师：同学们好，很高兴又和大家见面。今天还是由我陪伴大家一起学习，这节课我们要进行第四章第一节“物质跨膜运输的实例”第二课时的复习。上节课我们学习了渗透作用的概念，了解到细胞是通过渗透作用完成吸水和失水的。通过对不同物质跨膜运输实例的分析，我们还知道了生物膜具有选择透过性。不过，咱们遗留了一个问题：植物细胞吸水和失水的探究活动是怎么进行的呢？这节课，咱们就借助这个活动学习科学探究的一般步骤。
想要研究植物细胞吸水和失水的问题，首先要了解植物细胞的结构。这是一个成熟的植物细胞模式图，它的最外面是一层细胞壁，细胞壁主要由纤维素和果胶构成，弹性较小，能对植物细胞起到支持和保护作用。细胞壁是全透性的，水分子以及溶解在水中的物质都可自由透过。在成熟的植物细胞内部，有一个很大的中央液泡，占据了细胞内绝大部分空间，把细胞质挤成一薄层。所以，成熟植物细胞内的液体环境主要指液泡里的细胞液。而细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质共同组成原生质层，这就是成熟植物细胞的结构。
现在我们希望探究植物细胞是不是通过渗透作用吸水和失水，关键问题在于：这个细胞能不能构成一个渗透系统？它有没有类似于半透膜的结构？如果有，这个结构又是什么呢？刚才分析可知，成熟植物细胞内的液体环境主要是细胞液，水分进出植物细胞主要进出液泡，所以水分子不仅要穿过细胞膜，还要穿过整个原生质层。这样一来，问题就转化成了原生质层是否相当于一层半透膜呢？要解决这个问题，需要通过科学探究。科学探究的第一个步骤，是在观察的基础上先提出有价值的问题。
师：原生质层相当于一层半透膜吗？我们要先尝试做出解答，也就是做出假设。根据已有的知识和经验，做出一个合理的假设。大家觉得应该怎么假设呢？
生：我们认为原生质层相当于一层半透膜。
师：很好，那这样假设的理由是什么呢？
生：植物的细胞膜、液泡膜都是生物膜，都能控制物质的进出。
师：非常正确。不过这个假设虽有依据，但只是一种推测，到底对不对还需要实验来验证。接下来，我们需要设计实验并进行实验，要设计一个怎样的实验才能检验假设是否正确呢？咱们一起来梳理一下设计思路。在假说 - 演绎法中，一个正确的假设是可以预测一些实验现象的。所以我们先预测，如果假设正确，原生质层相当于一层半透膜，那么当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，植物细胞会怎样？当外界溶液浓度低于细胞液浓度时，细胞又会怎样呢？大家想一想。
生：如果原生质层相当于一层半透膜，当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞就会失水，因为细胞内的水分子可以透过原生质层出去，但外界溶液中的溶质分子进不来。同样，当外界溶液浓度比细胞液浓度低时，外界的水分子可以穿过原生质层进入细胞液，而细胞液中的溶质分子不会出去，细胞就会吸水。
师：思路很清晰。现在如果实验发现在相应条件下，植物细胞出现了失水或吸水的现象，就能证明假设是正确的。但设计思路要考虑实际操作问题，这个实验具体该怎么做呢？怎样使细胞外溶液的浓度升高或降低？如何设置这个变量？有同学说家里腌萝卜干撒把盐就能吸出水分，不过在这个实验操作中不可行，因为撒盐这个变量不明确，无法确定外界溶液的浓度。那怎么才能获得一个明确的可控制的变量呢？
生：我们可以配置不同浓度的溶液，把植物细胞放在其中，既有高于细胞质浓度的，也有低于细胞质浓度的。
师：非常好。先来考虑高于细胞液浓度的溶液，怎么配置呢？要多高的浓度呢？是不是浓度越高越好？
生：如果浓度非常高，植物细胞会失水，但会在短时间内失去大量水分，导致细胞死亡，死去的细胞就不会再重新吸水了。
师：那让浓度比细胞液浓度高一点点呢？这样植物细胞也会失水，但可能看不到明显的实验现象。从可操作、可观察的角度分析探索，发现0.3克每毫升的蔗糖溶液比较合适。在这种溶液中，植物细胞既能较快发生失水现象，又不会短时间内死亡。那低于细胞液浓度的溶液用什么呢？
生：只要比细胞液浓度低，植物细胞就能在里面吸水，最经济、方便的可以使用清水，因为植物细胞外面有细胞壁，不用担心像动物细胞那样吸水胀破。
师：没错，变量确定了，用0.3克每毫升的蔗糖溶液和清水。但怎么知道植物细胞是失水还是吸水了呢？怎么检测？有同学说萝卜干失水会吸收水分，但那不是在细胞水平进行的观察。如果希望在细胞水平获得明确现象，就面临一个问题，细胞太小了，怎么才能看到细胞呢？
生：可以使用显微镜。
师：对，用显微镜就需要一些材料和器具。除了植物细胞和刚才说的外界溶液，还需要用到显微镜、载玻片、盖玻片等。在显微镜下能看到水分子移动吗？
生：看不到。
师：对，光学显微镜下可以看到细胞的显微结构，但看不到分子的移动。那通过观察细胞的什么结构来判断是吸水还是失水呢？大家预测一下细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化。
生：细胞吸水或失水，体积会变化。
师：植物细胞体积变化不像动物细胞那么明显，它细胞壁弹性较小。有没有更明显的变化？观察对象是什么呢？
生：可以看液泡大小，如果吸水，液泡里的细胞液增多，液泡会变大；失水的话，液泡就会变小。
师：非常好，我们可以根据中央液泡的大小、原生质层的位置来确认。那预测一下，如果失水，会观察到什么现象？
生：失水使得细胞液减少，液泡缩小，原生质层收缩。
师：那吸水呢？
生：吸水时细胞液增多，液泡变大，原生质层逐渐恢复原来的状态。
师：为了更好地观察这些现象，要选择什么样的植物细胞呢？
生：首先得是活的，有大液泡，死细胞原生质层已丧失控制物质进出的能力，而且不是所有植物细胞都有大液泡，成熟的植物细胞才有。
师：从理论分析，满足这两个条件的都可以。但为了更好观察，植物叶液中最好含有色素，帮助确认液泡大小和原生质层位置。教材建议可以使用紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞。思路清楚了，按照这个思路就能写出方法步骤。大家先看这个实验步骤。
先制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片，这是在清水中制作的。然后在低倍镜下进行第一次观察，此时还没把细胞浸润在蔗糖溶液中，这次观察的目的是获得实验前的现象，与实验中的现象变化做对比。接着在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸，反复几次，这种方法叫引流法，能使植物细胞浸润在蔗糖溶液中。操作时要注意，整个过程在载物台上进行，保证前后看到的是同一批植物细胞，形成自身对照。第二次观察植物细胞的失水现象。之后在盖玻片一侧滴加清水，用引流法使植物细胞重新浸润在清水中，进行第三次观察，观察植物细胞的吸水现象。这里提醒大家，三次观察都使用低倍显微镜，这个实验是高中阶段唯一不需要使用高倍镜的显微观察实验。现在总结一下设计实验的基本思路，就是将植物细胞浸润在高浓度蔗糖溶液中，观察是否失水，再浸润在清水中，观察是否吸水。预期结果是在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡变小，原生质层收缩；在清水中，植物细胞的中央液泡变大，原生质层恢复原来状态。