物质跨膜运输探究方法改进

来源:用户上传      作者: 王兴泉

　　摘要　按照教材上的渗透装置进行实验，实验材料的准备有一定难度，实验操作有诸多不便，实验现象不太明显，实验过程也没有证明大分子物质不能通过半透膜。改进后的实验装置明显弥补了原实验中的不足。
　　关键词　跨膜运输　探究方法　实验改进
　　中图分类号　G633.91　文献标识　B
　　
　　1　前言
　　
　　人教版新课标高中生物必修1《分子与细胞》第四章第一节安排了“渗透现象”实验。该实验是高中生物学课程中的经典演示实验。学生通过观察、分析渗透现象，认识半透膜的作用，然后概括出渗透作用的概念和发生渗透作用的两个条件，从而为了解植物细胞的吸水和失水现象建立良好的知识铺垫。
　　
　　2　不足之处
　　
　　实验中使用的玻璃纸半透膜不是真实的生物材料，学生几乎没有接触过，且较难买到，缺乏感性认知。
　　用细线或橡皮筋固定半透膜，因长颈漏斗口直径较宽，难以完全密封，气密性不好。操作时经常出现捆扎不严密或玻璃纸破损的现象，导致实验失败。
　　长颈漏斗长颈内径一般为5mm，漏斗的容积为50～100mL，固定半透膜后注入蔗糖溶液较麻烦，动作娴熟的教师可以用烧杯直接缓慢地向长颈漏斗倒入蔗糖溶液，但容易溢出，且费时较长。
　　长颈漏斗在实际操作中一般采取铁架台悬挂法固定，装置繁杂笨重，在教室演示时，携带不便。
　　蔗糖溶液为透明液体，发生渗透作用时，液面上升现象不太明显，特别是后排的学生观察不到。
　　该实验只能证明水分子可以通过半透膜，不能证明大分子物质不能通过半透膜。
　　综上所述，若按课本上的渗透装置进行实验，实验材料的准备有一定难度，实验操作有诸多不便，实验现象不太明显，实验过程也无法证明大分子物质不能通过半透膜。因此，许多农村县办中学较难成功开设此实验。
　　
　　3　实验改进与创新思路
　　
　　用卵壳膜(如鸭蛋膜)代替玻璃纸，材料容易获得，且学生在日常生活中对其接触较多。
　　取制备好的卵壳膜，将普通漏斗末端的玻璃管伸人卵壳膜内，用橡皮筋捆扎。因玻璃管口径较小，涂上凡士林保持密封性。
　　直接从漏斗口加入溶液，操作简单、避免溢出且所需时间短。
　　用轻巧简便的自制木夹代替繁杂笨重的铁架台，将漏斗直接固定在烧杯口，携带方便。
　　用白色的纯牛奶溶液代替无色蔗糖溶液，液面上升现象明显，容易观察。
　　
　　4　创新之处
　　
　　渗透现象发生后，教师取烧杯中适量清水于试管中，加入双缩脲试剂，检验烧杯中是否有大分子蛋白质。这样做，不仅可以加深学生印象，帮助学生理解半透膜的特性，还可以培养学生运用已学生物学知识解决实际问题的能力及严谨的科学态度。
　　
　　4.1　改进后所需材料用具
　　盛有清水的烧杯、牛奶溶液、自制木夹、橡皮筋、漏斗、滴管、鸭蛋膜、双缩脲试剂(A液和B液)、白醋、清水。
　　
　　4.2　实验装置与操作过程
　　制备卵壳膜。实验前一天，取新鲜鸭蛋，在蛋壳的钝端开一个直径为0.5～1cm的小口，把蛋清和蛋黄倒掉，获得蛋壳。将蛋壳完全浸泡在白醋或盐酸溶液中，第二天，蛋壳变薄变脆，轻轻用力，即可剥掉，获得完整卵壳膜，于清水中浸泡，备用。
　　将漏斗末端的玻璃管从卵壳膜开口处伸入膜内，用橡皮筋捆扎，并在捆扎处涂上凡士林，密封。玻璃管末端包一圈医用胶布，可防止捆扎卵壳膜时滑脱。
　　向漏斗内灌注牛奶溶液后，将卵壳膜浸入到盛有清水的烧杯中，用自制木夹固定漏斗，搁置在烧杯口上，同时移动活动标志环至牛奶溶液起始液面位置。
　　观察渗透现象的发生。
　　检验半透膜特性。取两支试管，分别注入等量的牛奶溶液和烧杯内液体，同时滴加双缩脲试剂，对比观察两支试管中出现的颜色变化，判断烧杯中是否存在蛋白质，检验蛋白质这种大分子物质能否通过半透膜。
　　
　　5　改进后的优点
　　
　　5.1　取材方便
　　利用学生生活中常见的鸭蛋制备半透膜，学生随时随地都可制作，即不受季节、气候限制，也不浪费鸭蛋，变废为宝。
　　
　　5.2　操作容易
　　直接使用普通漏斗，使牛奶溶液的注入变得简单方便，既避免材料浪费又节省时间。
　　
　　5.3　装置简便
　　教材实验中长颈漏斗在实际操作中一般采取铁架台悬挂法固定，繁杂笨重。此装置用自制木夹对漏斗进行固定，轻巧简便。
　　
　　5.4　现象明显
　　3min之内就有明显的液面上升现象，能很好地激发学生的学习兴趣。
　　
　　5.5　设计严谨
　　增加验证性实验后，实验直观形象，通过对比观察试管中溶液颜色变化，有利于加深学生的印象、帮助学生理解半透膜的特性，还可培养学生自主探究的能力及严谨的科学态度。
　　
　　6　实验拓展与延伸
　　
　　此实验装置不仅仅可以用于说明渗透现象的实验，还可以进行适当的拓展，如探究温度对渗透速度的影响，只要将烧杯中的清水换成不同温度的热水、温水或冰水进行比较；探究半透膜面积对渗透作用的影响，只要鸡蛋大小不同进行比较即可；漏斗中用清水烧杯中用牛奶溶液现象如何；漏斗内外用浓度相同的或不同的牛奶溶液现象如何。教师可以鼓励学生进行大胆尝试，满足学生的求知欲望和好奇心。
　　也可将装置改为平衡杆形式。一段时间后，将烧杯移开，观察两平衡杆是否还处于平衡状态。

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