朱立伟 邓鹏 丁娟

摘要充分借鉴STEM的教育理念，运用演示实验和定量实验等教学手段，引导学生建构渗透作用的条件和原理，理解微观分子的跨膜运动，促进学生理性思维的发展。

关键词渗透实验 渗透作用 实验教学 STEM教育理念

“渗透作用”是人教版高中生物《必修卜分子与细胞》第四章第一节的内容，在教材的“问题探讨栏目中”利用实验装置演示渗透作用现象，让学生分析问题并认识半透膜的作用，从而为进一步讲述“动物细胞的细胞膜和植物细胞的原生质层相当于一层半透膜”打下基础，这也是“细胞的物质输入与输出”这一章的学习基础。

但在实际教学过程中，由于时间、仪器和经费等因素限制，教师往往通过动画演示、教材讲解，说明渗透作用实验。学生无法从分子运动的角度上真正理解渗透作用的实质，缺少现实实验的直观体验，不利于培养科学思维。因此，借鉴美国相关STEM活动教材，重新对“渗透实验”进行了设计，注重实际操作的探究式学习，融合数学和科学课程，利用层层递进的相关活动，帮助学生理解分子的微观运动，深层理解“渗透作用”的内在实质，提高学生的理性分析和综合运用的能力，从而真正实现理性思维的培养。

1教学目标

（1）理解渗透作用的条件；说明渗透作用的实质；了解渗透原理的应用。

（2）通过设计定性实验与定量实验，培养提出假设并验证的探究能力，培养比较、归纳以及对所持观点的总结表达能力。

（3）通过学习“渗透实验”，培养微观分子运动的科学意识；积累细胞生物学知识，形成科学的世界观。

2教学过程

2.1演示实验，问题导入新课

教师引导学生阅读教材“问题探讨”的实验现象，提出问题：为什么漏斗液面会升高？使漏斗液面升高的水来自于哪里？教师利用问题，引导学生、思考初步建立分子跨膜运动的观点，激发学生进一步探究的兴趣。

2.2设计活动，理解渗透作用的实质和发生条件

活动1：渗透实验装置制作与现象。

①准备以下物品：透析膜、塑料杯一个、漏斗一个、长线若干，制作如图1所示的透析袋。

②准备氯化钠、葡萄糖和淀粉的混合溶液，在实验之前将混合溶液充分摇匀。

③用量筒量取40 mL的混合溶液，倒入透析袋中，并用电子天平称重透析袋并记录，精确到0.01 g。

④在塑料杯中倒入约3/4的蒸馏水（注意不要用自来水）。将透析袋浸泡在蒸馏水中，放置约20 min。

⑤引导学生思考：氯化钠、葡萄糖、淀粉在袋内与袋外，哪一侧浓度高？

⑥从塑料杯中取出透析袋来检测渗透现象并称重。

⑦计算重量变化百分比，并记录结果。

教师提出问题：哪种离子或分子跨膜转移造成这种结果呢？针对上述实验现象，请提出一个假设，如假设无机离子、葡萄糖和水都可以穿过透析膜，淀粉不能穿过透析膜。

设计意图：活动1要求学生利用透析技术完成氯化钠、葡萄糖、淀粉和水的渗透过程。学生通过动手实践，定量检测透析袋的变化，进行数据处理和分析。教师利用问题，引发学生的深层次思考，培养学生提出假设的科学探究能力，加深学生对渗透作用的理解。

与传统的定性判断不同，微观定量测定更有利于检验活动1提出的假设，更具说服力，为学生进一步学习物质跨膜运输的迁移学习奠定基础，同时增强学生理性思维的深度和广度，也有利于科学探究能力的培养。

活动2：渗透实验的控制与检测。

通过三组不同的测试实验来确定淀粉、氯化钠和葡萄糖是否能够穿越细胞膜。每组实验分别使用以下指示剂检测，当遇到淀粉、氯化钠或葡萄糖时，指示剂会改变颜色：

①碘液检测淀粉。向溶液中加入碘液，如果溶液中存在淀粉，碘将变蓝。

②硝酸银检测氯离子。将硝酸银加入含有氯离子的溶液中，深度由澄清变为浑浊。

③班氏试剂检测葡萄糖。如果溶液中含有葡萄糖，加入的班氏试剂将从翠蓝变为绿色、黄色、橙色或红色。绿色代表葡萄糖含量最少，红色则表示含量最多。

具體实验方案如下：

①向一个大烧杯中加入1/3的自来水，加热至沸腾。

②设置对照试管，按表1分别在试管上标记。

③向1～3号试管中分别加入2 mL的NaC1溶液、淀粉溶液、葡萄糖，向标记4～6号试管中分别加入加入2 mL塑料杯中的溶液。

④向标记1、4号试管加入一滴管硝酸银溶液。轻轻摇动试管，混合均匀，观察溶液颜色，在表1中记录相应结果。

⑤向标记2、5号试管加一满滴管碘溶液。轻轻摇动试管，混合溶液，观察溶液颜色，在表1中记录相应结果。

⑥向标记3、6号试管加一满滴管班氏试剂，混合溶液后将试管放入沸水浴中保温，大约2min后从沸水中取出并放置在试管架上。观察溶液颜色，在表1中记录相应结果。

⑦教师引导学生思考：

淀粉、葡萄糖、氯化钠哪些物质可以透过透析袋？

为什么不是所有的分子都可透过透析袋？活动1提出的假设是否成立？

请根据刚才的实验现象和思考，建构“渗透作用”生物学概念。

设计意图：活动2运用碘液、硝酸银溶液和班氏试剂检验与淀粉氯离子、钠离子、葡萄糖是否能够穿过透析膜，现象明显，说服力强，有利于激发学生的学习兴趣，加深学生对微观分子运动的理解。另外，活动中还通过设置对照实验，培养学生的理性思维，提高学生的科学素养。

2.3拓展延伸，思考渗透原理在生命现象中的应用

教师请学生根据所学的渗透作用原理，回答最初的问题：为什么漏斗液面会升高？使漏斗液面升高的水来自于哪里？学生在课后继续探究细胞的吸水和失水等相关知识，研究细胞膜物质运输的过程，培养自主学习和收集信息的能力，寻找影响因素，完成调查报告。

3教学反思

教学以解决问题“分子如何跨膜运动”为目的，教师运用数学、科学等多学科知识以及相关技术，通过定量检测和科学探究相结合，帮助学生不断深入建构“分子跨膜运动”的相关概念，并利用相关练习和问题引导学生对活动过程进行评价和反思，引导学生自主学习、归纳概括。

两个实验活动层层递进，让学生亲自经历知识的形成过程，使学生直观形象地理解微观粒子的运动过程，有利于学生正确建构渗透原理的概念，培养学生的科学观念和理性思维。整个教学过程充分体现以教师为主导、学生为主体的教学观念，让每个学生都积极主动地参与其中，实现了生物学实验的有效性。