滲透實驗的改良裝置

摘要教材所用的滲透作用的演示實驗裝置是在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上玻璃紙，往漏斗口注入蔗糖溶液，將漏斗倒置于盛有清水的燒杯中，使漏斗管內外的液面高度相等，然后觀察漏斗管內液面的變化。筆者認為此教材實驗裝置的設計存在缺陷，操作難度大，液面上升速度慢。本文通過探討滲透實驗的現有缺陷，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，實驗現象更明顯，以供同行和學生參考。

中圖分類號:G633.91文獻標識碼:A

從人教版的高中必修生物第一冊到新課標高中生物1——《分子與細胞》，滲透作用的教學都是一個非常重要的教學點，也是一個教學難點。書中利用滲透作用的演示實驗讓學生通過觀察和分析滲透現象進而認識半透膜的作用，得出滲透作用的概念和總結發生滲透作用的兩個條件。教材所用的實驗裝置是在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上玻璃紙，往漏斗口注入蔗糖溶液，將漏斗倒置于盛有清水的燒杯中，使漏斗管內外的液面高度相等，然后觀察漏斗管內液面的變化。筆者認為此教材實驗裝置的設計存在缺陷，操作難度大，液面上升速度慢。本文通過探討滲透實驗的現有缺陷，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，實驗現象更明顯，以供同行和學生參考。

1 教材裝置的缺陷分析

缺陷一:教材設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。

缺陷二:用細線或橡皮筋固定半透膜后，氣密性甚差，有的老師先涂凡士林再固定，解決氣密性問題。

缺陷三:半透膜的材料在反復多次實驗后，筆者覺得液面的上升速度非常慢，實驗效果不明顯。

缺陷四:教材裝置的長頸漏斗長頸內徑一般為5mm，注入蔗糖溶液較麻煩，長頸漏斗的容積為50—100mL，用燒杯直接緩慢的向長頸漏斗倒入蔗糖溶液既容易形成氣泡又易溢出，此過程費時又費力。

缺陷五:教材裝置中最大的缺陷是半透膜有彈性，隨半透膜面積增大其彈性越明顯。在注入蔗糖溶液后，因膜有彈性而下墜。浸入盛有清水的燒杯后，又由于受水浮力的影響很難控制漏斗管內外的液面齊平。隨后，當燒杯中的清水通過滲透作用進入漏斗，膜下墜得更厲害，致使漏斗管液面很長時間不出現上升現象，造成不發生滲透作用的假象。

2 實驗裝置改進

2.1 半透膜材料的選擇

2.1.1 半透膜的概念

半透膜是指一類可以讓小分子物質透過而大分子物質不能通過的一類薄膜的總稱。在日常生活中，常見的半透膜有雞蛋膜、雞的嗉囊、魚鰾、蠶豆種皮、玻璃紙、青蛙皮、動物膀胱、腸衣、蛋白質膠膜、火棉膠膜，以及其它一些可從生物體上剝離的薄膜類物質。 活細胞內的生物膜只允許水分子自由通過，它所選擇的離子、小分子物質可以通過，而其它的離子、小分子和大分子不能透過，是嚴格的半透膜。細胞喪失活力后生物膜的選擇透過能力也喪失。

2.1.2 不同半透膜材料的實驗結果比較

筆者曾組織學生探究不同半透膜材料對滲透作用實驗的影響，按照書本P60滲透現象示意圖的實驗裝置進行對比試驗。選用漏斗口徑為35mm，漏斗管的內徑為6mm的普通長頸漏斗，漏斗內盛40%的蔗糖溶液，燒杯中盛蒸餾水，分組進行實驗，分別觀察并記錄20 min內漏斗管內液柱上升的高度。結果見下表。

表20min內漏斗管中液柱上升高度的比較

由表可知，漏斗內液柱上升的速度以雞蛋膜最快，因此選用雞蛋膜作為半透膜可以節省了實驗教學時間，實驗效果比較理想。

2.1.3 雞蛋膜材料的優點

優點一:雞蛋方便易得，感性直觀，不像腸衣、豬膀胱那樣不易得到。

優點二:蛋清和蛋黃還可食用，雞蛋殼可以說是廢物利用，杜絕了浪費，充分利用了資源。

優點三:雞蛋膜是一種效率很高的半透膜，實驗所用的蔗糖溶液可以比較稀，節省了蔗糖。

2.2 雞蛋膜的制備

雞蛋主要可分為三部分:蛋殼、蛋白及蛋黃。

(1)蛋殼: 完整的蛋殼呈橢圓形，約占全蛋體積的11%~11.5%。蛋殼又可分為殼上膜、殼下皮、氣室。殼上膜:即在蛋殼外面，一層不透明、無結構的膜;作用是避免蛋品水份蒸發。殼下皮:在蛋殼里面的薄膜，共二層;空氣能自由通過此膜。氣室:二層殼下皮之間的空隙;若蛋內水分遺失，氣室會不斷地增大。

(2)蛋白:蛋白是殼下皮內半流動的膠狀物質。

(3)蛋黃:蛋黃多居于蛋白的中央，由系帶懸于兩極。蛋黃體積約全蛋的30%~32%，蛋黃內有胚珠。 胚珠:在蛋黃表面的一白點，受精蛋的胚珠直徑約3毫米，未受精蛋的胚珠更小。

將雞蛋鈍端處的蛋殼輕輕敲裂，剝落外殼，可見氣室，露出雞蛋的內膜(即殼下皮)，注意不要弄穿內膜。另將雞蛋尖端處的蛋殼輕輕敲裂，剝落一小塊外殼后用尖剪刀剪去直徑約為1cm的圓形蛋殼，使之形成一個整齊的小孔。小孔朝下，然后稍用力搖動雞蛋的蛋黃、蛋白，將蛋黃和蛋白倒出蛋殼(用碗接受后，可供食用，以免浪費)。這一過程中，整顆蛋黃不易倒出，可用筷子小心將蛋黃攪碎，注意不要損傷內膜。此時蛋黃就可方便倒出了。此時可見鈍端的內膜因為重力的作用下陷，用手指螺旋狀輕壓鈍端的內膜即可將之與蛋殼分離，得到完好的雞蛋膜，洗凈備用。此法經練習可在五分鐘內得到完好的雞蛋膜，注意指上用力要輕緩，以免壓破卵膜。

雞蛋結構剖面圖:

1.蛋殼;

2.殼上膜;

3.殼下皮;

4.系帶;

9.胚珠;

14.氣室。

2.3 實驗改良裝置

2.3.1 實驗裝置設計

將待用的雞蛋膜套在長頸漏斗的細管端，用細線系好，細線以下的面積大約是整個蛋殼面積的一半。把熔化的石蠟滴在細管與蛋殼的接縫處，使它完全密封，待涼后，在長頸漏斗的敞口端緩緩倒入10%的蔗糖溶液至細管的1/2處，此溶液在配置時已經滴加了幾滴紅墨水，顏色很醒目，可便于觀察。此過程可通過小心捏按雞蛋膜趕走氣泡。將洗凈備用的大號的礦泉水瓶裝入清水，把長頸漏斗帶有蛋殼膜的一端放入礦泉水瓶，雞蛋膜一端浸入清水，長頸漏斗的寬口正好卡在瓶口礦泉水瓶起到了鐵架臺的支撐作用。此時可清晰見到漏斗長管內的紅色液柱。不久，你會發現紅色的蔗糖溶液液柱慢慢地在管內上長，說明礦泉水瓶中的水已經滲透到雞蛋膜里面了。此實驗設計的最巧妙之處在于用礦泉水瓶代替了鐵架臺，使實驗的裝置材料更易得，操作更簡便。

2.3.2 實驗裝置優點

優點一:把鐵架臺換成了大號礦泉水瓶，礦泉水瓶唾手可得，而且實際操作簡單化，實為化繁為簡。

優點二:用石蠟密封，很好地解決了半透膜密封不嚴的問題，而且石蠟、蛋殼膜和玻璃管的緊密性更強了，蛋殼膜不易脫落。

優點三:傳統的正置長頸漏斗加蔗糖溶液時易溢出，而倒置后長頸漏斗加蔗糖溶液時不易溢出，同時，也突破了因長頸漏斗寬口端直徑過大而實驗現象不明顯的難題。

優點四:添加紅墨水后，液柱的上升觀察起來更方便和清晰。

優點五:蛋殼膜的制備引導學生利用物理知識解決生物學問題，培養了學生知識遷移的能力和分析問題解決問題的能力。

3 改良裝置的拓展應用

此裝置方便易得，可讓學生收集實驗材料(雞蛋膜、礦泉水瓶、細線、蠟、蔗糖)，易開展各種探究性實驗。可探究不同溫度的清水對長頸漏斗細管內液面上升的影響。控制瓶中的溫度梯度作為自變量，注意溫度不可太高，以免雞蛋膜受高溫影響失去選擇透過性;可將清水與蔗糖溶液互換，觀察液柱的變化;也可將清水換成與漏斗內等濃度的蔗糖溶液觀察液柱變化等;可配置不同濃度的蔗糖溶液，觀察液柱升降的速度;可配置同等濃度的不同溶液對滲透作用的影響;還可探究不同材料的半透膜對液柱變化的影響，如收集雞蛋膜、雞的嗉囊、魚鰾、蠶豆種皮、玻璃紙、青蛙皮、動物膀胱、腸衣等材料，用此裝置摸索新的理想半透膜。

參考文獻

[1]潘建勛.滲透作用演示實驗的改進和拓展[J].生物學教學，2009.1(34):39.

[2]胡壽根.滲透實驗材料的實踐和探索[J].生物學教學，2006.8(31):36-38.