对“渗透作用”实验的完善策略和路径

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1、对“渗透作用实验的完善策 略和路径对“渗透作用实验的完善策略和路径“渗透作用实验是高中生物学课程中的经典实验，人 教版高中生物（必修1）“分子与细胞多年来一直沿用该实 验作为突出这一章节重点、突破难点的辅助手段。学生通过 观察、分析渗透现象，认识生物膜的选择透过性，了解渗透作 用及其发生条件，为进一步学习细胞的吸水和失水现象建立 了良好的知识铺垫。但如何做好该实验才能到达预期效果？ 教科书的渗透装置存在一些缺乏，笔者通过对其进行了探索 和改良，取得了良好的实验效果。现介绍如下，以供参考。一、对实验装置的改良教材中的实验装置如图1所示,该装置中长颈漏斗呈下大上 小的钟形，半透膜需套在下端，在实际

2、操作中，由于钟形长颈 漏斗下部口径大，要求制取的半透膜的面积较大，在实验材 料的准备过程中很难寻到理想的半透膜，而且在套膜、结扎 上也较麻烦，经常会出现结扎不严密或半透膜破损等操作困 难的问题。另外长颈漏斗上部管径也不够细小，造成漏斗内 水柱上升幅度小且速度缓慢，实验现象不明显。这留下了很 多思考和创造的空间。关于渗透作用演示实验装置的改良， 已有不少教师做了很多的尝试，笔者进一步将装置做了如下 改良（图2）。（1）用带刻度的移液管代替长颈漏斗。由于长颈漏斗的玻璃 管内径大，也没有刻度，所以管内液面上升速度慢，读数也不 方便，而带有刻度的移液管可以短时间内直接读取液面上升 的高度。注意在实验过

3、程中要根据需要选择移液管的大小， 如果移液管管径过小，易产生气柱，移液、装管困难;如果移 液管管径过大，那么实验现象不明显。实验说明，用体积为5 mL的移液管（长颈的直径范围在47 mm）效果较好。（2）由于钟形长颈漏斗下部口径大，要求制取的半透膜膜面 积较大，在实际操作中很难找到适宜大小的半透膜（生物膜）， 而且在套膜、结扎上较麻烦，所以将装置下部口径细化，将半 透膜直接套在了移液管下端并结扎。二、半透膜材料的选择该实验能否获得直观的效果，半透膜的选择至关重要。半透 膜材料大致可分为生物材料与非生物材料两种。常用的生物 材料有鸡蛋的卵壳膜、鱼膘、肠衣等；而非生物材料有玻璃 纸、火棉胶等。教材

4、中选用玻璃纸作为半透膜材料。但该章 节重在培养学生对生物膜选择透过性的理解，而玻璃纸与生 物膜有一定的差异，所以选用玻璃纸进行实验缺乏说服力， 而且玻璃纸来源渠道窄，很难购置。所以选用生物材料取代 玻璃纸作为半透膜的材料比拟适宜。其中，鸡蛋膜或者鱼鳔 为较常使用的半透膜材料。到底哪一种材料的实验效果更好? 笔者通过实验比拟了鸡蛋膜和鱼鳔作为半透膜材料的优缺 点，以期选择出最正确的半透膜材料。鸡蛋卵壳膜的处理鸡蛋卵壳膜简称蛋膜，在生鸡蛋稍尖的一端，轻轻敲出直径 大小约1.2 cm的小孔，倒出蛋清和蛋黄，留下蛋壳用清水洗 净，然后分别用以下两种方法处理：（1）浸泡在质量分数为 15%的盐酸中152

5、0min。浸泡在醋酸中（也可用食用醋或 者冰醋酸）24 h。处理期间需经常翻动蛋壳，以使蛋壳能均匀 浸泡在液体中，待蛋壳变薄变脆后，轻轻用力剥出蛋膜。结果分析：比拟两种处理蛋膜的方法，发现使用15%的盐酸处 理蛋壳获取半透膜效果更好。醋酸处理虽然条件较温和，但 耗时太长（至少需要24 h）,操作不方便。笔者反复比拟两种 处理方法制取的半透膜材料的渗透效果，发现并没有明显的 差异。因此，笔者建议使用15%的盐酸处理蛋壳获取半透膜。（2）鱼鳔的处理取鱼鳔（鲢鱼或鳙鱼市场临时购置），用剪刀或者刀片切去后 室（即小的一端），留着前室（大的一端），切口大小略大于移 液管的下端，以便于包裹，用橡皮筋系好。

6、鱼鳔需现买现剖现 制。选用图2装置进行实验，所用蔗糖浓度为0. 3g/mL,10 min后 测定图2装置中水柱液面上升的高度，结果见表1。结果与分析：由表1可知，鸡蛋膜为半透膜的装置管内液柱上 升的高度远远大于鱼鳔。10 min后，前者液面上升11.0 mm, 而后者的液面只上升010 mm,液柱几乎没有变化。可能是由 于鱼鳔质地比拟厚，影响了水的扩散,使管内水柱上升速度 变慢，而且鱼鳔需要现买现剖现制，腥味浓厚，不方便购置、 操作和保存；而鸡蛋来源广，本钱低，易保存,蛋膜制作过程 也相对较简单。因此，笔者认为蛋膜为更理想的半透膜材料。三、渗透溶液浓度选择半透膜两侧的浓度差会影响渗透作用的效率

7、。教材中的渗透 作用示意图和实验“观察植物细胞质壁别离与复原使用 的都是质量分数为0.3 g/mL的蔗糖溶液。实验时渗透速率 较慢，现象不太明显。为了提高演示实验的效果，笔者探究了 不同浓度蔗糖溶液对渗透作用效果的影响。分别用质量分数 为 0.1 g/mL、 0.2 g/mL、 0.3 g/mL、 0.4 g/mL、 0.5 g/mL 的蔗糖溶液进行实验，测定一定时间内管内液柱上升的高度, 结果见表2。结果与分析：由表2可知，管内液柱上升的速率与半透膜两侧 溶液浓度差呈正相关。蔗糖溶液浓度为0.1g/mL时水柱上升 速度缓慢，为0.21mm/min;随着蔗糖浓度的增加，水柱上升的 速率增加。当

8、蔗糖溶液浓度等于或者大于0.3 g/mL时,水柱 上升的速率明显加快。当蔗糖溶液浓度为0.3 g/mL时，水柱 上升速度到达062 mm/min;当蔗糖溶液浓度为0.5g/mL时， 到达098mm/min。液面上升现象直观明了。结果说明：蔗糖溶液浓度过低时，渗透现象不明显；而浓度过高时（一般超过0.5 g/mL）又会破坏生物膜的透性，不同生物 膜材料对溶液的耐受能力不同，对于以蛋膜为半透膜材料的 装置，质量分数为0.40.5 g/mL的蔗糖溶液实验效果较好。四、实验温度选择研究温度对渗透作用效果的影响，将以蛋膜为半透膜材料的 装置分别置于温度为28C、35C、42C的环境中（蒸馏水和 0.5

9、g/mL的蔗糖溶液），结果见表3。结果与分析：由表3可知，在一定温度范围内,液柱上升速率 与温度呈正相关。随着温度升高，渗透作用速率加大28C 时，10 min内液注上升11mm,而在42C时，液柱能上升16 mm, 渗透现象显着增强。提高温度使清水和蔗糖溶液分子的运动 速度加快，渗透速度也随之加快。但温度过高会破坏半透膜 的透性，不同的半透膜材料对温度的耐受能力不同，对于以 蛋膜为半透膜材料的装置，将温度控制在35C40C时渗透 作用效果较好。经过创新优化后的实验，整个实验所需要的时间为68 min, 准备简单，操作方便,实验现象明显，便于课堂的演示。当然,除上述因素外，还有很多其他因素也会影响到渗透作 用效果，例如半透膜的有效面积、渗透膜内不同的溶液等都 会影响到实验结果等，还有待进一步探索和改良。