注射器在中學生物實驗中的創新應用

唐士婷 韋艷艷 陳啟豪

摘要：闡述了注射器因其氣密性高、可用于測量、成本低、輕便小巧等特點，作為實驗器材可在中學生物探究實驗中發揮重要的作用，應用于“滲透現象”“探究pH對酶活性的影響”及生物小實驗的改進中，引導學生進行實驗創新設計，變驗證實驗為探究實驗，變定性實驗為定量實驗，提升實驗教學深度，發展學生科學探究能力。

關鍵詞：注射器實驗改進中學生物

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

中學生物實驗是發展學生科學探究能力的重要方式，但目前依然存在因生物實驗員人手不夠、實驗所需的儀器設備較為復雜、實驗耗時長、實驗課時較少而無法正常展開實驗教學或無法進行深入實驗探究的現象。注射器具有氣密性高、可用于測量、成本低、輕便小巧等特點，可在較多中學生物實驗中得到應用。在新時代背景下，中學生物教師需要精心設計實驗教學過程，變“教實驗”為“用實驗教”，引導學生在主動探究中增強自身學習能力，其中，變驗證性試驗為探究性實驗，變定性實驗為定量實驗就是一個重要的手段。注射器作為具有多方面優點的實驗工具，可在這一變化中發揮重要作用。

1注射器在“滲透現象”實驗的創新應用

“滲透現象”是位于人教版高中生物教材第四章第一節“物質跨膜運輸的實例”中的一項經典演示實驗，但原實驗裝置較為繁瑣，且由于長頸漏斗的放置難以保證水平，不利于進行探究實驗。利用針筒作為主要實驗工具進行實驗改進，實驗裝置具有組裝簡單、半透膜容易放置、氣密性好且實驗效果明顯等特點。

1.1改進后的實驗裝置

如圖1所示，每組實驗裝置準備兩個針筒，取出活塞柄，留下活塞用于兩針筒的連接以及半透膜的固定，并用細膠管連接兩針筒的針頭處。該裝置氣密性好，實驗精度更高，且半透膜用量少，易安裝，更利于進行探究性試驗。

1.2改進后的實驗方案

1.2.1利用不同材料作為半透膜，觀察實驗現象

分別將紗布、玻璃紙、雞蛋卵殼膜固定在針筒活塞處，并設置沒有膜阻隔的空白對照組。

利用帶有針頭的注射器分別向同一裝置的兩個針筒中內注滿清水和蔗糖溶液，連接細導管，一段時間后，觀察實驗現象。

①無半透膜組：兩針筒中液體顏色相同，兩頭細導管液體長度相等。

②紗布組：兩針筒中液體顏色相同，兩頭細導管液體長度相等。

③玻璃紙組：兩針筒中液體顏色不同，裝有蔗糖溶液一端的細導管液體長度更長。

④雞蛋卵殼膜組：兩針筒中液體顏色不同，裝有蔗糖溶液一端的細導管液體長度更長，且長于玻璃紙組蔗糖溶液一端導管中的液體長度。

通過比較四組實驗現象，可得出實驗結論，只有③、④組產生了滲透現象，紗布不能作為半透膜，而玻璃紙和雞蛋卵殼膜都可以作為半透膜。那么，若蔗糖溶液濃度不同，且透過不同半透膜，所產生的滲透現象會有何不同呢？通過以下的實驗進行探究。

1.2.2利用不同材料作為半透膜測量實驗結果

分別采用質量分數為20%、30%、40%的蔗糖作溶液為實驗材料，每種半透膜設置三組實驗，對連接蔗糖溶液端針頭的細導管中溶液流動長度進行測量。

對實驗數據進行分析，可以發現，隨著蔗糖溶液濃度的增加，實驗組兩針筒中液體的濃度差增加，單位時間內，蔗糖溶液端導管中液體流動距離更長，實驗組滲透作用的強度更強;當半透膜為蛋殼卵膜時，對比半透膜為玻璃紙組，液體流動的距離更遠，說明當半透膜為蛋殼卵膜時，實驗組的滲透作用更強。

由以上實驗可以知道，滲透作用的強度主要受到濃度差和半透膜種類的影響。由此可以引出很多新的問題。例如，從微觀層面，半透膜種類影響滲透作用強度的原因是什么？雞蛋卵殼膜具有半透膜的性質有何意義？還有什么生物材料可以作為實驗用的半透膜？為何清水端也有水流進導管中？……教師利用問題，啟發學生開展更深入、跨學科的思考，并促進學生的探究興趣，鼓勵學生課后搜索相關資料，自主設計實驗并在課上交流實驗成果。

2注射器在“探究pH對酶活性的影響”實驗的創新應用

該實驗位于人教版高中生物必修一第五章第一節，學生需要明確實驗方案設計、實驗操作過程及實驗結果的分析等。教科書中原有的實驗無法測量反應所產生的氧氣量，僅能通過觀察氣泡的產生量觀察氧氣產生的多與少。為了使該實驗轉變為定量實驗，使實驗更具有探究性，利用注射器作為實驗工具，對實驗裝置進行了如下改進。

2.1改進后的實驗裝置

在試管口加試管塞進行密封，并將粗針頭穿過試管塞與試管內連通。實驗時，將過氧化氫溶液注入裝有等量肝臟研磨液且溶液分別呈酸性、中性和堿性三組試管后，可通過注射器活塞上移的距離判斷氣體的產生量，從而判斷酶在不同酸堿條件下的活性。

針筒本身具有刻度，便于將產物量化，可從定性分析上升為定量分析，將實驗設置的pH梯度細化，設置多組實驗。由于裝置是密封的，現象能持久觀測，便于記錄讀數，也有利于各組之間的對比，通過取各組讀數的平均值，可減小實驗誤差，將實驗結果繪制成曲線圖，使實驗結果更加直觀。教師也可引導學生在課后主動進行不同的探究，如是否有其他生物酶可以代替肝臟研磨液進行試驗，不同pH條件下該酶的活性如何，等等。

2.2氣體產物性質的檢測

原實驗通過所產生的氣體能使衛生香復燃判斷氣體產物為氧氣，但因所產生的氣體中含有較多水蒸氣，影響衛生香的復燃，增加了實驗誤差。另外，若衛生香用完后若處理不當，容易引發火災，安全隱患較大。在改進后的試驗中，氣體產物被擠入塑料針筒中，也不宜用衛生香的復燃情況對氣體產物進行檢測。

“亞甲基藍”是中學化學中的一種指示劑，其能在堿性條件下被葡萄糖還原為無色，接著又被氧氣重新氧化為藍色。本試驗中，可通過將氣體產物注入亞甲基藍葡萄糖檢測液中，若溶液變成藍色，則可以說明氣體產物為氧氣。

該實驗利用針筒作為注射過氧化氫和氧氣收集的工具，提高了實驗的精確度，并可通過多個梯度pH條件下氧氣產生量變化的數據的記錄與分析，對比教科書中直接給出的酶活性隨pH變化的數學模型圖。學生通過自己實驗，繪制出模型圖這一過程，不僅可以體驗到主動參與實驗探究的樂趣，也能提高自身的科學思維與科學探究能力。利用中學化學中的指示劑對實驗中的氣體產物的性質進行檢測，一方面提高了檢測效果，另一方面也有助于促進學生對跨學科知識的融合。

3注射器在課堂小實驗中的應用

生物課堂小實驗因實驗本身操作較為簡單，取材方便，易于觀察且具有一定的趣味性，更能引起學生的學習興趣。教師可以在理論課中進行演示，注射器也可在其中發揮重大作用。例如在人教版初中生物學七年級上冊第三單元第五章第二節“綠色植物的呼吸作用”一節課中，其中的一項試驗任務是探究綠色植物的呼吸作用是否會產生二氧化碳。該實驗可以利用針筒作為實驗工具，將實驗材料放入針筒中，用細導管連接，用夾子夾住導管，使實驗材料處在一個密閉的環境中。一段時間后，松開夾子，將針筒內產生的氣體壓入澄清石灰水中，通過觀察其是否變渾濁，記錄實驗現象，得出實驗結論。

利用針筒進行該實驗，操作方便，步驟簡單且實驗現象明顯，教師可在理論課中進行演示，并通過問題設計，激發學生對實驗材料、光照對實驗結果產生的影響等思考，鼓勵學生以小組合作的形式，主動進行實驗設計，課后進行實驗準備，正式課上觀察現象，相互進行交流討論。這樣可節省教師講解繁瑣操作步驟的時間，學生還可以花更多的時間投入到對植物不同部位以及不同顏色植物的呼吸作用等的主動探究當中。同時，在同學們的互助與協作中，學生的團隊意識與合作能力也可得到訓練與加強。

4小結

注射器因其多方面的優勢，在將定性實驗變為定量實驗以及將驗證性試驗變為探究性實驗的改進中發揮著重要的作用。教師在實驗課準備的過程中，要學會善于觀察，深入思考。為讓學生對實驗理解得更透徹，教師要做好充分的準備，充分考慮實驗工具、實驗過程以及實驗材料的選擇，也可以適當地進行一些設計，便于學生的試誤與發現。但是需要明確，任何的實驗改進都不是為了改而改，而是以充分發揮學生在實驗學習中的主觀能動性，促進學生形成科學思維，提高學生的科學探究能力，進而提升學生的生物學學科核心素養，使學生得到更好的發展為最終目的。