廣東省湛江市第二中學(xué)(524000) 王 定 張杏球 趙志超

1 前言

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”是人教版高中“分子與細(xì)胞”中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，旨在通過(guò)瓊脂塊模擬不同大小的細(xì)胞，探究細(xì)胞表面積與體積之比和物質(zhì)運(yùn)輸效率之間的關(guān)系，探討細(xì)胞不能無(wú)限長(zhǎng)大的原因。本實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，但制作“3cm×3cm×6cm”的瓊脂塊，并將其切成邊長(zhǎng)為1cm、2cm、3cm的瓊脂塊，過(guò)程比較繁瑣，教材中無(wú)相關(guān)制作方法的介紹或者建議，用現(xiàn)有工具制作的瓊脂塊，浪費(fèi)原料較多。筆者通過(guò)生活中常見的材料，用不同染色－褪色原理制作和重復(fù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了瓊脂塊的制作方法，并將實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行改良，避免了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中NaOH腐蝕性的危險(xiǎn)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

2 瓊脂塊磨具的制作

在探究瓊脂塊制作的過(guò)程中，我們采用了網(wǎng)絡(luò)上唯一一款用于本實(shí)驗(yàn)的 “魚型磨具”及冰箱制冰冰格，發(fā)現(xiàn)凝固后的瓊脂塊不能順利脫離模具。采用質(zhì)地柔軟的塑料模具不耐熱，反復(fù)用幾次后，模具變形，不能重復(fù)實(shí)驗(yàn)。制作96個(gè)規(guī)格為3cm×3cm×6cm的瓊脂塊需要瓊脂溶液6000mL，還需要再次切割成實(shí)驗(yàn)需要的3種不同規(guī)格瓊脂塊，過(guò)程繁瑣。最終，我們借鑒了烘焙蛋糕用到的工具，用軟件設(shè)計(jì)好產(chǎn)品規(guī)格，如圖1所示。在4個(gè)角落的格子邊緣設(shè)計(jì)好相應(yīng)的刻度，以1mm為單位。利用硅膠材料做成了邊長(zhǎng)為1cm、2cm、3cm的立方體硅膠模型。硅膠模具質(zhì)地柔軟，耐高溫，瓊脂凝固后容易脫模。3套不同規(guī)格的硅膠模具成品如圖2所示。

圖1 硅膠模具設(shè)計(jì)圖

圖2 硅膠模具成品圖

將冷卻至60℃的瓊脂溶液倒入到硅膠模具中，高度為剛好浸沒模具頂端為宜，用直尺等表面光滑的工具刮去表層溢出的瓊脂液。待其冷卻后，輕抵模具底部，便可使瓊脂塊順利脫模。每一套模具均有30個(gè)3種規(guī)格的瓊脂塊，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中2人1組，可以滿足一個(gè)班級(jí)60位學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求。使用的瓊脂溶液為1080mL，一般配置1200mL的瓊脂即可滿足30組實(shí)驗(yàn)的需要，極大地節(jié)省了實(shí)驗(yàn)材料。

3 改良染色－褪色原理

教材中用NaOH將含酚酞的瓊脂塊染成紫紅色。切割染色瓊脂塊，通過(guò)測(cè)量紫紅色的深度，即可計(jì)算出在相同時(shí)間內(nèi)，物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)細(xì)胞的體積與細(xì)胞的總體積之比，可反映出細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸效率。由于學(xué)生對(duì) “NaOH溶液強(qiáng)腐蝕性”存在害怕心理而降低了實(shí)驗(yàn)的積極性，筆者借助維生素C可以使吲哚酚溶液褪色的實(shí)驗(yàn)原理，在配置瓊脂溶液的過(guò)程中，加入一定量的吲哚酚，瓊脂塊呈現(xiàn)出藍(lán)色。將其置于維生素C溶液中發(fā)現(xiàn)藍(lán)色褪去，并能短時(shí)間直接觀察到褪色過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)表明，4～5min即可讓邊長(zhǎng)為1cm的瓊脂立方體完全褪色。維生素C可選擇藥店常售的 “Vc片”或者含維生素C的泡騰片，都可以獲得良好的褪色效果。2012年版的北師大教材中指出，維生素C也可以使含碘液的淀粉溶液褪色，筆者在瓊脂塊中加入碘液處理后的淀粉溶液，瓊脂塊呈現(xiàn)出深藍(lán)色，維生素C溶液也可使其褪色。

4 測(cè)量方法改良

原教材實(shí)驗(yàn)中瓊脂顯色后，需要對(duì)瓊脂塊進(jìn)行切割，繼而測(cè)量，而本實(shí)驗(yàn)改良，直接用直尺測(cè)量褪色的長(zhǎng)度即可計(jì)算出不同大小的 “細(xì)胞”物質(zhì)擴(kuò)散的效率，結(jié)果直觀、快捷。

5 褪色反應(yīng)后瓊脂塊的復(fù)色

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，筆者可以將褪色后的含淀粉的瓊脂塊浸入到一定濃度的碘液中，又可以使瓊脂塊染成藍(lán)色，以供后面學(xué)生繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)褪色－復(fù)色多次操作，實(shí)驗(yàn)效果依然明顯。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型直觀地表明：瓊脂塊的表面積與體積之比，隨著瓊脂塊的增大而減小，褪色的體積與整個(gè)瓊脂塊體積之比，隨著瓊脂塊體積的減小而增大。引導(dǎo)學(xué)生依此類推：細(xì)胞體積越小，相對(duì)表面積越大，物質(zhì)運(yùn)輸效率越高。

通過(guò)將生活中的材料用于實(shí)驗(yàn)，巧妙地利用染色—褪色原理，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力。