“膜的透性”模擬實驗的改進

曹春華 張 鋒

(福建師范大學附屬中學 福州 350007) (福建省普通教育教學研究室 福州 350003)

滲透作用探究的演示實驗耗時較長，現象不夠明顯，學生要通過滲透作用的實驗，構建成熟植物細胞的吸水和失水的知識體系有一定的難度。因此，結合實踐對本實驗進行了改進。

1 實驗裝置的改進

該實驗常用的是長頸漏斗、鐵架臺和大燒杯，在操作時有一定的難度。如倒置的長頸漏斗上端不好固定；漏斗管的管徑較小，鐵架臺鐵夾難以夾??；漏斗為玻璃制品，易碎；漏斗口下端面積較大，用生物半透膜封住難度較高等。因此，擬對實驗裝置進行適當改進。

1.1 漏斗的改進 針對長頸玻璃漏斗的局限性，采用2 mL的塑料滴管來代替較好。具體制作如下：取一根塑料滴管，剪去上面膨大端的4/5；將下面錐形體部分剪去，留下上面部分膨大端的1/5與中間部分(圖1)。

圖1 簡化后的實驗裝置

1.2 捆扎半透膜 半透膜選用卵殼膜或魚鰾前室膜，將雞蛋鈍端的蛋殼用鑷子輕輕敲裂，剝離外殼可見氣室，露出雞蛋的內膜，注意不要弄穿內膜[1]。從雞蛋另一端敲破蛋殼，剝出一個小洞，讓雞蛋清和蛋黃自然流出，由于重力的影響，雞蛋內膜從氣室開始自然脫離蛋殼，用手輕輕取出整個卵殼膜置于清水中。一個雞蛋的卵殼膜可制作兩個漏斗裝置的半透膜。魚最好在實驗當天購買，宰殺取得魚鰾。由于魚鰾前室膜錐形體較薄，實驗效果較好，可剪下前室膜置于清水中，用細棉線或者橡皮筋將制備好的膜扎在塑料“漏斗”的膨大端(圖1)。

1.3 替換固定物 鑷子可成為固定塑料滴管的工具。將要制作“漏斗”的中間圓柱端往鑷子叉形深部推，將其固定。另外，可將大燒杯換成150 mL的燒杯，使整個實驗裝置大大簡化(圖1)。

簡化后的實驗裝置有如下優點：①塑料滴管成本低，使用簡單方便，便于大量制作；②用小號鑷子固定住滴管，架于150 mL 燒杯上，整個實驗裝置簡單輕便，方便學生個人使用與觀察實驗現象；③塑料滴管的膨大端直徑約1 cm，正好適用各類替代材料的半透膜捆扎，可節約實驗材料。

2 探究實驗的開展

2.1 征詢學生的方案 在進行滲透作用探究實驗過程中，每4位學生組成一個探究小組，在學生實驗的前兩天，把要探究的學案發給學生。根據學案上提供的材料，如卵殼膜、魚鰾膜、玻璃紙和尼龍布等，由學生提出需要探究的問題；或每個小組需要什么材料？需要改進裝置幾個？需要什么膜？需要什么溶液？如蔗糖溶液、CuSO4溶液等。回收學生在學案上寫的探究問題、需要的材料和試劑。

學生會提出很多探究的問題，如“濃度差對滲透作用的影響”“濃度相同的不同溶液對同種半透膜的透性是否有影響”“有機半透膜與無機半透膜對有機物與無機物的滲透作用有何不同”“滲透作用發生的條件有哪些”“CuSO4溶液對于不同半透膜的滲透性強弱”“探究不同膜滲透性的強弱”。

2.2 課前材料的準備 實驗課的前一天匯總學生的學案，根據每一組學生的設計方案準備好實驗材料。統計學生提出問題、做出假設設計的實驗中所需要的改良滲透裝置。還要考慮到部分學生在實驗過程中會臨時修改方案。

因此，在探究實驗中，需要準備充足的材料和試劑。例如，準備卵殼膜的改良“漏斗”30個、魚鰾膜的改良“漏斗”30個、玻璃紙和尼龍布的改良“漏斗”各20個；20%、30%和40%的蔗糖溶液；20%、30%和40%的CuSO4溶液等。

2.3 實驗探究的過程 根據每個小組的設計方案用改良裝置進行學生實驗，用滴管往漏斗中滴加溶液，將實驗結果記錄在學案的表格中，對本小組的實驗現象進行分析總結，表達交流。教師引導討論：如果將實驗中卵殼膜、魚鰾膜、玻璃紙與尼龍布對比，液面會如何變化？通過對比同一溶液下不同膜內液面上升的高度，能夠得出什么結論？發現不同膜透性不同。注入清水的裝置與注入蔗糖溶液的裝置相比，液面有何不同？同種膜，不同溶液濃度下各滴管液面上升的高度是否相同？若不相同，3個液面高度呈現什么特點？說明什么？各小組的學生進行討論總結，理解發生滲透作用的兩個條件。

3 發現問題再探討

在實際的操作過程中，學生在觀察實驗結果會發現并提出許多問題，不同的小組對出現的問題提出相應的質疑并進行再探討，結果如表1。

表1 學生實驗后發現問題的再探討

表1 學生實驗后發現問題的再探討

學生實驗后發現的問題對發現問題的再探討1魚鰾膜“漏斗”裝蔗糖溶液時,液面不升高反而降低?如果魚鰾膜無破損,造成這一實驗結果的原因有可能是學生在往“漏斗”和燒杯中分別滴加蔗糖溶液和清水時,視線未與液面齊平,在初始滴加的時候管中的蔗糖溶液液面就低于外界燒杯中的清水,但未發現,一段時間后觀察發現管內溶液液面下降。2為什么同樣用魚鰾膜封住漏斗管底部(魚鰾膜無破損),相同時間內,“漏斗”管中上升的高度有所差異?改進后的實驗裝置除了簡便、低成本等優點外,由于是手工制作的,每個“漏斗”底的面積不一樣,在進行實驗時會造成一定的誤差,滴管夾在夾子里也會影響漏斗頸的體積。魚鰾前室膜也有厚薄不均。3為什么在燒杯中加入溶液,“漏斗”中加入清水的實驗現象比“漏斗”中加溶液,燒杯中加清水現象更為明顯?燒杯中的液體體積大,燒杯裝溶液時的溶液體積較漏斗裝溶液時的溶液體積大,滲透壓變化更緩慢。還需要考慮重力因素,水從燒杯進漏斗,重力是阻力,水從漏斗進燒杯,重力是動力。所以,在燒杯中加入溶液,“漏斗”中加入清水,最終高度變化差的效果更明顯。4“漏斗”中加溶液,燒杯中加清水,并且使用玻璃紙的情況下,經過對比其他組,為什么用玻璃紙進行實驗液面均無上升?玻璃紙是一種半透膜,可能選用的溶液溶質分子的大小比購買的玻璃紙的孔徑小,也可能實驗時間還不夠。對于這問題,還需要購買不同的玻璃紙進行后續實驗。