运用POE教学策略探究细胞膜对物质的通透性 论文.docx

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1、运用POE教学策略探究细胞膜对物质的通透性摘要：红细胞在不同等渗溶液中的溶血情况可以反映出细胞膜对溶质的通透性大小，本文运用POE教学策略，设计了“预测-观察-解释环节，组织学生在真实情境中解决真实问题，强调了学生的中心地位，有助学生领悟科学研究思路，提高解决具体问题的能力，发展终身学习的意识。关键词：POE教学策略，实验教学，细胞膜的通透性，红细胞溶血现象引言：在日常的生物实验教学过程中，由于现实的条件以及教师教学策略的使用，学生往往在学习的过程是知识的被动接收者、实验流程的重复者以及实验现象的记忆者等，学生解决的问题往往是由教材或老师提供，而非学生生成，使得学生在解决问题的过程中，没有代入

2、感，难以达到好的教学效果。本文进行实验教学中采用POE教学策略，就在尝试找到一种切实可行的方法，将学生转变为知识的生成者，实验流程的设计者、现象的观察者以及问题的解决者。一、PoE教学策略L概念mPOE教学策略是由GunstoneR-F和WhiteR-T于20世纪90年代正式提出并发展。这一教学策略包含三个环节，即学生预测（Predict）、学生观察（ObSerVe）和学生解释（Explain）o预测过程可以暴露学生的已经有的概念基础，并在学生阐述预测理由的过程中，使学生的脑中意识外显化于文字，有利于学生后期进行概念转变与知识构建。观察过程重点在于学生对实验现象的观察与记录并将记录结果与课前的

3、预测作比较，引发认知的冲突，激发起学生的好奇心和求知欲，吸引学生深入研究要学习的内容。解释环节即学生在发现认知冲突后，通过课上学习、与老师同学探讨以及课后查阅资料等方法对与预测不相符的实验现象做出合理的解释，并在此过程中不断完成己有概念的纠正与新概念的建立。2.理论依据（1）观察渗透理论观察渗透理论认为有着不同的知识背景的人，在观察同一事物时会得到不同的观察结果。在实验探究的过程中，如果想用观察去论证某一个理论，那么就要在观察之前利用理论进行演绎推理，然后看能否观察到理论预测的现象。在POE教学策略中，包含学生观察过程，要求全班每个同学都要完成观察环节,形成文字记录档案上交。教师可以通过阅读学

4、生对于实验现象的文字描述，把握学生已经有的理论基础，为后续设计活动和建立评价体系奠定基础。(2)概念转变理论概念转变理论认为，学生在学习一个新的内容之前，脑中并非一片空白，而是包含一些已有概念，比如学习者在日常生活与学校各学科的学习的过程中获得的直接或者间接经验、生成的各种想法与态度等。这些概念有的正确，有的错误还有的不准确，都会同影响学生后面新概念的建立。二、探究细胞膜对物质的通透性教学内容分析1 .设计理念在新课标当中强调：教学过程注重实践，要让学生动手活动，动脑思考，通过探究类活动，理解生物概念，提升应用能力。本实验可以设计于人教版生物必修1分子与细胞模块第4章细胞的物质输入和输出之后，

5、对教材内容进行补充，使得学生更好的理解细胞膜对不同的物质通透性不同，体会选择透过性这一生物膜的功能特点，并在实践中形成严谨的科学思维和积极的科学态度。2 .实验原理本实验将人或者是鸡的红细胞分别放置于各种等渗溶液中。实验准备的等渗溶液包括钠盐、钱盐等离子溶液、葡萄糖溶液以及脂溶性的小分子溶液(图1)o理论上，红细胞在等渗溶液中，形态保持稳定，不会发生溶血，但是由于细胞对不同物质通透性不同，如果溶质能进入细胞，那细胞内的渗透压就会升高，大于外界溶液，从而吸水涨破，发生溶血。图2左侧是生理盐水组，红细胞在生理盐水中不发生溶血，透过试管，不能看到后面白纸上的黑线，图2右侧是蒸储水组，红细胞在蒸储水中

6、会发生溶血，透过试管可以清晰看见后面的黑线。在后面的操作中，观察红细胞是否发生溶血，都以这两组作为参照。图1配置红细胞的等渗溶液图2红细胞在生理盐水（左）与蒸饱水（右）中的溶血情况3 .学习目标以上原理是学生已经具备的认知基础，且高一阶段的学生观察、记忆、想象能力迅速发展。但是，高一学生在实验设计方面易受感觉的支配，设计的实验往往不能够达成研究的目的，且学生刚入高一，不太有机会使用实验设备，所以在动手方面还需要锻炼。因此根据课标要求以及学情我设置了以下目标：第一，通过探究细胞对钠盐、镂盐、葡萄糖及脂溶性物质的通透性实验，形成从生命现象中发现生物学问题并设计实验解决问题的能力；第二，通过分析鸡血

7、红细胞与人血红细胞溶血情况的差异，形成结构和功能的生命观念，认同生物多样性以及复杂性；第三，以小组合作的形式进行实验任务分配，在方案实施和讨论的过程中，培养学生团队沟通合作的能力和创新意识。完成了目标，就能渗透生物学科核心素养。4 .实验操作流程本实验具体的操作流程如表1,取12只洁净的试管，第一只试管里用微量可调移液器加入3蒸储水，第二只试管里加入3ml生理盐水，按照相同操作，在12只试管中加入等量不同的等渗溶液，并用标签纸做好标记。继而每只试管中都加入0.5ml人血稀释液，观察现象及记录溶血时间。如果探窕鸡血红细胞对不同物质的通透性，只需将人血换成鸡血，其余操作相同。三、教学过程分析1 .

8、预测环节学生在课前学习实验原理，知晓溶血现象的发生与否意味着物质能否进入细胞以及溶血时间长短意味着物质进入细胞的快慢。然后给学生分发学习单，学生根据已经学习过的物质进出细胞的相关知识，对钠离子、铉根离子、葡萄糖以及脂溶性的小分子能否进入细胞做出判断，并在学习单里预测部分（表2）写出预测结果与理由。表2学习单中的预测部份一、预测（根据所学知识进行预测，并阐述理由）1我的预测2我的预测理由1 .什么物质能进？什么物质不能进？2.1. 质进入的快慢？2 .观察环节预测完后，学生分小组按照实验流程进行实验，记录红细胞在不同的等渗溶液中能否溶血，如果能溶血，就记录溶血的时间，并填写在学习单中的观察部分（

9、表3）,并在实验结束后与之前预测结果相比较，看是否相符。二、观察（观察相关事实并记录实验结果，与预测作比较）3 .解释环节在教学实践过程中，学生填写了预测结果并阐述预测的原因，部分结果见图3。然后分小组观察细胞在不同溶液中的溶血现象（见图4）,并在学习单中记录溶血的时间，部分结果见图5。学生在将实验结果与预测做对比后，产生了认知冲突，经全班汇总整理，冲突主要体现在以下几点：第一，人血红细胞比鸡血红细胞更容易发生溶血；第二，红细胞在等渗钠离子溶液不会使发生溶血；第三，红细胞在等渗核盐溶液会发生溶血，但时间很不同；第四，脂溶性物质更容易通过细胞，其中通过的速度乙醇丙酮乙二醇甘油；第五，目测在半小时

10、内，红细胞在等渗葡萄糖溶液中不发生溶血。图3学生预测结果及预测原因图4细胞在不同等渗溶液中的溶血情况图5红细胞在等渗溶液中的溶血时间产生认知冲突后，学生以小组为单位，分配任务，采用课下多种方法，尝试去解决问题。课上小组派代表汇报自己的研究成果，然后小组之前间交流，攻克全班在实验中发现的所有问题。现以个别问题为例，展示一下学生解决问题，对现象进行解释的的过程。（1）解释血红细胞在等渗葡萄糖溶液中不发生溶血学生在操作过程中发现，在半小时内红细胞在等渗葡萄糖溶液中不发生溶血。此结果与大部分同学的预测产生冲突，因为之前学生学过葡萄糖能以协助扩散的方式进红细胞。学生就此问题提出假设：葡萄糖进红细胞速度慢

11、，如果时间足够长，还是会发生溶血。如何对假说进行验证？学生提出，可以制作血液临时装片，在显微镜下观察细胞形态。图6是生理盐水组，可在显微镜下观察到完整的具细胞核的鸡血红细胞，图7是蒸锵水组，红细胞吸水涨破，无完整红细胞。图8是处理红细胞30min的葡萄糖组，以细胞核作为参照，可以看到膨胀的红细胞。由此现象可以得出,学生假设正确。目镜2OX物镜40X图6生理盐水组目镜2OX物镜40X图7蒸僚水组目镜20X物镜40X图8鸡红细胞在等渗葡萄糖但是对人血红细胞进行镜检时，由于没有细胞核作为参照，不容易观察到膨胀或涨破的红细胞。教师可在此引入分光光度计，将定性观察和定量分析相结合。探究过程如下：学生按照

12、实验操作单（表4）配制0%溶血及100%溶血，然后以二者为原液，配置出20%溶血，40%溶血60%溶血及80%溶血，并在波长为455nm时用分光光度计测出各组透光率，利用计算机技术绘制出溶血率和透光率的标准曲线（图8）。对葡萄糖组设置时间梯度，每30分钟测一次透光率并记录，最后利用标准方程算得溶血率。从学生处理的数据（图9）可以看出,随时间延长，溶血率再加大，假设正确。菊篇也洎率()与时间的关系图8溶血率和透光率的标准曲线图9溶血率和时间的关系(2)人血红细胞比鸡血红细胞更容易发生溶血学生通过查阅文献资料，总结原因可能是哺乳动物成熟红细胞没有细胞核,因此贯穿质膜与细胞核之间的细胞骨架网络系统薄

13、弱。鸡血红细胞有核细胞，其质膜成分与骨架成分可以相互结合，使细胞膜抗低渗的机械强度大大增加，很难像哺乳动物成熟红细胞那样在短时间内吸水涨破。四、总结1 .实验优势综上所述，“探究细胞膜对物质通透性这一实验有以下几点优势：第一，实验的思路比较巧妙，将物质跨膜这一微观过程，转化为溶血这一宏观可见的现象，使得在高中实验室就可探究细胞膜对不同物质的通透性问题；第二，操作起来也比较简单，本实验的核心操作在于将红细胞与各种等渗溶液混合，观察是否溶血，记录溶血时间，适合高一的学生；第三，实验现象明显，从图片展示可以看出，如果物质进入细胞，则发生溶血，可以清晰看到白纸上的黑线。以上三点优势大幅度提升本实验的可

14、行性，为本实验在高中开设提供可能。2 .策略优势在高中生物实验教学实践过程中，教师有时采用的策略是先向学生讲解实验的原理、过程，继而在课堂上进行演示实验或组织学生在实验室进行实验，最后学生用刚学的知识对现象进行解释；有时教师还会采用先在课堂上进行演示实验，学生对实验过程与现象进行观察与记录，最后教师解释出现实验现象的原因；有时还会由于条件有限，教师无法开展实验，只能先讲解完实验原理、过程及注意事项等内容，继而让学生观看实验演示视频或者直接让学生看图背书。POE教学策略与上述平时会使用的策略相比，有以下几点优势：第一，明确教师的角色不仅是学生知识的来源，还是学生学习情景的构建者、学习活动的设计者

15、与引导者，教师在组织教学的过程中应用此策略可以切实将学生设计为学习的中心，营造尊重事实，自由开放的学习氛围，并为学生学习与展示搭建平台；第二，此策略下设计的环节使得学生能够带着问题去进行学习活动，目的性强、主动性高且效果好；第三，此策略的核心在于学生必须选择生成某种理由去解释观察到的现象，尤其是与自己的预测并不相符的现象。如果最终学生利用的是生活经验、直觉或者是与科学相悖的观点去解释，那说明学生并没有达成学习目标，需要教师再根据学生的情况设计教学活动，帮助学生。第四，此策略下信息传递是多元化的，学生并非单一的从教师那里获得知识并记忆，而是以解决问题为目的，与老师同学进行探讨与交流。3 .教学建

16、议在使用POE教学策略的过程中，首先，要注意对教学内容的选择，并非所有内容都能准确贴合“预测观察-解释这三个环节；其次，在学生预测之前，教师要初步把握学生已经有的知识和能力，不能盲目设计预测的问题，如需必要,还要进行知识的铺垫；最后，教师要注意引导的程度，一节好课需要教师的引导，但教师应把重点放在研究思路的引导，而非观点和具体操作上的引导，否则就会干扰学生的预测内容以及观察到的现象。参考文献1WHITER,GNSTONERF.ProbingUnderstandingM.London：TheFaImerPress,19222任欢：基于观察渗透理论的高中英语教师课堂观察能力研究.陕西理工大学，2021.3刘恩山：中学生物学教学