“膜的透性”模擬實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

曹春華 張 鋒

(福建師范大學(xué)附屬中學(xué) 福州 350007) (福建省普通教育教學(xué)研究室 福州 350003)

滲透作用探究的演示實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，現(xiàn)象不夠明顯，學(xué)生要通過(guò)滲透作用的實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建成熟植物細(xì)胞的吸水和失水的知識(shí)體系有一定的難度。因此，結(jié)合實(shí)踐對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

該實(shí)驗(yàn)常用的是長(zhǎng)頸漏斗、鐵架臺(tái)和大燒杯，在操作時(shí)有一定的難度。如倒置的長(zhǎng)頸漏斗上端不好固定；漏斗管的管徑較小，鐵架臺(tái)鐵夾難以?shī)A?。宦┒窞椴Ａе破?，易碎；漏斗口下端面積較大，用生物半透膜封住難度較高等。因此，擬對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。

1.1 漏斗的改進(jìn) 針對(duì)長(zhǎng)頸玻璃漏斗的局限性，采用2 mL的塑料滴管來(lái)代替較好。具體制作如下：取一根塑料滴管，剪去上面膨大端的4/5；將下面錐形體部分剪去，留下上面部分膨大端的1/5與中間部分(圖1)。

圖1 簡(jiǎn)化后的實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 捆扎半透膜 半透膜選用卵殼膜或魚(yú)鰾前室膜，將雞蛋鈍端的蛋殼用鑷子輕輕敲裂，剝離外殼可見(jiàn)氣室，露出雞蛋的內(nèi)膜，注意不要弄穿內(nèi)膜[1]。從雞蛋另一端敲破蛋殼，剝出一個(gè)小洞，讓雞蛋清和蛋黃自然流出，由于重力的影響，雞蛋內(nèi)膜從氣室開(kāi)始自然脫離蛋殼，用手輕輕取出整個(gè)卵殼膜置于清水中。一個(gè)雞蛋的卵殼膜可制作兩個(gè)漏斗裝置的半透膜。魚(yú)最好在實(shí)驗(yàn)當(dāng)天購(gòu)買(mǎi)，宰殺取得魚(yú)鰾。由于魚(yú)鰾前室膜錐形體較薄，實(shí)驗(yàn)效果較好，可剪下前室膜置于清水中，用細(xì)棉線或者橡皮筋將制備好的膜扎在塑料“漏斗”的膨大端(圖1)。

1.3 替換固定物 鑷子可成為固定塑料滴管的工具。將要制作“漏斗”的中間圓柱端往鑷子叉形深部推，將其固定。另外，可將大燒杯換成150 mL的燒杯，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置大大簡(jiǎn)化(圖1)。

簡(jiǎn)化后的實(shí)驗(yàn)裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：①塑料滴管成本低，使用簡(jiǎn)單方便，便于大量制作；②用小號(hào)鑷子固定住滴管，架于150 mL 燒杯上，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單輕便，方便學(xué)生個(gè)人使用與觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；③塑料滴管的膨大端直徑約1 cm，正好適用各類替代材料的半透膜捆扎，可節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料。

2 探究實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展

2.1 征詢學(xué)生的方案 在進(jìn)行滲透作用探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每4位學(xué)生組成一個(gè)探究小組，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的前兩天，把要探究的學(xué)案發(fā)給學(xué)生。根據(jù)學(xué)案上提供的材料，如卵殼膜、魚(yú)鰾膜、玻璃紙和尼龍布等，由學(xué)生提出需要探究的問(wèn)題；或每個(gè)小組需要什么材料？需要改進(jìn)裝置幾個(gè)？需要什么膜？需要什么溶液？如蔗糖溶液、CuSO4溶液等?；厥諏W(xué)生在學(xué)案上寫(xiě)的探究問(wèn)題、需要的材料和試劑。

學(xué)生會(huì)提出很多探究的問(wèn)題，如“濃度差對(duì)滲透作用的影響”“濃度相同的不同溶液對(duì)同種半透膜的透性是否有影響”“有機(jī)半透膜與無(wú)機(jī)半透膜對(duì)有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的滲透作用有何不同”“滲透作用發(fā)生的條件有哪些”“CuSO4溶液對(duì)于不同半透膜的滲透性強(qiáng)弱”“探究不同膜滲透性的強(qiáng)弱”。

2.2 課前材料的準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)課的前一天匯總學(xué)生的學(xué)案，根據(jù)每一組學(xué)生的設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)材料。統(tǒng)計(jì)學(xué)生提出問(wèn)題、做出假設(shè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中所需要的改良滲透裝置。還要考慮到部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)臨時(shí)修改方案。

因此，在探究實(shí)驗(yàn)中，需要準(zhǔn)備充足的材料和試劑。例如，準(zhǔn)備卵殼膜的改良“漏斗”30個(gè)、魚(yú)鰾膜的改良“漏斗”30個(gè)、玻璃紙和尼龍布的改良“漏斗”各20個(gè)；20%、30%和40%的蔗糖溶液；20%、30%和40%的CuSO4溶液等。

2.3 實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程 根據(jù)每個(gè)小組的設(shè)計(jì)方案用改良裝置進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)，用滴管往漏斗中滴加溶液，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在學(xué)案的表格中，對(duì)本小組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析總結(jié)，表達(dá)交流。教師引導(dǎo)討論：如果將實(shí)驗(yàn)中卵殼膜、魚(yú)鰾膜、玻璃紙與尼龍布對(duì)比，液面會(huì)如何變化？通過(guò)對(duì)比同一溶液下不同膜內(nèi)液面上升的高度，能夠得出什么結(jié)論？發(fā)現(xiàn)不同膜透性不同。注入清水的裝置與注入蔗糖溶液的裝置相比，液面有何不同？同種膜，不同溶液濃度下各滴管液面上升的高度是否相同？若不相同，3個(gè)液面高度呈現(xiàn)什么特點(diǎn)？說(shuō)明什么？各小組的學(xué)生進(jìn)行討論總結(jié)，理解發(fā)生滲透作用的兩個(gè)條件。

3 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再探討

在實(shí)際的操作過(guò)程中，學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)發(fā)現(xiàn)并提出許多問(wèn)題，不同的小組對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題提出相應(yīng)的質(zhì)疑并進(jìn)行再探討，結(jié)果如表1。

表1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的再探討

表1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的再探討

學(xué)生實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的再探討1魚(yú)鰾膜“漏斗”裝蔗糖溶液時(shí),液面不升高反而降低?如果魚(yú)鰾膜無(wú)破損,造成這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因有可能是學(xué)生在往“漏斗”和燒杯中分別滴加蔗糖溶液和清水時(shí),視線未與液面齊平,在初始滴加的時(shí)候管中的蔗糖溶液液面就低于外界燒杯中的清水,但未發(fā)現(xiàn),一段時(shí)間后觀察發(fā)現(xiàn)管內(nèi)溶液液面下降。2為什么同樣用魚(yú)鰾膜封住漏斗管底部(魚(yú)鰾膜無(wú)破損),相同時(shí)間內(nèi),“漏斗”管中上升的高度有所差異?改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置除了簡(jiǎn)便、低成本等優(yōu)點(diǎn)外,由于是手工制作的,每個(gè)“漏斗”底的面積不一樣,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)造成一定的誤差,滴管夾在夾子里也會(huì)影響漏斗頸的體積。魚(yú)鰾前室膜也有厚薄不均。3為什么在燒杯中加入溶液,“漏斗”中加入清水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比“漏斗”中加溶液,燒杯中加清水現(xiàn)象更為明顯?燒杯中的液體體積大,燒杯裝溶液時(shí)的溶液體積較漏斗裝溶液時(shí)的溶液體積大,滲透壓變化更緩慢。還需要考慮重力因素,水從燒杯進(jìn)漏斗,重力是阻力,水從漏斗進(jìn)燒杯,重力是動(dòng)力。所以,在燒杯中加入溶液,“漏斗”中加入清水,最終高度變化差的效果更明顯。4“漏斗”中加溶液,燒杯中加清水,并且使用玻璃紙的情況下,經(jīng)過(guò)對(duì)比其他組,為什么用玻璃紙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)液面均無(wú)上升?玻璃紙是一種半透膜,可能選用的溶液溶質(zhì)分子的大小比購(gòu)買(mǎi)的玻璃紙的孔徑小,也可能實(shí)驗(yàn)時(shí)間還不夠。對(duì)于這問(wèn)題,還需要購(gòu)買(mǎi)不同的玻璃紙進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。