蛋壳内膜用于渗透实验的改进

李雪竹 李 霞 唐俊颖

（1 北京市第十一中学 北京 100053 2 北京市东城区教师研修中心 北京 100009）

《高中生物课程标准（实验稿）》指出：高中生物学课程将在义务教育基础上，进一步提高学生的生物科学素养，尤其是发展学生的科学探究能力，倡导探究性学习，力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程。同时还提出：教师应该提供更多的机会让学生亲自参与和实践，引导学生通过生物学现象、生活经验等提出问题进行探究。

人教版必修1 第4 章“细胞的物质输入和输出”第1 节“物质跨膜运输的实例”，重在引导学生探究，开篇中的“问题探讨”栏目首先演示了半透膜、渗透作用，以及渗透作用发生的条件，让学生通过分析现象认识半透膜的作用，为本节讲述动物细胞的细胞膜和植物细胞的原生质层都相当于一层半透膜打基础。

教材中的渗透装置是在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸制成的，在漏斗中注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，观察漏斗管内液面高度的变化。经过多次实践证实该装置存在一定缺陷，例如：玻璃纸材料难寻，玻璃纸与漏斗之间难以密封，以及实验效果不明显等。对此，笔者通过查阅文献，大量实践与思考，发现蛋壳内膜是完成本实验较好的材料，由此将该实验装置改进如下： 手动剥离出蛋壳内膜作为半透膜，搭配1 只培养皿和1 只10 mL 量筒即为渗透装置。用该装置不仅能完成渗透作用的演示，还能完成一些拓展实验激发学生的探究热情，提高学生的科学素养。但需要说明的是：虽然蛋壳内膜对于渗透的分子像生物膜一样具有选择性，但其结构完全不同于生物膜，切勿误解。

1 实验内容及进度安排

1.1 实验内容 ①用蛋壳内膜改进的渗透装置完成渗透实验；②用蛋壳内膜改进的渗透装置完成淀粉-碘、蛋白质－双缩脲试剂对物质反应的拓展实验。

1.2 进度安排 建议10～15 min 完成。先完成淀粉-碘、蛋白质－双缩脲试剂对物质反应的拓展实验，让学生对半透膜的特点有直观的认识，然后再完成渗透实验，顺应学生的认知规律。

2 实验材料及器具

1）渗透实验的材料及器具：生鸡蛋、镊子、清水、培养皿、30%红糖水、10 mL 量筒。

2）淀粉-碘、蛋白质－双缩脲试剂拓展实验的材料及器具：生鸡蛋、镊子、清水、培养皿、3%淀粉溶液、碘液、10 倍稀释的蛋清液、双缩脲试剂A 液（0.1 g/mL 的NaOH 溶液）、双缩脲试剂B液（0.01 g/mL 的CuSO4溶液）、试管。

3 实验方案的优化

3.1 剥离蛋壳内膜的方法 ①用镊子敲碎鸡蛋尖头，并扩大，倒出内容物；②冲洗蛋壳内部，轻甩，让内膜与蛋壳之间的气室显现出来；③用镊子尖端轻轻敲碎蛋壳钝端，看到没有破损的内膜后，将钝端开口扩大；④在蛋壳钝端加入少量清水，轻甩，让内膜在水的重力下自行与蛋壳分离；⑤继续扩大蛋壳钝端开口，直到露出完整、足够面积的内膜为止。

3.2 渗透实验的优化 ①在培养皿中加入一定量的清水；②量取2 mL 红糖水从蛋壳尖端倒入空蛋壳中；③将蛋壳钝端坐在培养皿中；④10 min后，将蛋壳内的溶液完全倒入量筒中读数，则可观察到内膜在10 min 内渗透入多少水。

结论：蔗糖分子不能通过蛋壳内膜，而水分子可以通过蛋壳内膜。

3.3 用渗透装置拓展其他实验

3.3.1 淀粉-碘拓展实验 ①在培养皿中加入一定量的碘液；②从蛋壳尖端加入2 滴管淀粉溶液；③将蛋壳钝端坐入碘液中；④10 s 后观察实验结果，可以看到蛋壳内部的液体变蓝，而培养皿中的碘液没有变化。

结论：淀粉不能通过蛋壳内膜，而碘可以通过蛋壳内膜。

3.3.2 蛋白质－双缩脲试剂拓展实验 ①培养皿中加入一定量的双缩脲试剂A 液（含OH-）；②从蛋壳尖端加入2 滴管蛋清液；③将蛋壳钝端坐入双缩脲试剂A 液中；④10 s 后，将蛋壳内的液体倒入试管中，并同时吸取蛋壳钝端接触的双缩脲A 液加入到试管中，在2 只试管中同时加入4 滴双缩脲B 液，观察实验结果，可以观察到从蛋壳内倒出的液体变紫，而内膜外的液体呈现双缩脲B 本有的蓝色。

结论：蛋白质不能通过蛋壳内膜，而OH-可以通过蛋壳内膜。

3.4 蛋壳内膜的保存方法 将制备好的蛋壳内膜，完全浸泡在清水中，放入冰箱冷藏保存。如果能经常换水、清洗蛋壳，保存时间则更长。

3.5 利用蛋壳内膜演示实验的优点 ①与生物膜相似度高，便于学生直观认识半透膜的特点；②对材料的前处理安全高效，装置易获得，操作简单；③易保存（浸泡在清水中，放冰箱，可至少保存2 周）；④易清洗，可重复利用。

4 实验教学传递的重要概念

“渗透实验”隶属于生物学课程标准中的高中生物学必修课程模块1“分子与细胞”课程，其传递的重要概念为“质膜具有选择透过性”，进而传递“物质通过被动运输或主动运输方式进出细胞，以保持细胞内部环境的相对稳定”这一重要概念。

在教学中先演示淀粉-碘、蛋白质－双缩脲试剂物质进出半透膜的实验，该实验运用了学生刚学过的“检测生物组织中的主要化合物”这一知识点，既开拓了学生的思路，又达到学以致用的目的，更重要的是让学生直观认识了“半透膜”的概念，为后面学习“半透膜”和“渗透作用”的概念作铺垫。

完成拓展实验后，紧接着提出“渗透现象”的时候就可以演示改进后的渗透实验，改进后的实验现象能更快显现，而且以蛋壳内膜面积、时间和水的增量基本可以定量分析，用数据说话更科学可信。当然，蛋壳膜并不等同于生物膜，它只是蛋白质的交错网状结构，这一点需要教师及时向学生说明，以防混淆。课上时间有限，教师可以发动学生课下利用此装置设计实验探究不同物质分子的大小，提高学生的实验探究能力和操作能力，提升生物学核心素养。

通过对不同物质透过半透膜的实验，学生能深入理解质膜具有选择透过性，且不同的物质透过速率不同。这虽然是这一节开篇的一个演示实验，但它的作用不容忽视。学生在此之前学习了细胞的物质组成和功能，对细胞这一基本系统的组成和结构有了一定的理解，但对于系统的开放性不甚了解，因此，阐明系统的边界具有选择透过性对于学生理解细胞如何完成各部分功能，形成“生命的物质和能量观”这一生命观念有着十分重要的意义。