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视频课题：第五届全国高中生物实验教学说课视频录像《细胞大小与物质运输的关系》山东省日照
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国高中生物实验教学说课视频录像《细胞大小与物质运输的关系》山东省日照实验高级中学高中生物
探究细胞大小与物质运输的关系
山东省日照实验高级中学 高华清
一、使用教材
人教版必修一《细胞增殖》
二、实验器材
琼脂、碘液、直尺、刀、模具、烧杯、天平、注射器、玻璃棒、滤纸、胶头滴管
三、实验创新要点
实验创新要点
1坚持原材料，琼脂，改进创新并非就是一味抛弃原教材
2实验原理，物理反应较化学反应更简单，安全
3实验安全系数更高
4通过预实验，染色时间精确
5用正方体和球体模型分别模拟植物、动物细胞形态
6创新模型的制备方法，获得标准模型
7设置对照实验，使实验更加完备
8引入两种数学模型，分析实验结果
四、实验原理
简单的物理反应，深棕色碘液能将透明琼脂染色。
五、实验教学目标
知识目标：通过对本实验的探索，掌握实验原理，理解相对表面积的意义，理解细胞不能无限长大的原因。
能力目标：提高学生科学探究、严谨设计、动手操作、跨学科解决问题的能力。
情感态度价值观目标：培养学生质疑、求实、创新精神，体验科学探究的思维过程和方法，以感受漫游科学的快乐！
六、实验教学内容
掌握教材实验过程，创新实验思路。
七、实验教学过程
按照科学探究的流程，分五个环节：提出问题；作出假设；设计实验；进行实验；得出结论。
1、 提出问题：细胞大小与物质运输两者是什么关系？
2、 作出假设，呈正相关或负相关。
3、 设计实验部分，是师生共同交流完成的，主要涉及以下四个问题。
问题一：NaOH在酚酞中变红的原理是什么？学生普遍知道是酚酞已溶解在琼脂块中，当把琼脂浸在NaOH中时，NaOH与琼脂中的酚酞发生化学反应呈紫红色。但NaOH有强烈的腐蚀性，所以有些同学可能会有心理压力而降低实验积极性。那么从安全角度考虑，可否换用其他显色反应呢？大部分学生会搬来刚刚所学的知识，蛋白质遇双缩脲试剂变紫色，还原糖与斐林试剂呈现砖红色沉淀等等。但有一个小组同学说其实可以打破思维定势，不只利用化学反应，完全可以在物理层面上直接用染色剂染琼脂，如碘液。考虑到物理反应更加简单，加之后来实验效果的明显，我们采纳了这个建议。
问题二：可否换用其他材料代替琼脂？如感温变色杯材料、豆腐、面包、面团、馒头等。其他同学虽然不置可否，但指出材料的内部必须是均匀的，才能保证同种物质在材料中的扩散均匀。很好的使用了单一变量原则！我们来看一下这些材料，豆腐、面包、馒头等在制作过程中会产生气泡形成不同大小的蜂窝，断然不是均匀介质！变色杯表面上有蓝色的退却或呈现，但只有能量传递，没有物质运输。而此时我也适时链接结合琼脂的制作方法和特性，最后仍然保留教材既定材料琼脂。
问题三：为了避免后期实验的盲目性，有组学生提出设立预实验，通过一系列梯度实验发现以下结果。通过一系列梯度实验发现：0.5g/ml的碘液，在琼脂中扩散10min，扩散深度为8mm。
问题四：既然模拟细胞物质运输，实际情况是细胞向内向外都有物质运输，可否增加一组扩散方向相反的对照实验？左图是原实验向内扩散的示意图，右图是对照实验的示意图，典型的对照原则！设计理念不错，那么实际操作应该如何设计呢？有一组学生提出可以将不同大小的三块已浸透碘液的琼脂块同时放入盛有洗脱剂乙醇的烧杯中，统计三块琼脂洗脱干净的时间进行比较。很快有人质疑，三块琼脂，不同体积，不同体积的琼脂中的碘分子的数目和扩散起点也不同，违背单一变量原则！由于种种限制因素，所以我们最终转为以半球为研究对象。
综上，我们确立了三处改造：1）显色反应改造：从安全性和简便性考虑，用物理反应代替化学反应。2）细胞模型改造：用球体和正方体模型分别模拟动物植物细胞3）对照实验改造：设置对照实验，模拟物质由内向外扩散。
对照实验示意图
4、 创新方案落定，我们就可以进行实验了。首先制备材料琼脂，制备正方体模型，琼脂质地较软有弹性，难切割，但我们注意到有一组学生采用如下方法：刀面与两直尺垂直，保证直线切下。制备球体模型，我们借用模具，两个半球，扣在一起即可，但在使用之前我们要烙制小孔，便于注射器将琼脂溶液缓缓注入，避免产生气泡。模拟扩散实验，同时放入同时取出，我们以球体为例（视频），观测一下碘液的扩散情况。切半球也是较难的操作，但是我发现有一位同学把整个球放入半只模具中，就可完全保证沿直径切开。大家看一下扩散效果，还是非常明显的理想的！
实验实物效果图
实验结果（以正方体为例）
这是实验数据，表格中还有两个比值①、②，那么这两个比值谁能直接反映物质运输效率呢？学生普遍回答比值①，对！但，比值①只有做实验得到这些数据才能计算出来，而比值②不管做不做实验，都是存在的一组数据，同时我也引导学生建立数学模型发现比值①和②的变化趋势是同步的。所以，完全可以用比值②来反映物质运输效率，当然还可以建立其他数学模型说明问题。经计算发现，随着球体半径或正方体边长的增大，相对表面积变小。为了使实验更加完备，我们进行第三处改造：设置对照实验模拟由内向外扩散，以半球为研究对象，待琼脂溶液半凝状态时，分别预埋同体积小球颗粒，凝固后可取出。这是最终的结果，我们分别以两个角度观测，俯视图和侧视图。
对照实验结果实物图
5、得出结论：细胞大小与物质运输效率呈负相关！所以细胞不能无限长大。
八、我的教学评价与反思
首先，亮点部分我总结为以下几点：
1坚持原材料，琼脂，改进创新并非就是一味抛弃原教材
2实验原理，物理反应较化学反应更简单，安全
3实验安全系数更高
4通过预实验，染色时间精确
5用正方体和球体模型分别模拟植物、动物细胞形态
6创新模型的制备方法，获得标准模型
7设置对照实验，使实验更加完备。
8引入两种数学模型，分析实验结果。
其次，反思部分，实验过程中，学生的能动性，严谨性充分体现，且很注重各种实验原则的应用，整个实验难易适中，学生的积极性充分调动，但是设计实验环节，对学生的思辨力要求高，有些学生沦为被动者。进行实验环节，有些学生有抵触懈怠现象。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
