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視頻課題：第五屆全國高中生物實驗教學說課視頻錄像《細胞大小與物質運輸的關系》山東省日照
教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國高中生物實驗教學說課視頻錄像《細胞大小與物質運輸的關系》山東省日照實驗高級中學高中生物
探究細胞大小與物質運輸的關系
山東省日照實驗高級中學 高華清
一、使用教材
人教版必修一《細胞增殖》
二、實驗器材
瓊脂、碘液、直尺、刀、模具、燒杯、天平、注射器、玻璃棒、濾紙、膠頭滴管
三、實驗創新要點
實驗創新要點
1堅持原材料，瓊脂，改進創新并非就是一味拋棄原教材
2實驗原理，物理反應較化學反應更簡單，安全
3實驗安全系數更高
4通過預實驗，染色時間精確
5用正方體和球體模型分別模擬植物、動物細胞形態
6創新模型的制備方法，獲得標準模型
7設置對照實驗，使實驗更加完備
8引入兩種數學模型，分析實驗結果
四、實驗原理
簡單的物理反應，深棕色碘液能將透明瓊脂染色。
五、實驗教學目標
知識目標：通過對本實驗的探索，掌握實驗原理，理解相對表面積的意義，理解細胞不能無限長大的原因。
能力目標：提高學生科學探究、嚴謹設計、動手操作、跨學科解決問題的能力。
情感態度價值觀目標：培養學生質疑、求實、創新精神，體驗科學探究的思維過程和方法，以感受漫游科學的快樂！
六、實驗教學內容
掌握教材實驗過程，創新實驗思路。
七、實驗教學過程
按照科學探究的流程，分五個環節：提出問題；作出假設；設計實驗；進行實驗；得出結論。
1、 提出問題：細胞大小與物質運輸兩者是什么關系？
2、 作出假設，呈正相關或負相關。
3、 設計實驗部分，是師生共同交流完成的，主要涉及以下四個問題。
問題一：NaOH在酚酞中變紅的原理是什么？學生普遍知道是酚酞已溶解在瓊脂塊中，當把瓊脂浸在NaOH中時，NaOH與瓊脂中的酚酞發生化學反應呈紫紅色。但NaOH有強烈的腐蝕性，所以有些同學可能會有心理壓力而降低實驗積極性。那么從安全角度考慮，可否換用其他顯色反應呢？大部分學生會搬來剛剛所學的知識，蛋白質遇雙縮脲試劑變紫色，還原糖與斐林試劑呈現磚紅色沉淀等等。但有一個小組同學說其實可以打破思維定勢，不只利用化學反應，完全可以在物理層面上直接用染色劑染瓊脂，如碘液。考慮到物理反應更加簡單，加之后來實驗效果的明顯，我們采納了這個建議。
問題二：可否換用其他材料代替瓊脂？如感溫變色杯材料、豆腐、面包、面團、饅頭等。其他同學雖然不置可否，但指出材料的內部必須是均勻的，才能保證同種物質在材料中的擴散均勻。很好的使用了單一變量原則！我們來看一下這些材料，豆腐、面包、饅頭等在制作過程中會產生氣泡形成不同大小的蜂窩，斷然不是均勻介質！變色杯表面上有藍色的退卻或呈現，但只有能量傳遞，沒有物質運輸。而此時我也適時鏈接結合瓊脂的制作方法和特性，最后仍然保留教材既定材料瓊脂。
問題三：為了避免后期實驗的盲目性，有組學生提出設立預實驗，通過一系列梯度實驗發現以下結果。通過一系列梯度實驗發現：0.5g/ml的碘液，在瓊脂中擴散10min，擴散深度為8mm。
問題四：既然模擬細胞物質運輸，實際情況是細胞向內向外都有物質運輸，可否增加一組擴散方向相反的對照實驗？左圖是原實驗向內擴散的示意圖，右圖是對照實驗的示意圖，典型的對照原則！設計理念不錯，那么實際操作應該如何設計呢？有一組學生提出可以將不同大小的三塊已浸透碘液的瓊脂塊同時放入盛有洗脫劑乙醇的燒杯中，統計三塊瓊脂洗脫干凈的時間進行比較。很快有人質疑，三塊瓊脂，不同體積，不同體積的瓊脂中的碘分子的數目和擴散起點也不同，違背單一變量原則！由于種種限制因素，所以我們最終轉為以半球為研究對象。
綜上，我們確立了三處改造：1）顯色反應改造：從安全性和簡便性考慮，用物理反應代替化學反應。2）細胞模型改造：用球體和正方體模型分別模擬動物植物細胞3）對照實驗改造：設置對照實驗，模擬物質由內向外擴散。
對照實驗示意圖
4、 創新方案落定，我們就可以進行實驗了。首先制備材料瓊脂，制備正方體模型，瓊脂質地較軟有彈性，難切割，但我們注意到有一組學生采用如下方法：刀面與兩直尺垂直，保證直線切下。制備球體模型，我們借用模具，兩個半球，扣在一起即可，但在使用之前我們要烙制小孔，便于注射器將瓊脂溶液緩緩注入，避免產生氣泡。模擬擴散實驗，同時放入同時取出，我們以球體為例（視頻），觀測一下碘液的擴散情況。切半球也是較難的操作，但是我發現有一位同學把整個球放入半只模具中，就可完全保證沿直徑切開。大家看一下擴散效果，還是非常明顯的理想的！
實驗實物效果圖
實驗結果（以正方體為例）
這是實驗數據，表格中還有兩個比值①、②，那么這兩個比值誰能直接反映物質運輸效率呢？學生普遍回答比值①，對！但，比值①只有做實驗得到這些數據才能計算出來，而比值②不管做不做實驗，都是存在的一組數據，同時我也引導學生建立數學模型發現比值①和②的變化趨勢是同步的。所以，完全可以用比值②來反映物質運輸效率，當然還可以建立其他數學模型說明問題。經計算發現，隨著球體半徑或正方體邊長的增大，相對表面積變小。為了使實驗更加完備，我們進行第三處改造：設置對照實驗模擬由內向外擴散，以半球為研究對象，待瓊脂溶液半凝狀態時，分別預埋同體積小球顆粒，凝固后可取出。這是最終的結果，我們分別以兩個角度觀測，俯視圖和側視圖。
對照實驗結果實物圖
5、得出結論：細胞大小與物質運輸效率呈負相關！所以細胞不能無限長大。
八、我的教學評價與反思
首先，亮點部分我總結為以下幾點：
1堅持原材料，瓊脂，改進創新并非就是一味拋棄原教材
2實驗原理，物理反應較化學反應更簡單，安全
3實驗安全系數更高
4通過預實驗，染色時間精確
5用正方體和球體模型分別模擬植物、動物細胞形態
6創新模型的制備方法，獲得標準模型
7設置對照實驗，使實驗更加完備。
8引入兩種數學模型，分析實驗結果。
其次，反思部分，實驗過程中，學生的能動性，嚴謹性充分體現，且很注重各種實驗原則的應用，整個實驗難易適中，學生的積極性充分調動，但是設計實驗環節，對學生的思辨力要求高，有些學生淪為被動者。進行實驗環節，有些學生有抵觸懈怠現象。
視頻來源：優質課網 www.m.fsyixinda.com
