《利用自制实验装置模拟探究膜的透性》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《利用自制实验装置模拟探究膜的透性》说课稿
一、使用教材
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书生物必修1《分子与细胞》第4章第1节“物质跨膜运输的实例”。

二、实验器材
实验器具：自制渗透装置、玻璃纸（赛璐玢）、保鲜膜、纱布、滤纸、烧杯、玻璃棒、量筒、滴管等。

实验试剂：蒸馏水、红糖溶液、蛋白质溶液、淀粉溶液、葡萄糖溶液、稀盐酸、碳酸钙、溴麝香草酚蓝水溶液。

三、实验创新要点/改进要点
（一）半透膜选材的改进
在日常教学中，很多老师以“讲实验”的方式开展教学，学生不容易理解。

有一些老师提出利用生物材料，如卵壳膜、肠衣、肝肾包膜等作为半透膜，但是制备这些材料的操作难度较大。

经过多次实验，比较卵壳膜、肠衣和玻璃纸，发现玻璃纸组的实验现象最明显，确定使用玻璃纸作为材料。

对玻璃纸进行活化处理，即水浴加热10分钟，既可以使玻璃纸容易固定，还能保证实验现象明显。

（二）渗透实验装置的改进
教材实验装置涉及器具较多，进行探究实验操作比较繁琐，且实验装置需要占用较大空间。

师生共同分析，提出一些实验装置改进思路。

经过反复探讨，确定并定制实验装置，见图1、2。

装置主体为长方体形态，在两个槽之间放置半透膜和防漏胶圈，用螺丝和螺母进行固定，装液槽可以随实验方案增加或减少。

为方便学生在短时间内观察现象，将装置比
例进行调整，见图3，可以保证在短时间内观察到实验结果，并且可以用长尾夹替代螺丝和螺母的固定，更加方便操作。

图1 实验装置设计图图2 实验装置组件
图3 演示实验装置（左）和学生探究实验装置（右）
（三）实验方案的改进
本实验最重要的目的是帮助学生理解渗透作用的原理和条件。

教材实验方案只演示渗透现象，原理和条件常需要学生通过联想、思考从而归纳得出，感性认识不足。

改进后，将实验改为探究实验，利用自制实验装置，通过设计对照实验、实施实验、分析结果等过程，引导学生在感性认识的基础上，通过理性分析最终得出结论，既有利于学生理解知识，也能培养学生的科学思维和科学探究。

实验方案有：
1.探究渗透作用的发生需要半透膜；
2.探究渗透作用的发生需要浓度差；
3.探究葡萄糖分子、淀粉分子、蛋白质分子等物质的跨膜情况。

（四）实验试剂的改进
在教材中，半透膜内外的溶液分别是无色的蔗糖溶液和蒸馏水，通过观察液面变化反映渗透作用的发生，进行演示实验时现象不够明显。

用红糖溶液代替无色的蔗糖溶液，比在无色蔗糖溶液中滴加红墨水，除了实验现象明显，还可以减少无关变量的干扰。

四、实验原理/实验设计思路
一个完整的渗透系统由两个溶液体系以及两者之间的半透膜组成。

渗透作用指两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。

还原糖与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。

淀粉遇碘变蓝色。

蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应。

五、实验教学目标
（一）通过模拟实验探究渗透作用，分析渗透现象，说出渗透作用的原理和条件，形成结构和功能观；
（二）通过探究实验，分析实验结果，总结渗透作用的原理和条件，建构渗透作用的物理模型；
（三）通过模拟实验探究其他物质的跨膜情况，结合实例分析细胞中其他物质跨膜运输的特点，参与讨论并作出理性解释，形成“细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜”的生命观念；
（四）通过提出问题、获取信息、设计实验、实施实验等过程，解决问题，体验和领悟科学探究方法，提高科学探究的实践能力。

（五）学会运用生物学的知识解决现实生活问题。

六、实验教学内容
（一）实验一：探究渗透作用需要半透膜
用三个装液槽组装实验装置见图4，红色为红糖溶液，透明部分为蒸馏水，左侧连接处放保鲜膜，右侧连接处放玻璃纸，实验结果见图5，左侧红糖溶液保持初始液面不变，右侧红糖溶液液面上升，蒸馏水液面下降，水分子从蒸馏水一侧通过玻璃纸进入红糖溶液。

用两个装液槽加纱布进行实验，红糖溶液通过纱布与蒸馏水混合，结果不出现液面差，见图6。

这些结果说明渗透作用需要半透膜。

图4 探究渗透作用需要半透膜图5 保鲜膜和玻璃纸组的实验结果
图6 纱布组的实验结果
（二）实验二：探究渗透作用需要浓度差
用两个装液槽组装实验装置，两个槽的连接处都放玻璃纸，在玻璃纸两侧装不同溶度的蔗糖溶液见图7、8，实验结果见图9、10，有浓度差的组别出现两侧液面高度差，说明
渗透作用需要浓度差。

图7 两侧分别为0.2g/mL和0.5g/mL的蔗糖溶液图8 两侧为等溶度的红糖溶液
图9 两侧出现高度差图10 两侧液面始终平齐
（三）实验三：探究其他物质的跨膜情况
引导学生利用渗透装置和物质检测的方法，探究葡萄糖分子、淀粉分子、蛋白质分子等物质的跨膜情况，分析实验结果，总结其他物质的跨膜情况，理解半透膜透过物质具有选择性。

图11为探究二氧化碳的跨膜情况，半透膜内装溴麝香草酚蓝水溶液（左，蓝色），广口瓶内装稀盐酸和碳酸钙，一段时间后溴麝香草酚蓝水溶液由蓝色变绿色再变黄色（右），结果说明二氧化碳可以通过玻璃纸（半透膜）。

图11 探究二氧化碳的跨膜情况（左为初始状态，右为实验结果）图12为探究葡萄糖的跨膜情况，两侧分别装蒸馏水、葡萄糖溶液，两个槽之间都放玻璃纸，一段时间后用斐林试剂检测①和②的液体，结果见图13，两支试管都出现砖红色沉淀，说明葡萄糖分子可以通过玻璃纸（半透膜）。

图12 探究葡萄糖的跨膜情况图13 两支试管均出现砖红色沉淀图14为探究淀粉分子和碘离子的跨膜情况，两个槽内分别装淀粉溶液和碘液，两个槽之间都放玻璃纸，一段时间后观察两侧颜色变化，结果见图15，淀粉溶液变蓝，碘液不变色，说明碘离子可以通过，而淀粉分子不能通过。

图14 探究淀粉分子和碘离子的跨膜情况图15 淀粉溶液变蓝，碘液不变色
图16为探究蛋白质的跨膜情况，两侧分别装蒸馏水、蛋白质溶液，两个槽之间都放玻璃纸，一段时间后用双缩脲试剂检测①和②的液体，结果见图17，①中液体不变紫色，②作为对照变为紫色，说明蛋白质分子不能通过。

图16 探究蛋白质分子的跨膜情况图17 左侧未变紫色，右侧变紫色利用教材资料分析的实例，引导学生分析细胞的物质跨膜的特点，总结出物质运输并不都是顺相对含量梯度的，细胞对于物质的进出有选择性，可以说细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。

七、实验教学过程
展示图片：
创设情境
讲述：为什么萝卜条放在蒸馏水和盐水中形态、重量
都发生变化？我们知道细胞膜可以控制物质进出，怎
样控制水分的出入呢？需要通过本节课的学习来解
决这些问题。

八、实验效果评价
教学过程包括课外研究性学习活动和课堂实验教学活动，实验改进过程和教学过程取得了一定的效果，师生均获得提升。

1.师生共同参与实验改进和创新，学生主动参与学习，亲历提出问题、获取信息、设计方案、实验检验、总结结论等过程，应用生物、物理、化学和通用技术等学科的知识解决问题，有利于激发学生的问题意识和创新思维，培养学生的科学思维，发展创新创造能力。

2.课外研究性学习活动的成果转化为课堂实验教学的方法和资源，促进实验教学顺利开展，提高实验教学的效果。

3.改进后的实验方案，取材方便，操作性强，方便学生开展探究实验，利于推广。