探究“滲透實驗裝置”的改進

馬建琴

1探究背景

滲透作用是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的一個難點。滲透作用的演示實驗是讓學(xué)生通過觀察和分析滲透現(xiàn)象進而認識半透膜的作用，得出滲透作用的概念并總結(jié)發(fā)生滲透作用的兩個條件。因此，順利實施滲透作用演示實驗是突破難點的重要教學(xué)手段。但教科書中的實驗材料單一、用具復(fù)雜、方法步驟過于機械，而且耗時長，一節(jié)課到結(jié)尾都難以達到預(yù)期的效果。教材實驗裝置的設(shè)計存在缺陷，操作難度大，液面上升速度慢。若教師能引領(lǐng)學(xué)生走出教材，深化課堂資源、拓展實驗領(lǐng)域，則學(xué)生會另有一番成就感。下面通過探討滲透實驗的現(xiàn)有缺陷、半透膜材料的選擇，意在改良滲透實驗裝置，讓實驗的操作更簡便，實驗現(xiàn)象更明顯。

2探究原理

（1）半透膜是一種允許小分子物質(zhì)（水自由）通過，而大分子（蔗糖）不能透過的膜。

（2）半透膜的兩側(cè)溶液要有濃度差。

3探究目標

（1）通過模擬實驗探究膜的透性，理解滲透作用概念及滲透作用發(fā)生的條件。

（2）進行植物細胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗，判斷分析滲透系統(tǒng)的構(gòu)成條件，形成實驗設(shè)計、觀察分析與創(chuàng)新實踐能力。

（3）基于實驗探究，觀察與分析，采用概括與歸納的方法，闡明質(zhì)膜具有選擇透過性。

（4）利用滲透作用原理指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決生活中的實際問題。

4創(chuàng)新點

（1）用透析膜代替玻璃紙。

（2）將單一的玻璃紙變?yōu)橄盗邪胪改げ牧希M行橫向比較。

（3）課堂實驗拓展為開放性實驗。

（4）將實驗裝置由長頸漏斗變?yōu)檩斠浩?、帶塑料蓋的輕巧透明包裝盒等自制的滲透裝置。

（5）優(yōu)化課本試劑，將蔗糖中加入紅墨水或改用紅糖水。

（6）延伸知識領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的科學(xué)品質(zhì)和勇于探索的科學(xué)探究精神。

5探究實驗實施階段

（1）樣本的收集：購買的透析膜（用玻璃紙或膀胱膜作為半透膜，取材處理不太容易）、雞蛋膜、膀胱膜、洋蔥內(nèi)表皮、海帶、腸衣、闊葉植物葉片、魚鰾等。

（2）配置質(zhì)量濃度為0-3g/mL的蔗糖溶液或紅糖水。另外，可以在蔗糖溶液中加入幾滴紅墨水，學(xué)生就能清楚地看到漏斗內(nèi)紅色液體（蔗糖溶液）沿細導(dǎo)管上升。用紅糖水做實驗材料，觀察液面上升的高度則更為明顯。

（3）滲透裝置的改進（塑料漏斗的制作）：

①用輸液器的軟管制成，套膜結(jié)扎要松緊適度。太緊管易變形，太松易脫落。教材設(shè)計中的長頸漏斗在實際操作中一般采取鐵架臺懸細線法固定，可鐵架臺太笨重，長頸漏斗長頸部太細，又難固定，此法實為繁雜。而輸液器的軟管容易固定，管又細且液柱上升速度快。教科書所設(shè)置的實驗中蔗糖溶液的加注也較繁瑣，該實驗用注射器就可以解決該問題。

②帶塑料蓋的輕巧透明包裝盒等自制的滲透裝置，包裝盒底部做一小孔連接帶刻度的玻璃管，用蠟密封連接處。將塑料蓋燙上密集的小孔，半透膜放入蓋內(nèi)再蓋緊蓋子。這樣操作可以解決以下兩方面的問題：一方面，細線或橡皮筋固定半透膜后，氣密性甚差。有的教師先涂凡士林再固定，解決氣密性問題，而帶蓋的包裝盒就可以解決該問題。另一方面，防止半透膜受彈性影響。半透膜隨著面積的增大，彈性更加明顯，當再注入蔗糖溶液時，因膜有彈性而下墜，浸入清水后又受浮力的影響，很難控制漏斗管內(nèi)液面的平衡，且當燒杯中的清水進入漏斗時由于半透膜的彈性，液面很難上升或耗時較長。

③用剪刀截取適宜高度的礦泉水瓶的下半部分代替燒杯，漏斗正放，寬口處剛好卡到水瓶邊緣而漏斗細管離瓶底有一段距離為適宜，在寬口處加注溶液也方便而且不需用鐵架臺固定。

（4）拓展實驗內(nèi)容：

①遵循單一變量原則設(shè)計實驗方案。以不同材質(zhì)的半透膜為自變量，液面變化的高度差為因變量，探究不同材質(zhì)半透膜的優(yōu)缺點（表1）。通過對比分析，篩選出既方便又實驗效果明顯的材料，進行推廣。

在平時的實驗教學(xué)中，教師應(yīng)當啟發(fā)學(xué)生因地制宜地尋找簡單而又能說明問題的實驗材料進行實驗，凡是能夠讓學(xué)生親自觀察、探索的，應(yīng)盡量讓學(xué)生自己動手，在“探究性學(xué)習(xí)”中培養(yǎng)他們的科學(xué)思維習(xí)慣和探索精神。

②可將清水與蔗糖互換，觀察液柱變化，也可將清水換成與漏斗內(nèi)等濃度的蔗糖溶液觀察液柱的變化。

6實驗反思

改進后的實驗拓展取材，由單一的玻璃紙改為身邊的雞蛋膜、膀胱膜、洋蔥內(nèi)表皮、海帶、腸衣、闊葉植物葉片、魚鰾等;化繁為簡、優(yōu)化步驟，可以省去制作雞蛋膜以及魚鰾、腸衣的刮洗等過程。用透析膜代替，該材料面積大（大小直徑都可選擇），彈性好，不易破裂等優(yōu)點，而且從網(wǎng)上購買方便價格便宜。教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試多種半透膜的透析效果，對比分析，探究既方便又實驗效果明顯的材料，并可進行推廣。教師可開放實驗課，因地制宜，實驗場所不限，時間不限，次數(shù)不限，分組實驗，統(tǒng)一匯總。另外，學(xué)生完成教科書要求之外，可以開展多角度創(chuàng)新。

該活動能為學(xué)生提供較大的動腦思考、動手實踐的空間，能啟迪學(xué)生主動學(xué)習(xí)，經(jīng)歷科學(xué)探究的完整過程，相互合作、各盡所能、不斷創(chuàng)新，形成強烈的團隊精神。該方案能潛移默化地增強學(xué)生敢于向課本挑戰(zhàn)的批判精神和質(zhì)疑精神，更大程度地釋科技創(chuàng)新活動的深刻內(nèi)涵和真正魅力。