精编习题 发展素养 提升复习效率——以“物质跨膜运输的方式”为例

河北

学科核心素养是学生后天习得的终身受益成果，是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力。在复习课教学中，要培养学生的关键能力，发展学科核心素养，教师需要依据《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称《课程标准》），参照《中国高考评价体系》命题要求，编制高质量的习题，让学生在主动参与学习活动中通过动手、动脑的探究学习过程来实现。现笔者以高中生物学教材人教版必修1 第4 章第3 节“物质跨膜运输的方式”复习为例，对生物新高考模式下课堂复习教学中选编习题及习题的教学导向作用进行浅析，以供教师们参考。

1.利用设计真实情境试题，发展科学思维能力

“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。在教学中，教师可通过为学生创设真实情境的习题，利用情境活动，培养学生在情境中运用所学知识，用归纳与概括、演绎与推理和批判性思维等科学方法探讨、阐释生命现象及规律，发展学生学科核心素养。

【例1】马铃薯（俗称土豆）块茎中含有丰富的膳食纤维，有促进胃肠蠕动，疏通肠道作用，是北方日常食用的蔬菜。由于马铃薯材料易于获得，已成为高中生物实验的常用材料之一。某科学研究兴趣小组利用打孔器将A、B 两个品种的马铃薯从中部打出相同的孔洞，放入适量且等量的某一浓度的蔗糖溶液，使两个孔洞中蔗糖溶液初始高度相同，一段时间后液面变化如图1 所示。

分析回答问题：

（1）该生物兴趣小组实验的目的是___________________________。

（2）A 品种马铃薯出现图示结果的外因是________________。水分子通过__________的方式进入A 马铃薯细胞，引起马铃薯鲜重变化。随着处理时间延长，该马铃薯鲜重不再变化时，马铃薯细胞的渗透压比处理前的__________。马铃薯鲜重不再变化时细胞水分进出情况如图2__________所示。

图2

（3）该科学研究兴趣小组为研究细胞膜等生物膜的特性，比较了B 品种马铃薯细胞膜和人工膜（双层磷脂）对多种物质的通透性，结果如图3。

图3

分析：

①图3 中水分子进出B 品种马铃薯细胞膜方式______（填“是”或“不是”）自由扩散，说明你判断的理由：______________________。

②B 品种马铃薯细胞膜对K+、Na+、Cl-的通透性不同，说明_____________________。

③甘油、CO2、O2等物质通过该品种马铃薯细胞膜的扩散速率不同，说明__________________可能影响其通过人工膜的扩散速率。

【参考答案】（1）探究A、B 两品种马铃薯细胞液浓度大小 （2）外界（蔗糖）溶液浓度大于细胞液浓度，导致马铃薯块茎失水 自由扩散 高 乙（3）①不是 图3 中水分子在细胞膜中的通透性与人工膜的通透性不同 ②细胞膜具有选择透过性 ③分子大小

【试题分析与教学导向】本题以学生日常生活中的食材——马铃薯块茎为素材，以细胞的吸水和失水实验为情境，考查细胞通过渗透作用吸水与失水的原因，以及细胞膜的功能特性，主要考查学生基于生物学事实，运用所学知识和科学思维方法认识事物、解决问题的能力，培养学生归纳与概括能力和批判性思维。第（1）问要求学生能根据题干提示的实验过程及结果信息，概括出实验目的。由于实验中使用的是不同品种的马铃薯块茎和同一种浓度的蔗糖溶液，实际是相当于一个渗透装置，根据实验结果可以概括出实验目的是“探究A、B 两品种马铃薯细胞液浓度大小”。第（2）问是实验分析过程，A 品种马铃薯失水的外因是外界（蔗糖）溶液浓度大于细胞液浓度，导致马铃薯块茎失水，水分子通过自由扩散进出细胞，当A 马铃薯鲜重不再变化时，由于马铃薯细胞失水，渗透压比处理前的要高，此时水分子进出细胞速率相等，情况如图2 中乙所示。第（3）问主要考查学生的批判性思维。通过分析图3 可知，B 品种马铃薯细胞膜和人工膜对水分子的通透性不同，说明水分子进出B 品种马铃薯细胞膜方式不是自由扩散；细胞膜对K+、Na+、Cl-的通透性不同，说明细胞膜具有选择透过性；甘油、CO2、O2等物质以自由扩散方式通过细胞膜，但扩散速率不同，说明分子大小可能影响其通过人工膜的扩散速率。

通过实践应用，显示本题的编制符合《课程标准》要求的“试题素材应贴近学生生活实际，以真实问题情境组织命题，应注重考查学生综合运用所学知识和技能解决问题的能力”，对发展学生学科核心素养中的生命观念和科学思维具有较为典型的导向作用，能使学生加深对渗透作用、自由扩散等概念的理解和掌握，拓展了学生对水分子进出细胞方式的认知，加深了学生对细胞膜功能的理解。

2.通过创设实验情境题，引导学生回归教材实验

“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。教师可通过创设探究性学习情境，引导鼓励学生进行观察、思考、提问，并在提出的假设基础上进行探究活动方案的设计和实施，有利于引导学生重视探究性学习的完成与交流，培养学生团队合作能力和创新能力。

【例2】植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图4 所示。当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭。请以放置一小段时间的菠菜为材料设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能。要求写出实验材料与主要用具、实验步骤、预测实验结果并作出解释。

（1）实验材料与主要用具：_________________________________。

（2）实验步骤：_________________________________。

（3）预测实验结果并作出解释：________________________________。

【参考答案】

（1）菠菜、清水、0.3 g/mL 蔗糖溶液、盖玻片、载玻片、显微镜、吸水纸、滴管、镊子等 （2）实验步骤：①取菠菜时，用镊子剥取表皮。②在载玻片上滴一滴清水，将表皮放入清水，盖上盖玻片，制成临时的装片。③将临时装片放在显微镜载物台上，先在低倍镜下找到气孔，移动到视野中央，再换高倍镜进行观察，记录观察到的气孔状态。④在盖玻片的一侧滴上0.3 g/mL 蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸取盖玻片下的液体，反复几次。⑤继续观察气孔的变化，并做记录 （3）预测实验结果并作出解释：在清水中气孔应开启，因为当细胞液浓度大于细胞外溶液浓度时，保卫细胞吸水膨胀变形，气孔开启；在蔗糖溶液中气孔应关闭，因为当细胞液浓度小于细胞外溶液浓度时，保卫细胞失水收缩，气孔关闭

【试题分析与教学导向】本题以植物叶片表皮气孔开启与关闭为情境，考查学生对人教版必修1 教材中质壁分离与复原实验的理解与掌握程度，考查学生实验分析与设计能力。根据题干“请以放置一小段时间的菠菜为材料”可知，实验材料菠菜应该处于失水的萎蔫状态，将其表皮细胞置于清水中保卫细胞会吸水膨胀，引起气孔开启，若将开启的气孔结构置于0.3 g/mL 蔗糖溶液中，其保卫细胞会因为细胞液浓度低于外界溶液浓度而发生渗透失水，导致细胞收缩，气孔关闭。上述整个观察过程需要借助于显微镜，所以材料用具中除菠菜外，最重要的是显微镜。

本题的难点在于首先学生要对教材中的实验熟悉，再分析题目提供的“材料的气孔处于关闭状态”的信息，进而设计实验步骤并进行分析。本题设置的目的是在例1 基础上进一步通过实验来探究成熟植物细胞中的渗透作用以及发生渗透作用的条件，引导学生重视教材实验的实验原理、实验材料、实验步骤及实验结果分析，在复习中重视对教材实验及其他主干知识的回归。

3.通过引导学生构建模型，提升析题能力

模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体的某种本质特征（如结构、功能、关系和过程等）的物质形式或思维形式的类似物。模型方法作为一种现代科学认知手段和思维方法，在高中生物教学中得到了广泛应用，“模型与建模”是高中生物学学科核心素养中运用科学思维的重要方法之一，在某种意义上，通过模型构建活动，能让学生加深对生物学概念、原理、过程等的理解和掌握，模型也逐渐成为近几年高考命题的重要模式之一。

【例3】细胞膜的选择透过性保证了细胞内相对稳定的微环境。细胞通过细胞膜不断与外界环境进行物质交换，保障细胞及个体正常生命活动的进行。分析回答下列问题：

（1）图5 为氨基酸和Na+进出肾小管上皮细胞的示意图，图6 表示甲、乙两种小分子物质在细胞内外的浓度情况。

图5

图6

请辨析下列说法：

①图6 中的乙物质从胞内运输至胞外的方式可能与Na+运入肾小管上皮细胞的方式相同

②图5 中氨基酸进出肾小管上皮细胞的方式不同，但运输的载体蛋白相同

③氨基酸运出肾小管上皮细胞和图6 中的乙物质从胞外运进胞内都受载体蛋白数量的限制

④如果图6 中的两种物质表示CO2和O2在浆细胞内外的分布，则甲为O2，乙为CO2

（2）研究发现，在小肠绒毛的微绒毛面存在着两种运输葡萄糖的载体——SGLT1 和GLUT2，前者是主动转运的载体，后者是被动运输的载体。科学家通过体外实验，根据不同葡萄糖浓度下的吸收速率绘制出如图7 所示的曲线。

图7

回答下列问题：

①SGLT1 介导的葡萄糖运输速率曲线是_________（填“1”或“2”），理由是_______________________________________________。

②据图7 分析，未离体的小肠绒毛细胞内葡萄糖浓度______（填“大于”“小于”或“等于”）20 mM。

（3）a.Na+b.二氧化碳 c.RNA d.胰岛素

以上四种物质中，最可能以主动运输方式通过胰岛B细胞的是_________，请设计实验对你的观点进行探究，写出实验思路及预测结果和结论。

【参考答案】（1）①图6 中乙物质运出细胞为顺浓度梯度运输，可能为协助扩散或自由扩散，由图5 可知Na+运入肾小管上皮细胞的方式为协助扩散，故该说法正确；②图5 中氨基酸进出肾小管上皮细胞的方式分别为逆浓度梯度的主动运输和顺浓度梯度的协助扩散，所需的载体蛋白不同，该说法错误；③氨基酸运出肾小管上皮细胞为协助扩散，图6 中的乙物质从胞外运进胞内为逆浓度梯度运输，为主动运输，二者都受载体蛋白数量的限制，该说法正确；④如果图6 中的两种物质表示CO2和O2在浆细胞内外的分布，由于两种气体都是通过自由扩散方式运输的，但O2在细胞外浓度高，CO2在细胞内浓度高，故甲为O2，乙为CO2，该说法正确。（2）①2 能在环境中葡萄糖浓度较低时进行运输 ②小于

（3）a 实验思路：将来源于同一器官、生理状态相同的胰岛B 细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下培养，乙组放在无氧条件下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，分别测定细胞对Na+的吸收速率。预测结果及结论：若甲组细胞对Na+的吸收速率大于乙组，则说明Na+的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组细胞对Na+的吸收速率大致相同，则说明Na+的跨膜运输方式为协助扩散。

【试题分析与教学导向】本题通过细胞模式图、坐标曲线图引导学生分析不同物质跨膜运输的方式及特点，考查学生获取信息、分析问题的能力，并引导学生构建物质跨膜运输概念图模型（如图8 所示），通过模型索引相关知识，从而提升解题能力。第（1）问考查析图比较能力，通过分析比较同种物质和不同种物质进出细胞的特点，要求学生能概括出每种物质跨膜运输特点及影响因素，并且通过该题还可以拓展不同种物质进出同一细胞时，不仅运输方式不同，还存在是否直接消耗ATP 的问题，达到发散学生思维，培养批判思维，让学生理解生命活动的复杂性的目的。第（2）问主要考查学生识图分析能力和语言表达能力。根据题干信息，SGLT1 载体运输葡萄糖的方式为主动运输，能使细胞根据生命活动的需要主动从环境中获取营养物质，根据主动运输特点，可以看出图7 中曲线2 在葡萄糖浓度较低环境时就可以进行转运，而曲线1 反映出的运输方式需要环境中葡萄糖达到一定浓度才可进行，故可以推断出图7 中曲线2 代表的转运方式为主动运输。通过分析图7 中曲线1，可以看出未离体的小肠绒毛细胞内葡萄糖浓度小于20 mM，可以保持胞外葡萄糖浓度高于胞内葡萄糖浓度，进行顺浓度梯度运输。第（3）问是对前两个问题的进一步应用和深化，考查实验探究能力，四种物质中明显只能是Na+最可能通过主动运输进出细胞；证明是主动运输还是被动运输方式，最直接可行的方案是通过影响细胞能量代谢，观察转运速率是否变化。

图8

通过对本试题的分析，教师可以引导学生自主构建相关模型（如图8），让学生体会模型构建过程和模型在分析问题、解决问题中的应用，体会模型是在解决具体问题中的一种思维方法，让学生在今后的学习中学会自己根据信息构建模型，深化理解概念，发展生命观念和科学思维。

4.理论与实践相结合，树立社会责任意识和劳动意识

“社会责任”是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。对于高中教学而言，社会责任除了让学生通过学习生物学知识，树立造福人类的态度和价值观，辨别迷信和伪科学，形成生态意识，参与环境保护实践，宣传健康生活和关爱生命等社会责任外，还应该结合本地资源开展科学探究实践，体现生物学科在劳动生产实践中的应用，强化学生的科学劳动意识，树立创造性劳动的观念和弘扬劳动精神。

【例4】分析回答下列与生产、生活实践相关的生物学问题。

Ⅰ.生产实践中将引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度称之为细胞液的等渗浓度。为研究甲地某植物能否移植到乙地生长，某生物科技小组设计了一个测定该地植物细胞液浓度的实验方案，实验结果如表所示：

（1） 该植物细胞的细胞液的等渗浓度为_____________。

（2）通过测定，该小组认为乙地适合该植物生长，则乙地土壤溶液浓度的范围大致为_____________。

（3）如果再给你4 组实验材料，请设计可以更精确地测定出细胞液的等渗浓度的方法_________________________。

Ⅱ.血浆中的部分成分经过肾小球的滤过作用（形成原尿）和肾小管的重吸收作用后最终成为尿液，图9 为血糖浓度与单位时间血糖的滤过量和肾小管重吸收葡萄糖量的关系。

图9

回答下列问题：

（1）健康人血糖值能维持在图示中N 点左右，这主要是_________________（填激素名称）的调节作用所致。

（2）据图9，肾小管重吸收葡萄糖的速率最大约为________mg/min，限制该最大值的因素是_________________。

（3）血糖浓度超过T 点后，尿液中开始出现葡萄糖，据图9分析其原因是______________________________________。与健康人相比，糖尿病人肾小管对水的重吸收更_________________，导致排尿较多。

【参考答案】Ⅰ.（1）0.5～ 0.6 mol/ L （2）0.3 mol·L-1＜土壤溶液浓度＜0.4 mol·L-1（3）分别配制浓度为0.52 mol/L、0.54 mol/L、0.56 mol/L、0.58 mol/L 的4 组外界溶液进行重复实验 Ⅱ.（1） 胰岛素和胰高血糖素 （2）300肾小管细胞膜上葡萄糖载体蛋白的数量 （3）血糖的重吸收速率达不到血糖滤过速率，原尿中未重吸收的葡萄糖成为尿液中的葡萄糖 少（或弱）

【试题分析与教学导向】本题以植物移栽和尿液形成为背景，考查细胞物质运输方式及学生获取信息和分析问题能力。在Ⅰ题的移栽实验中，通过给出的“细胞液的等渗浓度”概念，要求学生根据表格读出相关信息，推断植物细胞液浓度的范围为0.5～0.6 mol/L，进而推断出适合该植物生长的乙地土壤溶液浓度必须小于该范围，才能保障植物正常从土壤中吸收营养物质和水分。在Ⅱ题的尿液形成过程中，答题的关键是从图9中读取信息，其中第（3）问，尤其要求学生根据曲线信息组织出合适的语句进行规范表达，指出糖尿病人“三多一少”症状出现的原因。

本题主要引导学生将所学知识应用到生产、生活实践中去，强化科学劳动意识，以及对与人体健康有关的疾病能正确解读，宣扬科学知识，辨别迷信和伪科学，从而达到在教学实践中树立社会责任意识和劳动意识的育人目的。

总之，在复习中，教师要根据《中国高考评价体系》和《课程标准》的要求，通过精编（选）习题，体现高考命题的“基础性、综合性、应用性和创新性”的考查要求，使对学科核心素养的培养贯穿在整个教学活动中，突出重点，聚焦概念，让学生在实践活动中加深对生物学概念的理解，提升知识的应用能力，培养创新精神，提升分析问题、解决问题的能力，最终实现立德树人的根本教育目标。