李雪竹 李 霞 唐俊穎

（1 北京市第十一中學(xué) 北京 100053 2 北京市東城區(qū)教師研修中心 北京 100009）

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）》指出：高中生物學(xué)課程將在義務(wù)教育基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，尤其是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，力圖促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程。同時還提出：教師應(yīng)該提供更多的機(jī)會讓學(xué)生親自參與和實踐，引導(dǎo)學(xué)生通過生物學(xué)現(xiàn)象、生活經(jīng)驗等提出問題進(jìn)行探究。

人教版必修1 第4 章“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”第1 節(jié)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗保卦谝龑?dǎo)學(xué)生探究，開篇中的“問題探討”欄目首先演示了半透膜、滲透作用，以及滲透作用發(fā)生的條件，讓學(xué)生通過分析現(xiàn)象認(rèn)識半透膜的作用，為本節(jié)講述動物細(xì)胞的細(xì)胞膜和植物細(xì)胞的原生質(zhì)層都相當(dāng)于一層半透膜打基礎(chǔ)。

教材中的滲透裝置是在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙制成的，在漏斗中注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，觀察漏斗管內(nèi)液面高度的變化。經(jīng)過多次實踐證實該裝置存在一定缺陷，例如：玻璃紙材料難尋，玻璃紙與漏斗之間難以密封，以及實驗效果不明顯等。對此，筆者通過查閱文獻(xiàn)，大量實踐與思考，發(fā)現(xiàn)蛋殼內(nèi)膜是完成本實驗較好的材料，由此將該實驗裝置改進(jìn)如下： 手動剝離出蛋殼內(nèi)膜作為半透膜，搭配1 只培養(yǎng)皿和1 只10 mL 量筒即為滲透裝置。用該裝置不僅能完成滲透作用的演示，還能完成一些拓展實驗激發(fā)學(xué)生的探究熱情，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。但需要說明的是：雖然蛋殼內(nèi)膜對于滲透的分子像生物膜一樣具有選擇性，但其結(jié)構(gòu)完全不同于生物膜，切勿誤解。

1 實驗內(nèi)容及進(jìn)度安排

1.1 實驗內(nèi)容 ①用蛋殼內(nèi)膜改進(jìn)的滲透裝置完成滲透實驗；②用蛋殼內(nèi)膜改進(jìn)的滲透裝置完成淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑對物質(zhì)反應(yīng)的拓展實驗。

1.2 進(jìn)度安排 建議10～15 min 完成。先完成淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑對物質(zhì)反應(yīng)的拓展實驗，讓學(xué)生對半透膜的特點有直觀的認(rèn)識，然后再完成滲透實驗，順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

2 實驗材料及器具

1）滲透實驗的材料及器具：生雞蛋、鑷子、清水、培養(yǎng)皿、30%紅糖水、10 mL 量筒。

2）淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑拓展實驗的材料及器具：生雞蛋、鑷子、清水、培養(yǎng)皿、3%淀粉溶液、碘液、10 倍稀釋的蛋清液、雙縮脲試劑A 液（0.1 g/mL 的NaOH 溶液）、雙縮脲試劑B液（0.01 g/mL 的CuSO4溶液）、試管。

3 實驗方案的優(yōu)化

3.1 剝離蛋殼內(nèi)膜的方法 ①用鑷子敲碎雞蛋尖頭，并擴(kuò)大，倒出內(nèi)容物；②沖洗蛋殼內(nèi)部，輕甩，讓內(nèi)膜與蛋殼之間的氣室顯現(xiàn)出來；③用鑷子尖端輕輕敲碎蛋殼鈍端，看到?jīng)]有破損的內(nèi)膜后，將鈍端開口擴(kuò)大；④在蛋殼鈍端加入少量清水，輕甩，讓內(nèi)膜在水的重力下自行與蛋殼分離；⑤繼續(xù)擴(kuò)大蛋殼鈍端開口，直到露出完整、足夠面積的內(nèi)膜為止。

3.2 滲透實驗的優(yōu)化 ①在培養(yǎng)皿中加入一定量的清水；②量取2 mL 紅糖水從蛋殼尖端倒入空蛋殼中；③將蛋殼鈍端坐在培養(yǎng)皿中；④10 min后，將蛋殼內(nèi)的溶液完全倒入量筒中讀數(shù)，則可觀察到內(nèi)膜在10 min 內(nèi)滲透入多少水。

結(jié)論：蔗糖分子不能通過蛋殼內(nèi)膜，而水分子可以通過蛋殼內(nèi)膜。

3.3 用滲透裝置拓展其他實驗

3.3.1 淀粉-碘拓展實驗 ①在培養(yǎng)皿中加入一定量的碘液；②從蛋殼尖端加入2 滴管淀粉溶液；③將蛋殼鈍端坐入碘液中；④10 s 后觀察實驗結(jié)果，可以看到蛋殼內(nèi)部的液體變藍(lán)，而培養(yǎng)皿中的碘液沒有變化。

結(jié)論：淀粉不能通過蛋殼內(nèi)膜，而碘可以通過蛋殼內(nèi)膜。

3.3.2 蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑拓展實驗 ①培養(yǎng)皿中加入一定量的雙縮脲試劑A 液（含OH-）；②從蛋殼尖端加入2 滴管蛋清液；③將蛋殼鈍端坐入雙縮脲試劑A 液中；④10 s 后，將蛋殼內(nèi)的液體倒入試管中，并同時吸取蛋殼鈍端接觸的雙縮脲A 液加入到試管中，在2 只試管中同時加入4 滴雙縮脲B 液，觀察實驗結(jié)果，可以觀察到從蛋殼內(nèi)倒出的液體變紫，而內(nèi)膜外的液體呈現(xiàn)雙縮脲B 本有的藍(lán)色。

結(jié)論：蛋白質(zhì)不能通過蛋殼內(nèi)膜，而OH-可以通過蛋殼內(nèi)膜。

3.4 蛋殼內(nèi)膜的保存方法 將制備好的蛋殼內(nèi)膜，完全浸泡在清水中，放入冰箱冷藏保存。如果能經(jīng)常換水、清洗蛋殼，保存時間則更長。

3.5 利用蛋殼內(nèi)膜演示實驗的優(yōu)點 ①與生物膜相似度高，便于學(xué)生直觀認(rèn)識半透膜的特點；②對材料的前處理安全高效，裝置易獲得，操作簡單；③易保存（浸泡在清水中，放冰箱，可至少保存2 周）；④易清洗，可重復(fù)利用。

4 實驗教學(xué)傳遞的重要概念

“滲透實驗”隸屬于生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的高中生物學(xué)必修課程模塊1“分子與細(xì)胞”課程，其傳遞的重要概念為“質(zhì)膜具有選擇透過性”，進(jìn)而傳遞“物質(zhì)通過被動運輸或主動運輸方式進(jìn)出細(xì)胞，以保持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定”這一重要概念。

在教學(xué)中先演示淀粉-碘、蛋白質(zhì)－雙縮脲試劑物質(zhì)進(jìn)出半透膜的實驗，該實驗運用了學(xué)生剛學(xué)過的“檢測生物組織中的主要化合物”這一知識點，既開拓了學(xué)生的思路，又達(dá)到學(xué)以致用的目的，更重要的是讓學(xué)生直觀認(rèn)識了“半透膜”的概念，為后面學(xué)習(xí)“半透膜”和“滲透作用”的概念作鋪墊。

完成拓展實驗后，緊接著提出“滲透現(xiàn)象”的時候就可以演示改進(jìn)后的滲透實驗，改進(jìn)后的實驗現(xiàn)象能更快顯現(xiàn)，而且以蛋殼內(nèi)膜面積、時間和水的增量基本可以定量分析，用數(shù)據(jù)說話更科學(xué)可信。當(dāng)然，蛋殼膜并不等同于生物膜，它只是蛋白質(zhì)的交錯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這一點需要教師及時向?qū)W生說明，以防混淆。課上時間有限，教師可以發(fā)動學(xué)生課下利用此裝置設(shè)計實驗探究不同物質(zhì)分子的大小，提高學(xué)生的實驗探究能力和操作能力，提升生物學(xué)核心素養(yǎng)。

通過對不同物質(zhì)透過半透膜的實驗，學(xué)生能深入理解質(zhì)膜具有選擇透過性，且不同的物質(zhì)透過速率不同。這雖然是這一節(jié)開篇的一個演示實驗，但它的作用不容忽視。學(xué)生在此之前學(xué)習(xí)了細(xì)胞的物質(zhì)組成和功能，對細(xì)胞這一基本系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)有了一定的理解，但對于系統(tǒng)的開放性不甚了解，因此，闡明系統(tǒng)的邊界具有選擇透過性對于學(xué)生理解細(xì)胞如何完成各部分功能，形成“生命的物質(zhì)和能量觀”這一生命觀念有著十分重要的意義。