“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗的改進(jìn)

張順

[摘 要]對于“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗，教材選用內(nèi)含酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞、NaOH模擬被細(xì)胞吸收的物質(zhì)，來探討細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系。經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn)教材實驗存在不足。以內(nèi)含堿性（NaOH）酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞、白醋模擬被細(xì)胞吸收的物質(zhì)，并采用魚形模具制備瓊脂塊，對實驗進(jìn)行改進(jìn)，實驗方法更簡、步驟更省、效果更顯著。

[關(guān)鍵詞]細(xì)胞大??；物質(zhì)運輸；實驗改進(jìn)

[中圖分類號] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）29-0095-02

一、原實驗存在的問題

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”是人教版生物必修1第六章第一節(jié)《細(xì)胞的增殖》中的實驗。按照教材的實驗原理和步驟進(jìn)行實驗操作，存在以下問題：

（1）實驗現(xiàn)象不明顯：無色的含酚酞的瓊脂塊一浸入0.1%NaOH溶液，表面立刻變成紅色，觀察不到內(nèi)部顏色變化的過程。

（2）燒杯內(nèi)的浸泡液也變成紅色，干擾了對瓊脂塊的觀察。

（3）無法確定取出瓊脂塊的最佳時間。

（4）切開瓊脂塊后顏色界限模糊，測量誤差大。

（5）要制作供全班學(xué)生使用的、大量的、不同大小的瓊脂塊比較困難，人工切割得到的瓊脂塊往往又殘缺不全，浪費大量實驗材料。

針對上述問題，筆者先讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)查閱資料，然后結(jié)合所收集到的資料對實驗的方法進(jìn)行歸納總結(jié)，最后師生共同分析討論，嘗試提出新的實驗改進(jìn)思路。學(xué)生通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，俞如旺、劉薇、潘建勛等人提到以石蕊瓊脂塊—冰乙酸、淀粉瓊脂塊—碘液替代酚酞瓊脂塊—NaOH，與教材實驗方案沒有實質(zhì)性的區(qū)別。針對教材實驗方案中的關(guān)鍵問題：無色的瓊脂塊浸入NaOH后，表面立刻變成紅色，干擾了對其內(nèi)部顏色變化的觀察，因此無法確定取出瓊脂塊的最佳時間。結(jié)合教材實驗原理，有學(xué)生想到：若一開始在制備瓊脂塊時，將堿與酚酞一同加入，得到紅色的瓊脂塊，再將其浸泡在酸性溶液中，這樣其表面的紅色會褪為無色，就不會干擾觀察了。該想法頗有新意，值得稱贊。

文獻(xiàn)調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，汪曉琳在《模擬探究“細(xì)胞表面積與細(xì)胞體積的關(guān)系”實驗的改進(jìn)》一文中提到以粉紅色瓊脂塊（內(nèi)含堿性酚酞）—白醋進(jìn)行替代，可觀察到瓊脂塊褪去紅色的動態(tài)過程，并以邊長為1厘米的正方體瓊脂塊完全褪色的時間為實驗終止時間。這是從實驗原理方面進(jìn)行的實驗改進(jìn)方法，值得一試。文中選擇的堿為氨水。煮沸瓊脂液后加氨水調(diào)節(jié)pH至8，再將酚酞溶于無水乙醇，配制成酚酞指示劑，并向瓊脂液中加入數(shù)十滴。筆者在實際操作中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）制備出的瓊脂塊紅色淺，不易觀察最小的瓊脂塊何時完全褪色。

（2）氨水有毒，易揮發(fā)出有刺激性氣味的氣體。

（3）操作步驟復(fù)雜耗時。在室溫低時，可能調(diào)節(jié)pH、加酚酞指示劑的過程還未結(jié)束，瓊脂液已經(jīng)凝固。

二、實驗的改進(jìn)方案

參照教師教學(xué)用書指導(dǎo)的制備瓊脂塊的方法，將瓊脂粉加水煮沸后，直接先加酚酞攪拌溶解，得到含酚酞的瓊脂液，接著只需考慮加入合適的堿。

在堿的選擇上，我們曾嘗試過用Na2CO3以及教材方案中提到的 0.1%NaOH，并改變試劑用量，組織學(xué)生分組實驗。但制備出的瓊脂塊紅色淺，效果都不太好。最終我們選擇0.1g∕mL的NaOH，在每升含酚酞的瓊脂液中，只需加入3～4滴，即可制備出深紅色的瓊脂塊。操作簡便，實驗效果明顯。

為解決利用傳統(tǒng)方法制備瓊脂塊的困難，借助網(wǎng)絡(luò)信息，我們找到了北京川布蘭生物技術(shù)開發(fā)有限公司設(shè)計的魚形模具（因其外形酷似水中游魚而得名）。它的主體材質(zhì)為高強(qiáng)度的工程塑料，耐高溫、抗變形。根據(jù)實驗需求，內(nèi)設(shè)三個小室，大小分別為3×3×3cm、2×2×2cm、1×1×1cm。趁熱將瓊脂液倒入其中，冷卻后即可敲出三個符合需求的瓊脂塊。既標(biāo)準(zhǔn)，又節(jié)約時間。

三、實驗改進(jìn)方案的實施

確立實驗改進(jìn)方案后，將內(nèi)含堿性（0.1g∕mL NaOH）酚酞的紅色瓊脂塊模擬細(xì)胞放在白醋中浸泡觀察。為方便記錄、處理數(shù)據(jù)，以邊長為1厘米的正方體瓊脂塊完全褪色的時間為實驗終止時間。

1. 實驗材料與儀器

瓊脂粉、蒸餾水、酚酞、0.1g∕mL NaOH、白醋、魚形模具、電鍋、電磁爐、玻璃棒、燒杯、一次性手套、塑料勺、吸水紙、濾紙片、小刀、毫米尺、托盤天平。

2. 方法步驟

（1）在電鍋內(nèi)加入1L蒸餾水，稱取30g瓊脂粉置于其中，用電磁爐加熱，同時用玻璃棒不斷攪拌，煮沸至溶解；稱取1g酚酞于燒杯中，再將所得溶液倒入燒杯，攪拌至酚酞完全溶解。邊攪拌邊滴加3～4滴0.1g∕mL NaOH至溶液變成深紅色。趁熱將瓊脂液倒入魚形模具，等待冷卻。（如圖1）

（2）輕輕敲擊魚形模具，將三個瓊脂塊敲入燒杯中。倒入白醋淹沒瓊脂塊，用玻璃棒輕輕翻動。以邊長為1厘米的正方體瓊脂塊完全褪色的時間為實驗終止時間。

（3）戴上手套，用勺子迅速取出瓊脂塊，置于吸水紙上，再用濾紙片吸干表面的水分。用小刀從中切開，并用毫米尺測量，隨后記錄、處理數(shù)據(jù)，填寫實驗結(jié)果記錄表，最后得出實驗結(jié)論。

3.實驗改進(jìn)前后效果對比（如圖2）

含堿性（0.1g/mL NaOH）酚酞的深紅色瓊脂塊一浸入白醋，便可清晰地觀察到紅色由外向內(nèi)逐漸褪去，可準(zhǔn)確地觀察到最小的瓊脂塊在室溫25℃的環(huán)境下，完全褪色用時12分鐘。切開瓊脂塊后，顏色界限分明，測量準(zhǔn)確，此時物質(zhì)擴(kuò)散深度都為0.5cm。

4.實驗注意事項

（1）按照教師教學(xué)用書的指導(dǎo)，每升蒸餾水加30g瓊脂粉。若瓊脂粉的用量太少或太多，則制備出的瓊脂塊就會太軟或太硬，二者實驗效果都不好。酚酞和堿的用量也會影響實驗效果。本實驗中每升瓊脂液加1g酚酞，3～4滴0.1g∕mL NaOH，實驗效果良好。

（2）取出瓊脂塊后，物質(zhì)擴(kuò)散仍在繼續(xù)，所以取出、切割、測量的動作一定要迅速，以免造成較大的誤差。

四、 實驗總結(jié)與反思

改進(jìn)實驗后，實驗方法更簡，步驟更省，效果更顯著。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料，找到能使實驗更便捷的魚形模具， 經(jīng)過一步步實踐探究，親自體會改進(jìn)方案獲得良好實驗效果的喜悅，培養(yǎng)了大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，同時體會到實驗改進(jìn)的一般思路：在分析現(xiàn)有實驗方案不足的基礎(chǔ)上，可從實驗原理、實驗試劑、實驗步驟等方面著手改進(jìn)，但實驗?zāi)康牟蛔儭?/p>

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 俞如旺，劉薇.“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗的改進(jìn)研究[J].生物學(xué)通報，2013（3）：45-46.

[2] 潘建勛.“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進(jìn)探究[J].生物學(xué)通報，2009（7）：38-39.

[3] 汪曉琳.利用實驗材料改進(jìn)實驗：“模擬探究細(xì)胞表面積與細(xì)胞體積的關(guān)系”實驗的改進(jìn)[J].生物學(xué)通報，2015（3）：36-27.

（責(zé)任編輯 黃春香）