蛋殼內膜用于滲透實驗的改進

李雪竹 李 霞 唐俊穎

（1 北京市第十一中學 北京 100053 2 北京市東城區教師研修中心 北京 100009）

《高中生物課程標準（實驗稿）》指出：高中生物學課程將在義務教育基礎上，進一步提高學生的生物科學素養，尤其是發展學生的科學探究能力，倡導探究性學習，力圖促進學生學習方式的變革，引導學生主動參與探究過程。同時還提出：教師應該提供更多的機會讓學生親自參與和實踐，引導學生通過生物學現象、生活經驗等提出問題進行探究。

人教版必修1 第4 章“細胞的物質輸入和輸出”第1 節“物質跨膜運輸的實例”，重在引導學生探究，開篇中的“問題探討”欄目首先演示了半透膜、滲透作用，以及滲透作用發生的條件，讓學生通過分析現象認識半透膜的作用，為本節講述動物細胞的細胞膜和植物細胞的原生質層都相當于一層半透膜打基礎。

教材中的滲透裝置是在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙制成的，在漏斗中注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，觀察漏斗管內液面高度的變化。經過多次實踐證實該裝置存在一定缺陷，例如：玻璃紙材料難尋，玻璃紙與漏斗之間難以密封，以及實驗效果不明顯等。對此，筆者通過查閱文獻，大量實踐與思考，發現蛋殼內膜是完成本實驗較好的材料，由此將該實驗裝置改進如下： 手動剝離出蛋殼內膜作為半透膜，搭配1 只培養皿和1 只10 mL 量筒即為滲透裝置。用該裝置不僅能完成滲透作用的演示，還能完成一些拓展實驗激發學生的探究熱情，提高學生的科學素養。但需要說明的是：雖然蛋殼內膜對于滲透的分子像生物膜一樣具有選擇性，但其結構完全不同于生物膜，切勿誤解。

1 實驗內容及進度安排

1.1 實驗內容 ①用蛋殼內膜改進的滲透裝置完成滲透實驗；②用蛋殼內膜改進的滲透裝置完成淀粉-碘、蛋白質－雙縮脲試劑對物質反應的拓展實驗。

1.2 進度安排 建議10～15 min 完成。先完成淀粉-碘、蛋白質－雙縮脲試劑對物質反應的拓展實驗，讓學生對半透膜的特點有直觀的認識，然后再完成滲透實驗，順應學生的認知規律。

2 實驗材料及器具

1）滲透實驗的材料及器具：生雞蛋、鑷子、清水、培養皿、30%紅糖水、10 mL 量筒。

2）淀粉-碘、蛋白質－雙縮脲試劑拓展實驗的材料及器具：生雞蛋、鑷子、清水、培養皿、3%淀粉溶液、碘液、10 倍稀釋的蛋清液、雙縮脲試劑A 液（0.1 g/mL 的NaOH 溶液）、雙縮脲試劑B液（0.01 g/mL 的CuSO4溶液）、試管。

3 實驗方案的優化

3.1 剝離蛋殼內膜的方法 ①用鑷子敲碎雞蛋尖頭，并擴大，倒出內容物；②沖洗蛋殼內部，輕甩，讓內膜與蛋殼之間的氣室顯現出來；③用鑷子尖端輕輕敲碎蛋殼鈍端，看到沒有破損的內膜后，將鈍端開口擴大；④在蛋殼鈍端加入少量清水，輕甩，讓內膜在水的重力下自行與蛋殼分離；⑤繼續擴大蛋殼鈍端開口，直到露出完整、足夠面積的內膜為止。

3.2 滲透實驗的優化 ①在培養皿中加入一定量的清水；②量取2 mL 紅糖水從蛋殼尖端倒入空蛋殼中；③將蛋殼鈍端坐在培養皿中；④10 min后，將蛋殼內的溶液完全倒入量筒中讀數，則可觀察到內膜在10 min 內滲透入多少水。

結論：蔗糖分子不能通過蛋殼內膜，而水分子可以通過蛋殼內膜。

3.3 用滲透裝置拓展其他實驗

3.3.1 淀粉-碘拓展實驗 ①在培養皿中加入一定量的碘液；②從蛋殼尖端加入2 滴管淀粉溶液；③將蛋殼鈍端坐入碘液中；④10 s 后觀察實驗結果，可以看到蛋殼內部的液體變藍，而培養皿中的碘液沒有變化。

結論：淀粉不能通過蛋殼內膜，而碘可以通過蛋殼內膜。

3.3.2 蛋白質－雙縮脲試劑拓展實驗 ①培養皿中加入一定量的雙縮脲試劑A 液（含OH-）；②從蛋殼尖端加入2 滴管蛋清液；③將蛋殼鈍端坐入雙縮脲試劑A 液中；④10 s 后，將蛋殼內的液體倒入試管中，并同時吸取蛋殼鈍端接觸的雙縮脲A 液加入到試管中，在2 只試管中同時加入4 滴雙縮脲B 液，觀察實驗結果，可以觀察到從蛋殼內倒出的液體變紫，而內膜外的液體呈現雙縮脲B 本有的藍色。

結論：蛋白質不能通過蛋殼內膜，而OH-可以通過蛋殼內膜。

3.4 蛋殼內膜的保存方法 將制備好的蛋殼內膜，完全浸泡在清水中，放入冰箱冷藏保存。如果能經常換水、清洗蛋殼，保存時間則更長。

3.5 利用蛋殼內膜演示實驗的優點 ①與生物膜相似度高，便于學生直觀認識半透膜的特點；②對材料的前處理安全高效，裝置易獲得，操作簡單；③易保存（浸泡在清水中，放冰箱，可至少保存2 周）；④易清洗，可重復利用。

4 實驗教學傳遞的重要概念

“滲透實驗”隸屬于生物學課程標準中的高中生物學必修課程模塊1“分子與細胞”課程，其傳遞的重要概念為“質膜具有選擇透過性”，進而傳遞“物質通過被動運輸或主動運輸方式進出細胞，以保持細胞內部環境的相對穩定”這一重要概念。

在教學中先演示淀粉-碘、蛋白質－雙縮脲試劑物質進出半透膜的實驗，該實驗運用了學生剛學過的“檢測生物組織中的主要化合物”這一知識點，既開拓了學生的思路，又達到學以致用的目的，更重要的是讓學生直觀認識了“半透膜”的概念，為后面學習“半透膜”和“滲透作用”的概念作鋪墊。

完成拓展實驗后，緊接著提出“滲透現象”的時候就可以演示改進后的滲透實驗，改進后的實驗現象能更快顯現，而且以蛋殼內膜面積、時間和水的增量基本可以定量分析，用數據說話更科學可信。當然，蛋殼膜并不等同于生物膜，它只是蛋白質的交錯網狀結構，這一點需要教師及時向學生說明，以防混淆。課上時間有限，教師可以發動學生課下利用此裝置設計實驗探究不同物質分子的大小，提高學生的實驗探究能力和操作能力，提升生物學核心素養。

通過對不同物質透過半透膜的實驗，學生能深入理解質膜具有選擇透過性，且不同的物質透過速率不同。這雖然是這一節開篇的一個演示實驗，但它的作用不容忽視。學生在此之前學習了細胞的物質組成和功能，對細胞這一基本系統的組成和結構有了一定的理解，但對于系統的開放性不甚了解，因此，闡明系統的邊界具有選擇透過性對于學生理解細胞如何完成各部分功能，形成“生命的物質和能量觀”這一生命觀念有著十分重要的意義。