渗透作用实验的探究性教学与改进
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作者: 吴晓敏
一、用探究性实验突破难点
渗透吸水实验是高中生物必修1模块的一个的重点和难点实验,该知识点在考题中经常出现,由于很多学生对原理理解不清楚,故试题的正确率较低。为了加深对渗透原理的理解,在实际教学中,我们对教材实验进行了改进,把《渗透作用演示实验》改为探究试验,效果不错。
1.创设问题情境
演示实验:将一粒高锰酸钾放入一杯清水中,很快就会发现,高锰酸钾的紫红色慢慢向四周扩散开来,直到高锰酸钾完全溶解,杯内的清水变成紫红色溶液为止。可见,在一种浓度不均匀的溶液中由于分子不断运动,溶质分子总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散,这种扩散过程一直要到整个溶液的浓度完全相等为止。如果两种浓度不同的溶液被一层半透膜隔开,这种半透膜只能使水分子透过,溶质分子由于比较大而不能透过,那么半透膜两侧溶液浓度差能不能消除呢?学生自然会产生疑问。接着引导学生进行实验。
2.学生进行实验
(1)实验步骤。①取甲、乙两个相同的矿泉水瓶。甲瓶内盛清水,乙瓶内盛浓蔗糖溶液。②再取甲、乙两个相同长颈漏斗,漏斗口各紧扎一个鱼鳔,甲长颈漏斗内装适量的浓蔗糖溶液,乙内装等量的清水。③同时把甲、乙漏斗分别放入甲、乙两个瓶中,将液面高度作标记,观察漏斗内的液面是否发生变化。
(2)实验结果(实验结束小组交流讨论实验结果,请同学们描述实验现象)。甲内液面上升,乙漏斗内液面下降。
(3)结果分析(教师引导学生分析,漏斗内液面上升下降的原因)。
师生共同分析并得出如下结论:
水分子可以自由通过半透膜,而蔗糖分子不可以。单位体积清水中的水分子数目比单位体积的蔗糖溶液中的水分子多,所以在单位时间内,水分子由烧杯扩散入漏斗内的数量多于由漏斗扩散入烧杯内的数量。因此甲漏斗内的液面上升了,乙漏斗内的液面下降了。
3.归纳总结
(1)渗透作用的概念:水分子(或其他溶剂分子)透过半透膜,从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散,叫做渗透作用。
(2)渗透作用必须具备的两个条件:一是具有半透膜,二是半透膜两侧溶液有浓度差。
教师提问:当长颈漏斗内液面不再上升时,半透膜两侧的溶液浓度相等了吗?
学生思考后回答:不相等。
马上就有学生提出疑问:装置应该一直会发生渗透作用,因为始终具备的两个条件:一是具有半透膜,二是半透膜两侧溶液有浓度差。蔗糖分子不会通过半透膜,就使半透膜两侧始终一个是水,另一个是蔗糖溶液。漏斗内的液面岂不会继续上升或下降?
师生共同分析得出结论:(以甲为例)漏斗内的液面上升到一定高度将停止。因为随着漏斗内的液面上升,高出烧杯液面的液柱会产生静水压,并压强不断增大,静水压越大,水分子由漏斗内向烧杯中移动得就越快,当膜内外水分子出入的速度相等时,漏斗内的液面就停止上升。
通过实验,学生加深了对渗透作用的理解,突破了难点。教师进一步点拨:当土壤溶液浓度小于根细胞溶液浓度时,则根吸水(指实验甲);当土壤溶液浓度大于根细胞溶液浓度时,则根失水(指实验乙)。
二、挖掘实验探究点,培养创新能力
1.探究一:学生在做观察植物细胞的质壁分离和复原实验时,镜检视野中看不到质壁分离复原发生,分析原因,可能是蔗糖溶液浓度过高或发生质壁分离时间过长导致细胞失水过多,细胞死亡。教师适时提出质疑:是蔗糖溶液浓度过高导致细胞失水过多,细胞死亡?还是发生质壁分离时间过长导致细胞失水过多,细胞死亡?
师生分析讨论,提出假设:(1)发生质壁分离时间过长导致细胞失水过多,细胞死亡。
实验验证时,使用蔗糖溶液浓度为30%,当观察到质壁分离后,应立即滴加清水,缩短质壁分离时间,使其复原。
(2)蔗糖溶液浓度过高导致细胞失水过多,细胞死亡。
实验验证时,使用蔗糖溶液浓度分别为20%、40%,分别记录观察到质壁分离的时间,相同时间后,同时在盖玻片的一侧滴加清水,观察期复原情况。
学生兴趣很高,分别设计和进行实验,小组之间不断进行交流和讨论。分析出自己实验失败的真正原因。
2.探究二:半透膜两侧如果是相同浓度的不同溶液是否会发生渗透作用。
请选择实验桌上装置,用0.1g/mlNaCl溶液,0.1g/ml蔗糖溶液进行探究。
(1)实验步骤。①取一个矿泉水瓶,加入0.1g/mlNaCl溶液。②长颈漏斗内装适量的0.1g/ml蔗糖溶液。③把漏斗放入瓶中,将液面高度作标记,观察漏斗内的液面是否发生变化。
(2)实验结果。漏斗内的液面先下降,再上升后稳定。
(3)结果分析。水分子渗透作用的实质是水分子从单位体积溶液中含水分子多的溶液向含水分子少的溶液的扩散。单位体积质量浓度为0.1g/mlNaCl溶液含水分子少,单位体积质量浓度为0.1g/ml蔗糖溶液含水分子多,所以开始时漏斗液面下降。
在水分子进行渗透作用的同时,NaCl溶液中的钠离子和氯离子也透过鱼鳔进入蔗糖溶液中,某一时刻,水分子进出漏斗的速率相等,达到渗透平衡。但钠离子和氯离子继续进入蔗糖溶液中,使漏斗内的溶液单位体积中的水分子有少于烧杯中的溶液,进入漏斗中的水分子有增多,是漏斗液面上升,直到液柱产生的压力使进出漏斗的水分子速率相等,达到渗透平衡。
(4)实验结论。相同浓度的不同溶液位于半透膜两侧时会发生渗透作用。
每个小组如实记录实验结果,分析实验现象出现的原因,得出实验结论。教师对学生汇报情况,作出适当的评价,鼓励同学们依照实验原则,积极思维,大胆实验,善于创新。
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