渗透作用实验是理解成熟植物细胞水分吸收原理的重要途径。人教社1990年版目前仍在使用的教材和即将启用的试验修订本新教材中,该实验采用的一直是如图1所示的实验装置。该装置中长颈漏斗下大上小,水分子透过半透膜的表面积大,上部管径细小,漏斗内蔗糖液面上升较快。因此,此设计从理论上讲具有现象明显的优点。但同时它也留给我们实践中思考和创造的空间。
1 半透膜材料的选择探讨
图1中长颈漏斗下部口径大,难寻理想的半透膜。渗透实验理想的半透膜材料,笔者认为应具备下述特点:第一,感性直观,即广大学生在日常生活中对其接触较多,易将其与生物膜联系起来;第二,简便易得,即利用材料制成半透膜的过程简单;第三,不易破裂。为筛选理想的半透膜材料,笔者对常见膜材料进行了比较分析,见表1。
由表1分析可知:在常见半透膜材料中鸡蛋卵壳膜为最佳半透膜材料。但它难以与图1设计中的漏斗下部大口径相匹配。
2 实验改进的探讨
为了在实验中使用理想的半透膜——鸡蛋卵壳膜。,同时保留渗透面积大、效果显著的特点,笔者对改进实验设计进行了探索。
2.1装置的改进尝试 见图2、图3所示的两种装置。
说明如下:图2(1)卵壳膜获得:将鸡蛋钝端敲开一口径约1.3cm小口,倒去蛋清蛋黄后浸入质量浓度为15%的盐酸中,溶去全部外壳得膜;(2)将玻璃管一端(约1cm)从卵壳膜开口处伸入膜内,用细线捆扎。(玻管管径不宜过小,否则注入蔗糖液时易产生气柱);(3)试管夹固定玻璃管,搁置在烧杯口上,同时向玻璃管内灌注蔗糖液并调节起始液面与试管夹上表面平齐。
图3蛋壳的处理:(1)选择个大的鸡蛋将钝端敲开一蚕豆大小孔。倒去蛋清蛋黄,将尖端朝下搁置于装有适量盐酸(质量分数为15%)的小烧杯上,溶去尖端蛋壳(约1cm高),露出卵壳;(2)将蛋壳尖部朝下搁置于盛有适量清水的小烧杯上。迅速往壳内注入蔗糖液至液面几乎平钝端最低开口处为止。加入约3滴黑墨水标记。
2.2实验效果的探讨
笔者分别利用质量浓度为0.3g/ml、0.5g/ml、0.6g/ml的蔗糖液测定图2装置不同时间蔗糖液液面上升高度以及图3中壳内蔗糖液溢出的时间,结果分别见表2、表3。
由表2可知,图2装置在管内浓度大于或等于0.3g/ml时,渗透作用效果都比较明显,完全可用于课堂演示,尤以浓度大于或等于0.5g/ml更迅速。
由表3可知,图3装置也可用于课堂演示,蔗糖液浓度以0.6g/ml为佳。
总之,图2、图3的改进装置,只要结合使用适宜浓度的蔗糖液,就既能体现原图1“效果明显”的设计要求,又具有更强的可操作性:(1)利用学生们司空见惯的鸡蛋壳制半透膜,感性直观,方便易得;(2)装置简便。原图1设计中的长颈漏斗在实际操作中一般采取铁架台悬细线法固定,繁杂笨重。而图2仅用一木试管夹对玻璃管固定,图3甚至不需外加固定物。此外,卵壳膜的制备过程,能引导学生利用化学知识解决生物学问题,培养学生知识迁移的能力。整个实验设计的改进探索过程也有利于激发学生的创新意识,培养学生的创造能力。
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