“膜的透性”模拟实验的改进

曹春华 张 锋

(福建师范大学附属中学 福州 350007) (福建省普通教育教学研究室 福州 350003)

渗透作用探究的演示实验耗时较长，现象不够明显，学生要通过渗透作用的实验，构建成熟植物细胞的吸水和失水的知识体系有一定的难度。因此，结合实践对本实验进行了改进。

1 实验装置的改进

该实验常用的是长颈漏斗、铁架台和大烧杯，在操作时有一定的难度。如倒置的长颈漏斗上端不好固定；漏斗管的管径较小，铁架台铁夹难以夹住；漏斗为玻璃制品，易碎；漏斗口下端面积较大，用生物半透膜封住难度较高等。因此，拟对实验装置进行适当改进。

1.1 漏斗的改进 针对长颈玻璃漏斗的局限性，采用2 mL的塑料滴管来代替较好。具体制作如下：取一根塑料滴管，剪去上面膨大端的4/5；将下面锥形体部分剪去，留下上面部分膨大端的1/5与中间部分(图1)。

图1 简化后的实验装置

1.2 捆扎半透膜 半透膜选用卵壳膜或鱼鳔前室膜，将鸡蛋钝端的蛋壳用镊子轻轻敲裂，剥离外壳可见气室，露出鸡蛋的内膜，注意不要弄穿内膜[1]。从鸡蛋另一端敲破蛋壳，剥出一个小洞，让鸡蛋清和蛋黄自然流出，由于重力的影响，鸡蛋内膜从气室开始自然脱离蛋壳，用手轻轻取出整个卵壳膜置于清水中。一个鸡蛋的卵壳膜可制作两个漏斗装置的半透膜。鱼最好在实验当天购买，宰杀取得鱼鳔。由于鱼鳔前室膜锥形体较薄，实验效果较好，可剪下前室膜置于清水中，用细棉线或者橡皮筋将制备好的膜扎在塑料“漏斗”的膨大端(图1)。

1.3 替换固定物 镊子可成为固定塑料滴管的工具。将要制作“漏斗”的中间圆柱端往镊子叉形深部推，将其固定。另外，可将大烧杯换成150 mL的烧杯，使整个实验装置大大简化(图1)。

简化后的实验装置有如下优点：①塑料滴管成本低，使用简单方便，便于大量制作；②用小号镊子固定住滴管，架于150 mL 烧杯上，整个实验装置简单轻便，方便学生个人使用与观察实验现象；③塑料滴管的膨大端直径约1 cm，正好适用各类替代材料的半透膜捆扎，可节约实验材料。

2 探究实验的开展

2.1 征询学生的方案 在进行渗透作用探究实验过程中，每4位学生组成一个探究小组，在学生实验的前两天，把要探究的学案发给学生。根据学案上提供的材料，如卵壳膜、鱼鳔膜、玻璃纸和尼龙布等，由学生提出需要探究的问题；或每个小组需要什么材料？需要改进装置几个？需要什么膜？需要什么溶液？如蔗糖溶液、CuSO4溶液等。回收学生在学案上写的探究问题、需要的材料和试剂。

学生会提出很多探究的问题，如“浓度差对渗透作用的影响”“浓度相同的不同溶液对同种半透膜的透性是否有影响”“有机半透膜与无机半透膜对有机物与无机物的渗透作用有何不同”“渗透作用发生的条件有哪些”“CuSO4溶液对于不同半透膜的渗透性强弱”“探究不同膜渗透性的强弱”。

2.2 课前材料的准备 实验课的前一天汇总学生的学案，根据每一组学生的设计方案准备好实验材料。统计学生提出问题、做出假设设计的实验中所需要的改良渗透装置。还要考虑到部分学生在实验过程中会临时修改方案。

因此，在探究实验中，需要准备充足的材料和试剂。例如，准备卵壳膜的改良“漏斗”30个、鱼鳔膜的改良“漏斗”30个、玻璃纸和尼龙布的改良“漏斗”各20个；20%、30%和40%的蔗糖溶液；20%、30%和40%的CuSO4溶液等。

2.3 实验探究的过程 根据每个小组的设计方案用改良装置进行学生实验，用滴管往漏斗中滴加溶液，将实验结果记录在学案的表格中，对本小组的实验现象进行分析总结，表达交流。教师引导讨论：如果将实验中卵壳膜、鱼鳔膜、玻璃纸与尼龙布对比，液面会如何变化？通过对比同一溶液下不同膜内液面上升的高度，能够得出什么结论？发现不同膜透性不同。注入清水的装置与注入蔗糖溶液的装置相比，液面有何不同？同种膜，不同溶液浓度下各滴管液面上升的高度是否相同？若不相同，3个液面高度呈现什么特点？说明什么？各小组的学生进行讨论总结，理解发生渗透作用的两个条件。

3 发现问题再探讨

在实际的操作过程中，学生在观察实验结果会发现并提出许多问题，不同的小组对出现的问题提出相应的质疑并进行再探讨，结果如表1。

表1 学生实验后发现问题的再探讨

表1 学生实验后发现问题的再探讨

学生实验后发现的问题对发现问题的再探讨1鱼鳔膜“漏斗”装蔗糖溶液时,液面不升高反而降低?如果鱼鳔膜无破损,造成这一实验结果的原因有可能是学生在往“漏斗”和烧杯中分别滴加蔗糖溶液和清水时,视线未与液面齐平,在初始滴加的时候管中的蔗糖溶液液面就低于外界烧杯中的清水,但未发现,一段时间后观察发现管内溶液液面下降。2为什么同样用鱼鳔膜封住漏斗管底部(鱼鳔膜无破损),相同时间内,“漏斗”管中上升的高度有所差异?改进后的实验装置除了简便、低成本等优点外,由于是手工制作的,每个“漏斗”底的面积不一样,在进行实验时会造成一定的误差,滴管夹在夹子里也会影响漏斗颈的体积。鱼鳔前室膜也有厚薄不均。3为什么在烧杯中加入溶液,“漏斗”中加入清水的实验现象比“漏斗”中加溶液,烧杯中加清水现象更为明显?烧杯中的液体体积大,烧杯装溶液时的溶液体积较漏斗装溶液时的溶液体积大,渗透压变化更缓慢。还需要考虑重力因素,水从烧杯进漏斗,重力是阻力,水从漏斗进烧杯,重力是动力。所以,在烧杯中加入溶液,“漏斗”中加入清水,最终高度变化差的效果更明显。4“漏斗”中加溶液,烧杯中加清水,并且使用玻璃纸的情况下,经过对比其他组,为什么用玻璃纸进行实验液面均无上升?玻璃纸是一种半透膜,可能选用的溶液溶质分子的大小比购买的玻璃纸的孔径小,也可能实验时间还不够。对于这问题,还需要购买不同的玻璃纸进行后续实验。