“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)

吳旭春

1實(shí)驗(yàn)背景

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”是人教版教科書(shū)《必修1.分子與細(xì)胞》第六章“細(xì)胞的生命歷程”中的第一節(jié)“細(xì)胞增殖”中的一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。為了說(shuō)明“細(xì)胞為什么不能無(wú)限長(zhǎng)大”的原因之一是細(xì)胞表面積與體積關(guān)系的限制，設(shè)計(jì)了這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。本模擬實(shí)驗(yàn)中以含有酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞；以NaOH溶液模擬被細(xì)胞吸收的物質(zhì)。由于酚酞遇NaOH顯粉紅色，學(xué)生可通過(guò)觀察瓊脂塊“細(xì)胞”由無(wú)色變成粉紅色的過(guò)程，了解NaOH分子擴(kuò)散進(jìn)入“細(xì)胞”的過(guò)程；再通過(guò)測(cè)量NaOH擴(kuò)散進(jìn)入瓊脂塊“細(xì)胞”的深度，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)。學(xué)生經(jīng)計(jì)算、比較不同體積瓊脂塊“細(xì)胞”吸收物質(zhì)的速率，可預(yù)測(cè)細(xì)胞表面積、體積之比與細(xì)胞代謝、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系，進(jìn)而理解細(xì)胞不能無(wú)限長(zhǎng)大的原因。

2課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和原理

2.1實(shí)驗(yàn)方案

①用含有酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞，用邊長(zhǎng)分別為3cm、2cm、1cm正方體瓊脂塊代表不同細(xì)胞的大小。

②質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的NaOH溶液模擬細(xì)胞吸收的物質(zhì)。

2.2實(shí)驗(yàn)原理

①含有酚酞的瓊脂塊遇到NaOH，會(huì)變?yōu)榧t色。利用酚酞與堿性溶液變紅的特性，學(xué)生容易觀察和測(cè)量NaOH擴(kuò)散進(jìn)入瓊脂的深度。

②NaOH在瓊脂塊中擴(kuò)散的速度相同，在相同時(shí)間內(nèi)，NaOH擴(kuò)散的深度（或瓊脂塊變紅的體積）與瓊脂塊的總體積的比值可以反映NaOH在瓊脂塊中擴(kuò)散的效率。此過(guò)程可模擬細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系。

3該模擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作過(guò)程中遇到問(wèn)題的思考

3.1瓊脂塊的制作問(wèn)題

①獲取瓊脂對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較麻煩，但從材料選取角度來(lái)講應(yīng)該是方便易取、便于觀察。

②瓊脂塊的制作要配制濃度比例，瓊脂濃度太高則瓊脂塊會(huì)太硬，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；瓊脂濃度太低，則瓊脂塊易變形會(huì)影響切割。

③瓊脂在熔化加熱過(guò)程中要不斷攪拌，否則易引起焦糊甚至導(dǎo)致燒杯破裂。

3.2酚酞與NaOH的安全性問(wèn)題

酚酞是極易引起過(guò)敏的一種物質(zhì)，操作過(guò)程中要戴一次性防護(hù)手套，避免直接接觸皮膚。NaOH具有極強(qiáng)的腐蝕性，操作時(shí)要盡量避免接觸皮膚。這兩種試劑有一定的危險(xiǎn)性，所以操作過(guò)程中學(xué)生會(huì)畏手畏腳，處理不好會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)。

3.3材料使用后的處理問(wèn)題

材料使用以后的處理要小心，避免對(duì)環(huán)境造成危害。

4實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

4.1改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料

①用白蘿卜塊模擬細(xì)胞，蘿卜塊不同大小模擬細(xì)胞的大小

②紅墨水代替酚酞和NaOH，觀察紅墨水進(jìn)入白蘿卜的深度。

以上材料學(xué)生很容易獲取，且操作方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。

其他材料：刀、毫米尺、燒杯。

4.2實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

①取白蘿卜1根，清洗干凈。

②將白蘿卜適當(dāng)切成若干塊，并將蘿卜條放在熱水中煮沸10min。此操作很重要，必須通過(guò)煮沸處理的蘿卜才能做此實(shí)驗(yàn)。如果是新鮮的蘿卜條紅墨水是不能擴(kuò)散進(jìn)入的，因?yàn)榛罴?xì)胞具選擇透過(guò)性，只有煮熟了細(xì)胞使其失去選擇透過(guò)性，紅墨水才能進(jìn)入便于觀察測(cè)量。此處也可設(shè)計(jì)對(duì)照（活細(xì)胞和死細(xì)胞）實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象，讓學(xué)生理解只有活細(xì)胞才能表現(xiàn)出細(xì)胞的選擇透過(guò)性，否則細(xì)胞表現(xiàn)出全透性。

③將煮過(guò)的蘿卜條待冷卻后，將其切割成邊長(zhǎng)分別是3cm、2cm、1cm的正方體。

④將10mL紅墨水滴入400mL清水中。

⑤將切割好的不同大小蘿卜正方體同時(shí)放入以上紅墨水中，過(guò)10min后取出。

⑥用紙巾分別吸去蘿卜塊表面浮色，再用刀將蘿卜塊切成兩半，用尺分別測(cè)量紅墨水?dāng)U散的深度，記錄測(cè)量結(jié)果。

⑦根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，并填寫(xiě)表1。

5教學(xué)反思

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)主要遵循實(shí)驗(yàn)材料方便易取，操作過(guò)程簡(jiǎn)單方便，實(shí)驗(yàn)效果明顯直觀的原則。用蘿卜代替瓊脂，紅墨水代替酚酞和NaOH，操作沒(méi)有危險(xiǎn)性，學(xué)生可以大膽操作。另外，學(xué)生在家中就可進(jìn)行的就地取材，做相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)效果比較明顯，能夠達(dá)到教要求的目的，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

如果按改進(jìn)方案進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料選擇的范圍將大大擴(kuò)大，只要是無(wú)色的生物材料，將其細(xì)胞殺死，都可以利用紅墨水?dāng)U散原理進(jìn)行該模擬實(shí)驗(yàn)。用土豆為材料時(shí)，可以用碘液為試劑，利用碘液與淀粉反應(yīng)呈藍(lán)紫色的顯色反應(yīng)，測(cè)出碘擴(kuò)散進(jìn)入土豆的深度。

建議：在煮蘿卜條時(shí)要控制好時(shí)間，時(shí)間太短細(xì)胞未死，紅墨水?dāng)U散進(jìn)入會(huì)有影響；時(shí)間太長(zhǎng)，蘿卜可能會(huì)煮爛，影響切割。可以先切割成不同大小的正方體直接煮。另外，蘿卜用墨水處理后切割前，要用吸水紙把表面浮色擦凈，防止切割時(shí)影響內(nèi)部顏色。