中四生物｜细胞膜运输与渗透备课指引（导师用）｜扩散、主动运输、水势与质壁分离

2026-11-01

学生识背“水由高水势流向低水势”，但一见到蔗糖浓度与质量变化就凭感觉答。这一堂把渗透讲成“水势差推水”，每个答案都要有数字支持。

本堂目标　学生能够：① 用表面积对体积比解释为何细胞要细、要用载体与折叠膜；② 用 Ψ = Ψs + Ψp 比较两个溶液的水势并判断水流方向；③ 分辨扩散、易化扩散、主动运输与胞吞胞吐的能量与方向要求。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
扩散概念	一滴墨水滴入水中会怎样	由高浓度向低浓度散开
细胞结构	细胞膜由什么组成	磷脂双层加蛋白质
浓度比较	0.30 M 与 0.25 M 哪个较浓	0.30 M

02　课堂流程（60 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–10 分	表面积对体积比	1 mm 立方体比 10 mm 立方体	6.0 对 0.6
10–24 分	扩散与距离	t ≈ x² ÷ 2D，x = 1 mm	约 12.4 分钟
24–40 分	水势与渗透	Ψ = −CRT：300 与 250 mol/m³	-743／-619 kPa
40–50 分	主动运输与胞吞	逆浓度梯度要 ATP 与载体	低浓度也可累积
50–56 分	实验判读	马铃薯条 5.20 g → 5.72 g	+10.0%
56–60 分	离场检查	三题收回即批	独立完成

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：细胞为何一定要细：表面积对体积比

边长 1 mm 的立方体，表面积 6 mm²、体积 1 mm³，比例 6.0；边长放大到 10 mm，表面积 600 mm²、体积 1000 mm³，比例只剩 0.6，足足跌了 10 倍。
扩散时间与距离平方成正比：t ≈ x² ÷ 2D，D 取葡萄糖的 6.7×10⁻⁶ cm²/s，走 10 µm 只需 0.075 秒，走 1 mm 就要 746 秒，即 12.4 分钟。
所以大型生物不能单靠扩散：要有循环系统运送、要有折叠膜放大表面（小肠绒毛、肺泡）。

要学生做：计出边长 2 mm 立方体的表面积对体积比，答 3.0，并讲出比 1 mm cube 差几多倍。

第二幕：水势：水由高水势流向低水势

水势 Ψ 由溶质势 Ψs 与压力势 Ψp 组成。Ψs = −CRT，R = 8.314、T = 298 K：300 mol/m³ 的蔗糖溶液 Ψs = -743 kPa，细胞液 250 mol/m³ 则 -619 kPa。
细胞液的 Ψs 较高（较接近零），即是水势较高，所以水会由细胞流向蔗糖溶液，差额 124 kPa 就是推动力。
植物细胞有细胞壁：失水收缩到质壁分离（plasmolysis）；动物细胞失水就皱缩、放入纯水就胀破（溶血）。植物细胞放入纯水只会变得 turgid，因为 Ψp 上升顶住。

要学生讲：为何“浓度较高”等于“水势较低”，两者要用反方向讲。

第三幕：主动运输、易化扩散与胞吞

三条通道要分清：
易化扩散 — 顺浓度梯度、要载体蛋白、不耗 ATP（例：葡萄糖入红血球）；
主动运输 — 逆浓度梯度、要载体兼耗 ATP（例：钠钾泵、根毛吸矿物离子）；
胞吞胞吐 — 大批物质用膜包裹运送，耗 ATP（例：白血球吞噬、分泌胰岛素）。
判题三步：先问有没有顺梯度（顺＝被动），再问有没有 ATP 与载体，最后问是否整粒包裹。
载体饱和与温度影响也可以考：载体数目固定，所以速率有上限（plateau）。

提醒：氧气与二氧化碳用单纯扩散，不要写成“要载体”，这是最常错的一条。

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
数据题	扩散时间	t ≈ x² ÷ 2D，距离用 cm	1 mm 约 12.4 分钟
比较题	水势方向	Ψ = −CRT，先算 Ψs 再比大小	由 -619 流向 -743 kPa
实验题	质量变化判读	增重＝吸水，减重＝失水	+10.0% 即吸水
分类题	运输机制	顺／逆梯度＋ATP＋载体三问	O₂ 单纯扩散、离子主动运输

合理性检查（一定要教）：扩散时间要用秒或分钟讲清：746 秒答成 746 分钟就是单位错。水势一定 ≤ 0（纯水为 0），算出“+500 kPa”必然是符号错。质量变化 +10.0% 与“溶液较稀”的结论要一致；若题目改为 0.30 M 蔗糖，马铃薯条应该减重。表面积对体积比是无单位比值，答“6 mm²”就漏了除以体积。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
边长 2 mm 立方体的表面积对体积比	3.0	24 mm² ÷ 8 mm³
300 mol/m³ 蔗糖溶液的 Ψs	-743 kPa	−CRT，R = 8.314、T = 298 K
马铃薯条质量由 5.20 g 变 5.72 g 的百分比变化	+10.0%	(5.72 − 5.20) ÷ 5.20
红血球放入纯水的结果	吸水胀破（溶血）	无细胞壁，Ψp 顶不住

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
水势方向讲反	答“水由低水势流向高水势”	“水向低水势走，等于向浓度高走。”
把氧气写成要载体	将 O₂ 列入易化扩散	“氧气直接穿过磷脂，不需要载体。”
扩散时间漏平方	认为距离加倍、时间也加倍	“时间跟距离平方走，加一倍距离要四倍时间。”
混淆质壁分离与溶血	植物细胞失水写成胀破	“植物有细胞壁，只会收缩到质壁分离，不会爆。”

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

中学生物章节索引　全科章节
DSE 生物练习卷　细胞运输题组第 5–9 题

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
1 mm 组织靠扩散要几久	约 12.4 分钟	全对＝可进酶与代谢
水由哪边流向哪边	由细胞液流向蔗糖溶液	错＝下堂前重做 Ψ = −CRT
主动运输两个必要条件	逆梯度＋ATP	错两题以上＝回到第三幕

09　导师常问

水势与浓度为何方向相反？

溶质占据空间并吸引水分子，溶质越多水势越低，所以浓度高即水势低。

为何植物细胞放入纯水不会爆？

细胞壁提供压力势 Ψp，随吸水上升，抵消 Ψs 的负值，最后达平衡。

载体饱和如何影响图形？

速率随浓度上升后趋平，因为载体数目固定，属限制因素。

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本页为 TutorZone 导师备课指引，内容由 TutorZone 团队编写；题目与流程为原创，并非任何学校或出版社的教材。