用创新实验促进学生体验概念形成过程
——“细胞膜的功能”教学研讨

周 密 赵广宇

（1成都市第七中学初中学校四川成都610041 2成都石室中学北湖校区四川成都610041）

1 设计思路

本节内容选自生物学（北师大版）7年级（上）第3章，旨在构建“细胞膜的功能”的重要概念后，为学生构建“细胞是生物体结构和功能的基本单位”这一核心概念奠定基础。

本节教学首先引导学生对动、植物细胞进行观察、拍摄、绘制，辨认动、植物细胞的基本结构，并比较它们在结构上的异同，由此直观感知细胞膜结构的存在及其位置，激发学生对细胞膜功能的猜想。其次，指导学生完成“活细胞染色”探究实验：作出假设、完成实验、记录现象、分析原因，以证明细胞膜具有“选择透过性”的特点，进而归纳细胞膜具有“控制物质进出细胞”这一重要功能；再通过观察“鲜花脱色”演示实验，得出“活细胞才具有控制物质进出细胞的功能”；最后，通过观看“中性红染色较长时间”实验微视频，感悟“细胞膜控制物质进出细胞的功能有一定的限度”。学生借助多种实验方式，在亲身实践与观察过程中深度思考、逐步剖析；同时，借助数码显微镜、平板电脑等现代信息技术，进行师生之间的互动交流；最终归纳形成“细胞膜的功能”的重要概念。

2 概念分析

《义务教育生物学课程标准》（2011年版）在“生物体的结构层次”提出的重要概念有“细胞是生物体结构和功能的基本单位”“动物细胞、植物细胞都有细胞膜、细胞质、细胞核和线粒体等结构，以进行生命活动”。本节课的重要概念为“细胞膜具有分隔和控制物质进出细胞的功能”。包括2条主要的次位概念，以及支撑每条次位概念理解的事实性知识：

A.细胞膜将细胞与外界环境分隔开。

A.1细胞由细胞膜所包裹，细胞膜将细胞与外界分开；

A.2细胞膜是相对独立的结构，具有特定的功能。

B.细胞膜能够控制物质进出细胞。

B.1有些物质可以通过细胞膜进出细胞，有些物质则不可以，因此细胞具有“选择透过性”的特点，可以控制物质进出细胞；

B.2活细胞的细胞膜才能控制物质进出细胞；

B.3细胞膜“控制物质进出细胞”的功能有一定的限度，环境中部分有害物质仍能通过细胞膜进入细胞。

3 教学目标

1）知识目标：说出细胞膜具有“分隔”功能；说明细胞膜具有“控制物质进出细胞”的功能。

2）能力目标：完成“活细胞染色”实验，描述实验结果、分析实验现象、得出实验结论。

3）情感态度与价值观目标：认同“细胞膜控制物质进出细胞功能有一定的局限性”。

4 教学重、难点

1）教学重点：细胞膜“控制物质进出细胞”的功能。

2）教学难点：细胞膜具有“选择透过性”。

5 教学过程

5.1 回顾前概念，推测细胞膜功能教师播放学习细胞的各种视频资料，特别是学生用显微镜观察、用平板电脑拍摄的各种生物细胞微视频，引导学生回忆细胞的基本结构，并利用学生拍摄的草履虫细胞照片，辨认草履虫的细胞膜、细胞质、细胞核等基本结构。

教师启发学生思考：草履虫细胞最外层的细胞膜有什么作用？为什么细胞膜具有保护作用？学生分析得出：细胞膜把细胞质、细胞核包在里面有保护作用，因为它把细胞与外界环境隔离开。

5.2 完成探究实验，逐步构建概念

5.2.1 交流探讨，推理分析细胞膜的功能教师追问：细胞膜将细胞与外界环境分隔开，就能实现保护作用吗？学生对此问题感到困惑，无法回答。

此时，教师绘制草履虫简图，并设置问题串：①草履虫生存的营养物质从何而来，产生的代谢废物到哪里去了？②营养物质进细胞、废物出细胞需要通过什么结构？③外界环境中是否只有营养物质？细胞是否只从外界环境中获取营养物质？

通过思考、讨论，学生产生了认知冲突：草履虫需要通过细胞膜从外界获取营养物质，但并不需要外界的废物，细胞产生的废物需要排出，但又不能将有用的物质排出，如何解决这个矛盾？

教师鼓励学生大胆猜想：细胞膜还有什么作用？学生想到了细胞膜的“过滤”作用，并作出解释：细胞膜可以像筛子一样，排出废物时留下有用的东西；吸收营养时其他没用的就留在了膜外。教师对学生的推测进行简要概括：某些物质可以通过细胞膜，某些物质不可以，同时提出：如何验证自己的猜测？

5.2.2 动手实践，实验验证细胞膜的功能由于学生无法完成实验的设计，教师通过提供实验的材料用品：草履虫培养液、0.1%的中性红稀释液、稀释200倍的红墨水稀释液，以此启发学生设计实验的思路。

有学生提出：将草履虫培养液滴在载玻片上，再将稀释液滴入培养液，观察草履虫细胞颜色的变化，并进一步推理可能出现的3种情况：①2种稀释液滴进去细胞都不变红，可以证明草履虫细胞膜能不让某些物质进细胞；②2种稀释液滴进去后细胞都变红，只能证明这2种物质都能通过细胞膜；③滴加其中一种变红而滴加另一种不变红，这才能证明某些物质能够通过细胞膜，某些则不可以。

在研讨过程中，有学生通过教师的提示，补充设计：应该先观察草履虫原来的形态，再与染色后的形态做对照。最终完善了实验方案。

教师提出了3点实验要求：①制作染色前、后草履虫细胞颜色对照图作为实验证据；②实验结束后用清水将用过的培养液冲入回收杯，尽量保护草履虫的生命；③各小组扫二维码完成调查问卷，以便统计全班的实验结果。

各小组按照分工完成分组实验，并利用每组2台数码显微镜进行对照观察。观察到实验现象后，学生利用平板电脑进行记录、扫码完成了实验结果统计，并制作了染色前、后草履虫细胞颜色对照图。

5.2.3 深度思考，归纳概括细胞膜的功能教师请2组学生对观察到的现象进行展示交流。第1组现场展示了制作的对照图，并描述：“利用平板电脑在数码显微镜的屏幕上拍摄了染色前和染色后的草履虫照片，用Keynote软件制作了对照图。第1张是染色前草履虫细胞图片；第2张是滴加了中性红的草履虫细胞图片，染色2 min左右变红；第3张是滴加了红墨水的草履虫细胞图片，染色5 min左右都未变红。”（图略）

第2组描述的实验结果：实验分为2组，一组观察中性红染色情况，另一组观察红墨水染色情况。滴加中性红的草履虫可以变色，说明草履虫可吸收中性红；而红墨水不能使草履虫变色，说明草履虫不能吸收红墨水。”

教师现场展示了学生扫码答问的结果：大多数组都观察到了类似的现象，少数组不能确认。

针对实验现象，教师引导学生分析其原因是：中性红能够通过细胞膜而红墨水不可以。由此得出结论：某些物质能够通过细胞膜，而某些则不可以。从而证实了实验前的推测。

此时，教师点拨：某些物质能够通过细胞膜，而某些不能通过的特点，称为“选择透过性”。选择透过性对细胞有何意义？

有学生阐述：食物来源是困扰草履虫的一个问题，当草履虫的细胞膜有选择透过性，就能从水中过滤食物、排出杂质，得以生存，细胞膜是一个“神器”。其他学生则用“限制”或者是“控制”“选择”等词汇，描述细胞膜在物质进、出细胞时发挥的作用。

教师指导学生通过阅读教材，归纳、提炼得出：细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。教师进一步总结：细胞膜的“分隔”功能将细胞与环境隔离开，变成独立的部分；“控制物质进出细胞”功能，可使细胞和外界发生联系。这对于细胞有什么意义？

学生讨论得出：使细胞既与外界环境相对独立又能与其发生联系，很好地实现了保护作用。

通过讨论交流，学生虽然用了不同的方式或不同的词语表述细胞膜的功能，但已构建“细胞膜具有控制物质进出细胞的功能”这一重要概念，再联系之前所得出的“细胞膜具有分隔的功能”，学生对细胞膜如何实现“保护作用”有了更深层次的理解。

5.3 拓展延伸，借助实证内化重要概念

5.3.1 观察演示实验，拓展重要概念教师演示鲜花脱色实验：取非洲凤仙的红色花朵为材料，分别放入1号和2号烧杯，各自倒入50 mL清水浸没。1号烧杯加热，2号烧杯不做处理。请学生对照观察2个烧杯中液体的颜色变化。在演示实验的过程中，教师邀请1名学生利用平板电脑现场拍摄，并利用无线投影功能将画面投射到互动电视，让所有学生都能清晰地观察到实验过程的每个细节。

学生描述观察到的现象“加热后的花瓣褪色了，水变红了”并解释导致该现象的原因是“开水把细胞膜煮坏了，细胞内的色素流出”。在教师的继续追问下，学生得出“完整的、有生命的细胞膜才具有控制物质进出的功能”的结论。

5.3.2 观看实验微视频，深入理解概念教师展示用数码显微镜记录的微视频：中性红染色较长时间后与草履虫细胞的变化。要求学生观看后，描述实验结果。

学生观察到的结果：当中性红进入草履虫细胞较长时间后，细胞开始变形，由草鞋形逐渐变成椭圆形，之后，细胞膜破裂，细胞质等细胞内容物从破裂的地方流出。

学生分析其中的原因得出：活细胞染色实验中，草履虫的染色状况及其细胞本身的变化，与草履虫处于染色剂中的时间有关。

教师继续引导学生归纳得出结论：细胞膜破裂，不仅是无用的物质，有用的物质也被排出。教师追问：中性红对草履虫细胞是有害的，为什么它还是能够通过细胞膜？学生能够回答“草履虫的细胞膜还不能完全选择有害或无害的物质”，最后归纳得出“细胞膜控制物质进出的功能有一定的限度”，并对“为什么要保护环境”有了更进一步的理解。

6 教学反思

6.1 创新设计教学实验，学生充分感受事实本节课创造性地设计了“活细胞染色”这个学生探究实验，学生在观察到滴入中性红稀释液后草履虫细胞逐渐变红的现象后，学习的积极性被充分激发。同时，也感受到“中性红能够通过细胞膜进入细胞、而红墨水不可以”的事实。教师还设计了演示实验、学生拓展实验等实践活动，学生在亲身体验事实的基础上，进一步探索概念所蕴含的丰富内涵，实现概念的自主构建，而不是仅仅记住表述概念的语言符号。

6.2 系统设计学习活动，体现概念的逻辑性完成实验不是最终的目的，充分利用实验帮助学生构建概念才是重点。因此，在本节课，教师引导学生在实验前进行了推理假设，实验后进行了现象描述、原因分析与结论概括，得出了“细胞膜具有选择透过性”的特点，继而再分析得出“细胞膜能够控制物质进出细胞”这一重要概念。之后，利用“鲜花染色”实验、《中性红染色较长时间后细胞的变化》微视频，帮助学生理解细胞膜控制物质进出细胞的功能还需要一定的前提条件、也有一定的局限性。这样，将实验与高阶思维活动紧密结合，帮助学生精准构建重要概念。

6.3 充分利用现代技术，保证创新实验实施在完成“活细胞染色”实验时，使用了带有显示屏的数码显微镜，学生可共同观察细胞染色后的变化，避免了普通光学显微镜不能多人同时观察的缺点；利用平板电脑拍摄功能记录实验结果，可让记录更快捷、生动；利用平板电脑中的软件对拍摄的实验现象照片进行编辑，能更直观地呈现实验证据；在问卷网上设置问卷，学生用平板电脑现场扫码答卷，可快速统计所有小组的实验结果，收集更多的实验数据，让实验结果更具说服力；平板电脑无线投射功能则将“鲜花脱色”实验过程同步投射到互动电视上，便于所有学生清晰观察实验现象……本节课，现代信息技术不是点缀，不是噱头，而是很好地融合在了学习过程中，助力学生学习目标的顺利达成。

［1］中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准（2011年版）.北京：北京师范大学出版社，2012.

［2］周密.平板电脑支持下的初中生物学实验教学探究.生物学通报，2015，50（5）：37.