蛋殼內(nèi)膜用于滲透實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李雪竹 李 霞 唐俊穎

（1 北京市第十一中學(xué) 北京 100053 2 北京市東城區(qū)教師研修中心 北京 100009）

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》指出：高中生物學(xué)課程將在義務(wù)教育基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，尤其是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，力圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與探究過程。同時(shí)還提出：教師應(yīng)該提供更多的機(jī)會(huì)讓學(xué)生親自參與和實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生通過生物學(xué)現(xiàn)象、生活經(jīng)驗(yàn)等提出問題進(jìn)行探究。

人教版必修1 第4 章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”第1 節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”，重在引導(dǎo)學(xué)生探究，開篇中的“問題探討”欄目首先演示了半透膜、滲透作用，以及滲透作用發(fā)生的條件，讓學(xué)生通過分析現(xiàn)象認(rèn)識(shí)半透膜的作用，為本節(jié)講述動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜和植物細(xì)胞的原生質(zhì)層都相當(dāng)于一層半透膜打基礎(chǔ)。

教材中的滲透裝置是在一個(gè)長(zhǎng)頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙制成的，在漏斗中注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，觀察漏斗管內(nèi)液面高度的變化。經(jīng)過多次實(shí)踐證實(shí)該裝置存在一定缺陷，例如：玻璃紙材料難尋，玻璃紙與漏斗之間難以密封，以及實(shí)驗(yàn)效果不明顯等。對(duì)此，筆者通過查閱文獻(xiàn)，大量實(shí)踐與思考，發(fā)現(xiàn)蛋殼內(nèi)膜是完成本實(shí)驗(yàn)較好的材料，由此將該實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)如下： 手動(dòng)剝離出蛋殼內(nèi)膜作為半透膜，搭配1 只培養(yǎng)皿和1 只10 mL 量筒即為滲透裝置。用該裝置不僅能完成滲透作用的演示，還能完成一些拓展實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的探究熱情，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。但需要說明的是：雖然蛋殼內(nèi)膜對(duì)于滲透的分子像生物膜一樣具有選擇性，但其結(jié)構(gòu)完全不同于生物膜，切勿誤解。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及進(jìn)度安排

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ①用蛋殼內(nèi)膜改進(jìn)的滲透裝置完成滲透實(shí)驗(yàn)；②用蛋殼內(nèi)膜改進(jìn)的滲透裝置完成淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑對(duì)物質(zhì)反應(yīng)的拓展實(shí)驗(yàn)。

1.2 進(jìn)度安排 建議10～15 min 完成。先完成淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑對(duì)物質(zhì)反應(yīng)的拓展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)半透膜的特點(diǎn)有直觀的認(rèn)識(shí)，然后再完成滲透實(shí)驗(yàn)，順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)材料及器具

1）滲透實(shí)驗(yàn)的材料及器具：生雞蛋、鑷子、清水、培養(yǎng)皿、30%紅糖水、10 mL 量筒。

2）淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑拓展實(shí)驗(yàn)的材料及器具：生雞蛋、鑷子、清水、培養(yǎng)皿、3%淀粉溶液、碘液、10 倍稀釋的蛋清液、雙縮脲試劑A 液（0.1 g/mL 的NaOH 溶液）、雙縮脲試劑B液（0.01 g/mL 的CuSO4溶液）、試管。

3 實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化

3.1 剝離蛋殼內(nèi)膜的方法 ①用鑷子敲碎雞蛋尖頭，并擴(kuò)大，倒出內(nèi)容物；②沖洗蛋殼內(nèi)部，輕甩，讓內(nèi)膜與蛋殼之間的氣室顯現(xiàn)出來；③用鑷子尖端輕輕敲碎蛋殼鈍端，看到?jīng)]有破損的內(nèi)膜后，將鈍端開口擴(kuò)大；④在蛋殼鈍端加入少量清水，輕甩，讓內(nèi)膜在水的重力下自行與蛋殼分離；⑤繼續(xù)擴(kuò)大蛋殼鈍端開口，直到露出完整、足夠面積的內(nèi)膜為止。

3.2 滲透實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化 ①在培養(yǎng)皿中加入一定量的清水；②量取2 mL 紅糖水從蛋殼尖端倒入空蛋殼中；③將蛋殼鈍端坐在培養(yǎng)皿中；④10 min后，將蛋殼內(nèi)的溶液完全倒入量筒中讀數(shù)，則可觀察到內(nèi)膜在10 min 內(nèi)滲透入多少水。

結(jié)論：蔗糖分子不能通過蛋殼內(nèi)膜，而水分子可以通過蛋殼內(nèi)膜。

3.3 用滲透裝置拓展其他實(shí)驗(yàn)

3.3.1 淀粉-碘拓展實(shí)驗(yàn) ①在培養(yǎng)皿中加入一定量的碘液；②從蛋殼尖端加入2 滴管淀粉溶液；③將蛋殼鈍端坐入碘液中；④10 s 后觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看到蛋殼內(nèi)部的液體變藍(lán)，而培養(yǎng)皿中的碘液沒有變化。

結(jié)論：淀粉不能通過蛋殼內(nèi)膜，而碘可以通過蛋殼內(nèi)膜。

3.3.2 蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑拓展實(shí)驗(yàn) ①培養(yǎng)皿中加入一定量的雙縮脲試劑A 液（含OH-）；②從蛋殼尖端加入2 滴管蛋清液；③將蛋殼鈍端坐入雙縮脲試劑A 液中；④10 s 后，將蛋殼內(nèi)的液體倒入試管中，并同時(shí)吸取蛋殼鈍端接觸的雙縮脲A 液加入到試管中，在2 只試管中同時(shí)加入4 滴雙縮脲B 液，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以觀察到從蛋殼內(nèi)倒出的液體變紫，而內(nèi)膜外的液體呈現(xiàn)雙縮脲B 本有的藍(lán)色。

結(jié)論：蛋白質(zhì)不能通過蛋殼內(nèi)膜，而OH-可以通過蛋殼內(nèi)膜。

3.4 蛋殼內(nèi)膜的保存方法 將制備好的蛋殼內(nèi)膜，完全浸泡在清水中，放入冰箱冷藏保存。如果能經(jīng)常換水、清洗蛋殼，保存時(shí)間則更長(zhǎng)。

3.5 利用蛋殼內(nèi)膜演示實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn) ①與生物膜相似度高，便于學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)半透膜的特點(diǎn)；②對(duì)材料的前處理安全高效，裝置易獲得，操作簡(jiǎn)單；③易保存（浸泡在清水中，放冰箱，可至少保存2 周）；④易清洗，可重復(fù)利用。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)傳遞的重要概念

“滲透實(shí)驗(yàn)”隸屬于生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的高中生物學(xué)必修課程模塊1“分子與細(xì)胞”課程，其傳遞的重要概念為“質(zhì)膜具有選擇透過性”，進(jìn)而傳遞“物質(zhì)通過被動(dòng)運(yùn)輸或主動(dòng)運(yùn)輸方式進(jìn)出細(xì)胞，以保持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定”這一重要概念。

在教學(xué)中先演示淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑物質(zhì)進(jìn)出半透膜的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了學(xué)生剛學(xué)過的“檢測(cè)生物組織中的主要化合物”這一知識(shí)點(diǎn)，既開拓了學(xué)生的思路，又達(dá)到學(xué)以致用的目的，更重要的是讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)了“半透膜”的概念，為后面學(xué)習(xí)“半透膜”和“滲透作用”的概念作鋪墊。

完成拓展實(shí)驗(yàn)后，緊接著提出“滲透現(xiàn)象”的時(shí)候就可以演示改進(jìn)后的滲透實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能更快顯現(xiàn)，而且以蛋殼內(nèi)膜面積、時(shí)間和水的增量基本可以定量分析，用數(shù)據(jù)說話更科學(xué)可信。當(dāng)然，蛋殼膜并不等同于生物膜，它只是蛋白質(zhì)的交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)需要教師及時(shí)向?qū)W生說明，以防混淆。課上時(shí)間有限，教師可以發(fā)動(dòng)學(xué)生課下利用此裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究不同物質(zhì)分子的大小，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和操作能力，提升生物學(xué)核心素養(yǎng)。

通過對(duì)不同物質(zhì)透過半透膜的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能深入理解質(zhì)膜具有選擇透過性，且不同的物質(zhì)透過速率不同。這雖然是這一節(jié)開篇的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，但它的作用不容忽視。學(xué)生在此之前學(xué)習(xí)了細(xì)胞的物質(zhì)組成和功能，對(duì)細(xì)胞這一基本系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)有了一定的理解，但對(duì)于系統(tǒng)的開放性不甚了解，因此，闡明系統(tǒng)的邊界具有選擇透過性對(duì)于學(xué)生理解細(xì)胞如何完成各部分功能，形成“生命的物質(zhì)和能量觀”這一生命觀念有著十分重要的意義。