“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗的改進意見

吳敬燚

摘 要：通過“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗的思考及探究，對教材中采用的實驗試劑、實驗用具及實驗材料進行改良，設(shè)計四個改進方案：石蕊瓊脂塊+冰乙酸溶液；淀粉瓊脂塊+碘液；豆腐塊+紅墨水；瓊脂塊+碘液。通過教材實驗和四個改進方案實驗的對比，從成本、反應(yīng)時間、可否回收、實驗效果四個層面比較優(yōu)缺點，瓊脂塊+碘液的方案在達到實驗?zāi)康牡幕A(chǔ)上，更具有取材簡便、安全性高、可回收、實驗效果明顯等優(yōu)勢。擬出一套簡捷、方便并能資源回收的實驗方案，并提出了幾點改進建議。

關(guān)鍵詞：細胞大小；物質(zhì)運輸；分子擴散深度；實驗改進

在中等職業(yè)教育農(nóng)林類專業(yè)的課程體系中，生物學(xué)作為一門公共基礎(chǔ)課，開設(shè)的范圍幾乎涵蓋了農(nóng)林類的所有專業(yè)。生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，許多生物學(xué)知識必須通過實驗的手段來體現(xiàn)。實驗不僅是鍛煉學(xué)生實踐能力的重要途徑，更是激發(fā)學(xué)生探索興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的切入點。學(xué)生通過實驗操作，把實驗操作和理論學(xué)習(xí)結(jié)合起來，不僅能更好地理解和掌握相關(guān)的知識，更能培養(yǎng)實驗?zāi)芰Α⒂^察能力、思維能力、解決問題能力等，還能增強對專業(yè)的興趣以及研究能力，為將來的學(xué)習(xí)、生活、工作奠定的專業(yè)技能基礎(chǔ)。自2015年起，福建省高等職業(yè)教育入學(xué)考試大綱中明確，農(nóng)林類專業(yè)基礎(chǔ)知識考試增設(shè)生物學(xué)實驗操作技能測試，分值為100分，并計入總分，以測試中職學(xué)生的實驗操作水平。因此，在中等職業(yè)教育農(nóng)林類專業(yè)的生物學(xué)教學(xué)中，加強對學(xué)生實驗操作能力的培養(yǎng)和對實驗進行探究的精神是非常重要的教學(xué)目標(biāo)。

1 實驗基本情況

本實驗是廈大版福建省高等職業(yè)教育入學(xué)考試復(fù)習(xí)指導(dǎo)用書《農(nóng)林牧漁類專業(yè)基礎(chǔ)知識》第二版教材中第一部分生物學(xué)基礎(chǔ)知識的第二章的一個實驗，通過探究細胞大小（即細胞的表面積與體積之比）與物質(zhì)運輸效率之間的關(guān)系，探討細胞不能無限長大的原因。在實際課堂中，因教材中所采用的NaOH溶液屬于強堿，即使?jié)舛群苄∫簿哂幸欢ǖ母g性，若學(xué)生接觸到皮膚或眼睛存在危險，因此，在實驗過程中增加了學(xué)生及老師潛在的心理負擔(dān)。另外，傳統(tǒng)方法制作瓊脂塊的過程比較麻煩，實際教學(xué)過程中往往會因為用量大而造成浪費，因此就實驗的試劑、用具與材料進行了改進。實驗試劑：楊運春在《“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進》 中提到，以淀粉代替酚酞，碘液替換NaOH 來改進該實驗 [1 ]。實驗用具：杜曉捷在《“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗中含酚酞瓊脂塊的制作》中提到，為了使瓊脂塊的制作更簡單方便，設(shè)計了瓊脂塊制作模具 [2 ]。實驗材料：王秀莉在《細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進》中考慮到球體更接近細胞的形狀，建議用瓊脂球代替瓊脂塊來完成實驗 [3 ]。潘建勛在《“細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進探究》中建議利用生活中常見的、柔軟的、容易切成塊的東西來代替瓊脂塊，例如豆腐 [4 ]。

2 幾種實驗方法比較

利用分子擴散來模擬細胞的物質(zhì)交換，通過顏色反應(yīng)確認物質(zhì)擴散的深度，結(jié)合化學(xué)知識中酚酞遇堿變紅及石蕊遇酸變紅，以石蕊代替酚酞，冰乙酸代替NaOH，由于冰乙酸為弱酸，較為安全；淀粉遇碘變藍，用淀粉代替酚酞，碘液代替NaOH，碘液更為安全；利用碘遇熱揮發(fā)，將瓊脂塊直接放入碘液中，實驗結(jié)束可繼續(xù)加熱含碘的瓊脂溶液，利用碘遇熱揮發(fā)的特性，碘揮發(fā)后剩余的瓊脂還可繼續(xù)回收利用。因此設(shè)計出4種改進方案：“石蕊瓊脂塊+冰乙酸溶液”、“淀粉瓊脂塊+碘液”、“豆腐塊+紅墨水”、“瓊脂塊+碘液”。

2.1 方法一

實驗成本雖然較低，反應(yīng)時間短且效果明顯，但是所使用的NaOH溶液屬于強堿溶液，即使?jié)舛戎挥?.1%但也存在著一定的危險性，容易造成學(xué)生的心理負擔(dān)，不易于實驗的展開。另外實驗結(jié)束后酚酞瓊脂塊無法回收，若學(xué)生不慎倒入水槽中，會造成水槽嚴(yán)重的堵塞。

2.2 方法二

采用的試劑為冰乙酸，冰乙酸屬于弱酸，但其味道較為刺鼻，即使稀釋到一定的倍數(shù)也存在著較難聞的味道，且石蕊的成本高，若要實驗效果明顯所采用的石蕊溶液的量就要大，實驗結(jié)束后石蕊瓊脂塊無法回收。

2.3 方法三

采用的試劑較為安全，且成本較低，但是淀粉瓊脂塊在制備過程中較為麻煩。淀粉容易形成顆粒，造成其在瓊脂塊中分布不均勻，影響實驗的結(jié)果，無形中也會造成實驗材料的浪費。另外，碘液滲透入淀粉瓊脂塊2mm左右需要45分鐘以上，實驗時間長，無法在一節(jié)課內(nèi)完成實驗任務(wù)。

2.4 方法四

采用的是生活中常見的材料——豆腐，但是豆腐的軟硬程度對實驗結(jié)果的影響較大。若豆腐過硬，紅墨水滲透入豆腐2mm左右需要45分鐘以上，耗時長。另外豆腐及紅墨水的成本高，容易造成浪費。

2.5 方法五

采用的是純的瓊脂塊加碘液進行實驗，實驗試劑較為安全，實驗現(xiàn)象明顯，實驗用時適中。且利用碘遇熱揮發(fā)的特性，在實驗結(jié)束后將滲透入碘液的瓊脂塊，加熱煮沸，待碘完全蒸發(fā)后瓊脂可以繼續(xù)利用，不會造成浪費，能夠有效地節(jié)約資源。因此本方法為最佳改進方案，能很好地達到實驗?zāi)康摹?/p>

2.6 5種實驗方法的比較

3 改進建議

3.1 實驗試劑的選擇

采用碘液與瓊脂塊直接反應(yīng)替代教材上NaOH溶液與酚酞試劑的反應(yīng)，實驗反應(yīng)時間適中且效果明顯，實驗結(jié)束后利用碘遇熱揮發(fā)的特性能夠?qū)嶒灢牧檄傊M行充分回收，節(jié)約資源。但碘液易揮發(fā)，因此實驗過程中最好能將燒杯包上暗色紙且蓋上培養(yǎng)皿或其他遮蓋工具。

3.2 實驗用具的選擇

利用模具制作瓊脂塊，縮短實驗準(zhǔn)備的時間。模具由模具本身和四塊透明塑料隔板組成。模具底部粘貼的膠帶要牢固緊實，以避免瓊脂從邊緣處和底部滲漏，瓊脂溶液的水平面與模具的最高位置應(yīng)保持水平，這樣才能符合各個規(guī)格的大小要求 [2 ]。

3.3 瓊脂塊的切割方法

由于瓊脂是透明的，如果照書上說的切成兩半，觀察時會誤以為通體都染上顏色，因此無法看清切面上擴散的深度。切取時可兩刀切為平行的三塊，取中間一塊來觀察測量，實驗現(xiàn)象更為明顯 [5 ]。

參考文獻：

[1]楊運春. “細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進[J]. 生物學(xué)通報， 2005，40（9）：29.

[2]杜曉捷. “細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗中含酚酞瓊脂塊的制作[J] 生物學(xué)教學(xué)， 2009，34（8）：24.

[3]王秀莉. “細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進[J]. 教學(xué)儀器與實驗， 2008，24（1）：223-230.

[4]潘建勛. “細胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”模擬實驗的改進探究[J]. 生物學(xué)通報， 2009，44（7）： 38-39.

[5] 姜永均. 關(guān)于“細胞大小與物質(zhì)運輸關(guān)系”的實驗思考[J].中小學(xué)實驗與裝備，2006，16（5）：15-16.