的关键性作用。《被动运输》是本章细胞的物质输入和输出的重要组成部分，具体讲述自由扩散与协助扩散两种物质出入细胞的类型，重点在于水分子进出细胞的理解。通过本节课内容的学习，学生不仅需要将以前所学的知识点构成线合理关联起来，更需要从结构与功能相适应的角度来认识生物膜的结构和功能特点，在掌握的事实性知识的基础上开始建构并进一步形成基本的生命观念，另一方面开始体验科学研究的一般步骤，在提出问题、作出假设和设计实验等环节方面进行科学思维和科学探究的培养。通过前面三章内容的学习，学生已经初步具备了一定生物学基础。通过第三章细胞的基本结构的学习，学生已经形成了蛋白质多样性、细胞膜的结构、任何一个生命系统都是开放的系统需要与外界有物质的交换、细胞膜是选择透过性膜等基本生命观念，这些为新知识的学习奠定了认知基础。高一的学生正处于初中阶段与高中阶段的过渡时期。这一时期的学生有部分生活经验：泡在盐水中的萝卜条会软缩，泡在清水中的萝卜条会更加硬挺，小丑鱼等海水鱼不能在淡水中生活，肺部会与外界进行气体交换等这些生活经验对学习本节内容都有帮助。本节知识较抽象，需要学生从微观水平上理解细胞吸水、失水的过程，教师在这节课上可以通过多媒体课件或实物的演示，增强直观性，帮助学生理解微观现象，降低学习难度。另外，学生在初中曾经接触到科学研究的一般步骤，但在如何提出问题、作出假设和设计实验等环节细节方面都还缺乏训练，在本节课中可让学生就生活现象提出探究问题、作出假设并设计实验，通过训练可以让学生得到一定的体验和感悟，从而为之后的探究活动，进一步培养科学思维和科学探究奠定一定的基础。根据课程标准要求、上述教材结构与内容分析，考虑到学生已有的认知特征，制定如下教学目标：生命观念：说出细胞在什么情况下吸水和失水，形成细胞膜和其他生物膜是一种选择透过性膜，结构与功能相适应的生命观念。科学思维：对渗透作用现象进行分析与综合，理解渗透作用的原理，举例说明细胞膜是选择透过性膜，理解并运用被动运输的方式以及被动运输的原理和特点。科学探究：通过探究植物细胞的吸水和失水，体会提出问题、做出假设、设计实施方案，观察实验结果，得出正确结论的探究过程的一般步骤。培养学生质疑、求实、创新以及勇于实践的科学态度和精神。在合作学习的过程中，乐于并善于与人交流、尊重他人。社会责任：盐碱地等环境需要我们培育适应不同环境的作物，依据渗透作用原理进行反渗透型海水淡化，学生形成学好知识用于指导生产实践、改善生活的社会责任感。教学重点：1.阐述渗透现象的原理及条件。2.说出动物细胞吸水和失水的条件。3.探究植物细胞吸水和失水的条件。4.掌握被动运输的种类、原理、特点、影响因素。教学难点：1.探究植物细胞的吸水和失水2.转运蛋白的种类和作用教法：贯彻自主性、探究性、启发性、合作性，根据中学生的认知特点和规律，以培养学生的核心素养为指导，采用“探究式探究”教学模式，融合生活化教学、设疑导学法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学，引导学生体会科学探究过程。学法：突出合作、观察、分析归纳等方面，采用合作学习法、观察学习法、分析归纳法等方法。布鲁纳认为，学生间的相互合作对提高教学效果有很大作用，因此在教学中采用合作学习法，小组合作讨论，相互促进，涵括讨论法、比较法、归纳法，既调动了学生的积极性，激发学生学习兴趣和灵感，又有利于形成学生的群体意识，提高学生的语言表达能力。为了促进了学生对知识的理解，顺利地突破重点和难点，同时培养学生的观察能力和思维能力，在水分子进出植物细胞的学习过程中，引导学生通过观察学习法来加深对原生质层结构和质壁分离的理解。新课标要求学生要主动地学习，就是要求学生主动地思考和分析，积极的归纳和总结，本节课还广泛运用了分析归纳法。【情境导入】教师主导活动学生主体活动设计思想展示图片：你吃比较咸的食物时，例如嗑盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？糖拌西红柿放置一段时间后，会出现很多“汁”，“汁”中的水是哪来的？融入情境，学生思考并回答问题。利用生活情境，直入主题，引发学生思考和兴趣。引导学生建立和发展根据已有的生活情境提出问题、焕发进行科学探究的意识和能力。过渡：以上现象都跟水分子的进出有关，那么水分子是如何进出的呢，我们先通过以下渗透装置来帮助我们理解。一、渗透装置实验教师主导活动学生主体活动设计思想1.教师演示：打开提前泡好的咖啡，将咖啡倒入清水中。提问：闻到什么味道？观察到什么现象？这属于什么过程？具有什么特点？扩散作用：是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。2.展示渗透装置的组成，包括动画演示蔗糖分子较大不能通过玻璃纸，而水分子较小，通过玻璃纸，引导学生认识半透膜。引导：半透膜与选择透过性膜的区别。问题探讨：在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如右图所示现象。玻璃纸是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。3.动画演示渗透作用的发生过程，引导小组讨论思考：（1）漏斗管内的液面为什么会升高？若漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？（2）如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？（3）如果烧杯中不是清水，而是等浓度的蔗糖溶液，结果又会怎样？4.引导总结发生渗透作用的条件。5.渗透作用中水分子的运动方向：水的相对含量高到相对含量低；低浓度溶液到高浓度溶液；由渗透压低溶液到渗透压高溶液。6.课堂精练，进一步巩固学生对于渗透作用的理解。7.迁移应用：对反渗透型海水淡化基本原理进行阐述。1.进行学科联系，对扩散的理解。回答：扩散；高浓度向低浓度运输。2.学生初步了解渗透装置的组成，区别半透膜与选择透过性膜。3.观察渗透作用的发生过程，小组讨论分析、思考回答相关问题。结合问题自主构建渗透作用的概念及条件。（1）位时间内进入漏斗中的水分子数量比出来的水分子数量多，所以漏斗内液面会升高。液面不会无限升高，液面上升的过程中会受到外界的大气压力，而液面上升的动力来自于半透膜两侧的浓度差，随着水分子的扩散，浓度差减小，当浓度差减小到与大气压相抵消时，液面就不再变化了。（2）不会。纱布的孔隙很大，蔗糖和水分子都能自由通过纱布。纱布两侧溶液的浓度相等，水分子进出处于动态平衡。液面不会上升。单位时间内进出漏斗的水分子数相等。水分子进出处于动态平衡。4.小组归纳得出：渗透作用：水或其他溶剂分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。条件：①要有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差.5.强化水分子运动方向的深层理解。6.独立思考。7.认真聆听，思考。1.学生能够通过观察，唤醒元认知——对扩散的认识，进行学科联系。为进行后面的学习奠定基础。2.利用动画演示，增强直观感，培育学生观察和分析的能力和意识。3利用动画演示，增强直观感，学生根据观察的现象提出问题并从分子运动的角度分析实验现象。此环节以问题串为主线，引导学生自主探究，合作，最终完成对知识的主动建构。4学生合作讨论，并在教师的引导下，自主归纳渗透作用的概念和条件。5.强化对渗透作用的深度认知和理解。秉承大单元教学的理念，融入必修三渗透压相关知识6.锻炼学生独立思考，解决问题的能力。7.学生发展运用知识解决实际问题的能力，形成学好知识指导生产实践，服务社会、建设祖国的社会责任感过渡：我们已经深入理解了体外水分子的渗透作用，那么水分子能不能渗透进出动物细胞呢。二、动物细胞的吸水和失水教师主导活动学生主体活动设计思想1.回顾制备细胞膜过程及原理。2.然后引导学生思考动物细胞能不能依靠渗透作用吸水和失水？是否具备渗透作用的两个条件？细胞在什么情况下吸水？在什么情况下失水？在什么情况下既不吸水也不失水？展示水进出哺乳动物红细胞的示意图，将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化。3.展示图片将红细胞在外界溶液中与渗透装置进行类比，进行总结。红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出红细胞。4.展示红细胞吸水涨破、失水皱缩等相关图片。小组讨论，进行问题探究。（1）红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？（2）红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？（3）当外界溶液的浓度低于红细胞时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？（4）红细胞吸水或失水取决于什么条件？（5）想一想临床上输液为什么要用生理盐水？5.展示小丑鱼萌萌的图片并提问：小丑鱼这么可爱，能不能用淡水培养？大马哈鱼为什么可以生活在海水和淡水？加深对动物细胞渗透吸水失水的影响1.学生回顾知识，思考回答：将哺乳动物红细胞置于蒸馏水中，哺乳动物红细胞能吸水膨胀而破裂，从而制备细胞膜2.学生思考回答，归纳：动物细胞具备渗透作用的两个条件：红细胞膜控制物质进出具有选择性，相当于半透膜。在外界溶液和细胞质之间产生浓度差。外界溶液浓度＞细胞质浓度——细胞吸水；外界溶液浓度＜细胞质浓度——细胞失水；外界溶液浓度＝细胞质浓度——细胞不吸水不失水。3.学生类比推理相应对应的结构构建模型，分析实验现象。4.学生仔细观察，思考回答。展开讨论，分别回答：（1）红细胞中的有机物有的能通过细胞膜，有的不能。血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。（2）是。但细胞膜具有生命活性，物质通过细胞膜的方式不只是简单扩散。（3）不一定，浓度差很大时会涨破，浓度差不是很大时不会涨破。有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。（4）浓度差，外界溶液浓度远大于细胞液浓度时，红细胞失水多。细胞液浓度时远大于外界溶液浓度，红细胞吸水多。浓度差越大细胞吸水或失水越多。（5）防止血细胞失水或吸水，影响细胞的功能。5.联系生活实际，学习情绪高涨，思考并回答1.温故知新，引导学生寻找新旧知识的结合点，引起认知冲突，贯彻大单元教学理念下，将相关知识从新整合，培养学生的知识迁移能力。2.“设障”、“布惑”，与渗透装置对照，进行类比推理，使其能认同“动物细胞相当于一个渗透装置”的观点。培养学生观察、比较和分析、总结，进而得出科学结论的能力。3.学生通过知识迁移，体验构建概念模型，并发展利用模型分析问题的能力4.“设障”、“布惑”问题串解决关于动物细胞渗透作用的深度学习。促进学生对知识的深层次理解。5.学生思维活跃，联系生活，学习兴趣高，锻炼其利用已有知识主动思考并解决生活实际问题的能力过渡：那么，动物细胞可以进行渗透作用，植物细胞是否也可以呢？我们来观察一些腌制的咸菜萝卜条和清水中的萝卜条三、植物细胞的吸水和失水教师主导活动学生主体活动设计思想1.实物展示（有条件可以实物演示或让学生提前在家完成相关实验，拍照）腌制的咸菜萝卜条和清水中的萝卜条，引导学生思考萝卜条变软变硬的原因是什么？进一步引导植物细胞什么情况下会失水，现象如何？什么情况下会吸水，现象如何？提问：水是如何通过植物细胞的？2.展示渗透装置和植物细胞结构模式图，对植物细胞与渗透装置进行比较。从植物细胞结构入手，从外到内观察，细胞壁是位于细胞最外层的结构，思考细胞壁能否控制水分进出细胞以及是否影响细胞吸水和失水。依旧从结构出发，分析成熟植物细胞失水主要失去的是哪个结构中的水分。进一步分析植物细胞结构，对渗透装置中的半透膜进行类比，并给出背景知识：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性，且在液泡的挤压下，细胞质基质被挤成薄薄的一层。3.引领交流与植物细胞吸水和失水相关的实例，并分析原因。植物细胞能不能发生渗透吸水和失水？是否具备渗透作用的两个条件？能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？结合生活中的实例，鼓励学生尝试提出有探究价值的问题，并作出假设。4.利用多媒体展示科学探究实验的8个基本环节。根据学生提出的合理假设“原生质层相当于一层半透膜”，分小组设计实验——观察植物细胞吸水和失水，主要包括设计思路、实验材料及预期结果。然后组织全班进行交流。教师起到引导作用，在讨论交流中“设障”、“布惑”，引领学生解决以下问题：植物细胞发生质壁分离的内因和外因是什么？要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？介于细胞膜与细胞壁之间是什么溶液；如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的KNO，实验结果会有什么不同？5.（带领学生进行实际实验）展示实验结果，学生描述实验现象，引出质壁分离和质壁分离复原的概念。组织小组之间进行交流，构建解释解释质壁分离和质壁分离复原现象。从渗透作用的条件分析植物细胞吸水和失水是否为渗透作用。进一步分析加深对质壁分离概念的理解。6.教师引领学生思考，小组讨论：植物细胞的质壁分离及复原实验有哪些应用？7.迁移应用：让学生课后探究红树林的生理机制，更进一步理解渗透作用在水的运输当中起到的作用。1.观察现象，思考教师所提出的问题并回答。2.观察，思考回答：细胞壁具有全透性，成熟植物细胞失水主要失去的是大液泡中的水分。3.学生畅所欲言，平时相关的现象和实例，并分析原因。猜测有类似半透膜的结构存在——原生质层概念。尝试提出问题、做出合理假设：原生质层相当于半透膜。4.阅读课本，总结科学探究实验的8个基本环节。小组尝试设计探究实验，进行表达与交流，将本小组探究的问题、过程、结果和结论与其他小组/老师交流，听取其他小组和老师的质疑并进行解释和完善。5.观察实验现象，小组进行讨论分析，师生共同归纳总结并得出结论：①原生质层相当于半透膜.②当外界溶液的浓度>细胞液的浓度时，细胞发生渗透作用失水，出现质壁分离；当外界溶液的浓度<细胞液的浓度时，细胞发生渗透作用吸水，出现质壁分离复原。6.自己思考，小组合作交流，归纳总结：植物细胞的质壁分离及复原实验的应用：（1）判断细胞的死活（2）测定细胞液浓度范围：（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度（4）农业生产中的水肥管理（5）生活中杀菌、防腐、腌制食品（6）鉴别不同种类的溶液。成熟植物细胞+不同种类溶液→质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液）；质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液）7.课后查阅，迁移知识，知识应用于解决实际问题，1.与生活联系，引导学生善于从生活的实例中发现问题，提高学生对生物学知识运用的能力。2.引导学生形成“结构与功能相适应”的观念，得出细胞壁并不能作为控制水分进出细胞，但由于伸缩性比较小，可以控制植物使其不能无限吸水，联系液泡结构和功能推理成熟植物细胞液体环境主要就是细胞液。3.有利于提高运用生物学知识的能力和学生的科学素养，同时引导学生善于从生活实例中发现问题，提出问题，作出假设。4.“设障”、“布惑”，在教师设置问题的引导下，学生通过亲身体验实验设计、探究过程，初步体验生物学研究的方法，从实验材料，方法的选择、预测、实验过程、结果分析等一系列探究活动，培养学生的科学探究能力。培养学生的实验操作技能。通过学生间、师生间的交流、评价，使学生产生思维的碰撞、培养学生质疑、求实、创新以及勇于实践的科学态度和生物科学养素，锻炼其语言表达，分析归纳的能力。5.培养学生的实验操作技能，逐步掌握探究实验的具体步骤。并在合作的过程中，学会与人交流、尊重他人。6.及时归纳总结，帮助学生巩固所学知识。通过问题的具体讨论，加深学生对知识的理解和应用，培养求实、质疑、探索的精神。7.迁移知识，知识应用于解决实际问题。过渡：像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。四、自由扩散和协助扩散教师主导活动学生主体活动设计思想1.教师展示：2021年东京奥运会帆船比赛中我国运动员陆运秀在女子帆板比赛中竞赛夺冠镜头，突显其骨骼肌的剧烈运动。运动员剧烈运动时，其肌细胞需吸收利用大量O2，同时产生大量CO2，那么，O2和CO2是如何进出细胞的呢？动画展示O2和CO2进在肺泡细胞和组织细胞之间的交换运输过程。思考与讨论：O2和CO2进出细胞的方向与气体分子的浓度有关吗？运输方向如何？2.就上述实例和动画总结归纳自由扩散的含义，运输方向，特点，实例，影响因素。3.水分子的运输是不是只有自由扩散呢？给出三段材料，让学生分别小组讨论每给出材料后的相关问题，教师起到关键引导作用。材料一：曾经人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的。但在之后的一些研究中发现，水分子以扩散作用穿过脂双层的速率非常缓慢。仅凭扩散作用很难解释红细胞在水溶液中很快吸水膨胀而溶血，而水生生物的卵母细胞在水溶液中却不膨胀的现象。思考问题：水分子仅以自由扩散的方式进出细胞？根据你对细胞膜的组成成分及其结构与功能的了解，你认为细胞膜上的哪些成分可以帮助水分子快速跨膜运输呢？材料二：1988年，美国科学家阿格雷在实验中意外地收获了一种分子量大小约为28kD的膜整合蛋白质（CHIP28蛋白），发现其在人红细胞和肾脏中含量非常丰富，特别是在肾脏的肾小管细胞中他将含有CHIP28蛋白和不含有此蛋白的细胞进行了对比实验，将这2种细胞放在同一水溶液中，结果如图。阿格雷的“水通道验证实验”发现了什么？说明了水分子在细胞的运输还存在怎样的方式？材料三：阿格雷猜测CHIP28蛋白可能是一种水通道蛋白。于是他选用在水溶液中不发生膨胀的非洲爪蟾卵母细胞来验证他的猜测。阿格雷将CHIP28蛋白整合到非洲爪蟾卵母细胞的细胞膜上，发现该卵母细胞在水溶液中出现了吸水膨胀的现象。思考问题：阿格雷为什么选用非洲爪蟾卵母细胞作为实验材料？分析实验结果，你能得出什么结论？为什么？已知水通道蛋白的水通透性可被汞化合物抑制，你将如何设计实验充分证明CHIP28蛋白是水通道蛋白？若利用人工脂质体来证明CHIP28蛋白是水通道蛋白，实验应如何设计？4.引导学生总结归纳协助扩散的含义，运输方向，特点，实例，影响因素。5.动画演示转运蛋白中的通道蛋白和载体蛋白，并列表从转运特点、自身构象、是否与转运的分子结合、是否有特异性、实例等方面进行比较6.对比两种被动运输通过概念图，形成本堂课的结构框架。7.引领学生课后利用网络、书籍、图书馆等资源，查询、检索和了解更多转运蛋白与人类疾病及生物制药的关系。1.学生进行思维迁移由生活实际联想到物质跨膜运输。学生观察气体进出肺泡动画演示过程，思考问题：O2和CO2都是高浓度向低浓度运输2.观察，描述，比较，概括，分析，思考并总结自