羅福海

摘要通過“細(xì)胞膜的滲透性實(shí)驗(yàn)”的跨學(xué)科融合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)由原來的單一性演示實(shí)驗(yàn)到綜合性探究實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)變，對(duì)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展起到了促進(jìn)作用，收到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 生物學(xué) 學(xué)科核心素養(yǎng) 滲透性實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新

中圖分類號(hào)Q-331文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是落實(shí)立德樹人任務(wù)的操作性途徑，是教師開展課堂教學(xué)的總目標(biāo)。學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的有效途徑。

“滲透作用”是人教版（2019年）高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》第四章第一節(jié)“被動(dòng)運(yùn)輸”中的演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)和生命現(xiàn)象的本質(zhì)特征有一定的益處，但卻不利于學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。下面將這一演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步融合與創(chuàng)新，使其成為一個(gè)同時(shí)具備綜合性、探究性、推理性三位一體的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生由原來的根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟毫無思考地操作、去驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)去自主分析、推理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種轉(zhuǎn)變不但能夠考查學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力，還能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析推理能力，同時(shí)還能夠引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及思考問題的積極性，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的理解，最重要的是鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考的能力和綜合分析問題能力，有助于發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1實(shí)驗(yàn)原理

不同的物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式是不同的，這與細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性與功能特性密切相關(guān)。進(jìn)出細(xì)胞的物質(zhì)本身屬性和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性共同影響著細(xì)胞膜的通透性?，F(xiàn)已知影響物質(zhì)通透性的因素主要有脂溶性、分子大小、是否帶電荷（離子）。本實(shí)驗(yàn)需運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決生物學(xué)問題，學(xué)生只有深刻理解上述3個(gè)因素，才能做出正確判斷及推理。

2實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)選用兔血作為溶血材料，實(shí)驗(yàn)選取8種溶液，分成兩組，每組4種溶液，第一組為鹽溶液（物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.17 mol/L的氯化鈉溶液、0.17 mol/L的氯化銨、0.17 mol/L的乙酸銨溶液，0.12 mol/L的草酸銨溶液），第二組為有機(jī)溶液（物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.32 mol/L的葡萄糖溶液，0.32 mol/L的甘油溶液，0.32 mol/L的丙酮溶液，0.32 mol/L的乙醇溶液），分別用1～8的數(shù)字排序貼標(biāo)簽，量取對(duì)應(yīng)溶液的量筒同樣標(biāo)明對(duì)應(yīng)編號(hào)。

3實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟

取8支干凈試管，分別在試管上貼上有1～8編號(hào)的標(biāo)簽，依次用不同的量筒從8種不同溶液的試劑瓶中量取10 mL相應(yīng)的溶液，用滴管向每支試管中依次加入1 mL稀釋的兔血細(xì)胞懸液，計(jì)時(shí)觀察是否出現(xiàn)溶血現(xiàn)象。

另外，分別從已經(jīng)判斷出來的完全溶血、不完全溶血、不溶血的試管中吸取適量溶液，制作成裝片并在顯微鏡下觀察。同時(shí)另取稀釋的血細(xì)胞懸液裝片作為空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)，觀察其溶血狀況。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異

實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1）顯示，引起紅細(xì)胞溶血速率最快的是水分子。這是因?yàn)樗菢O性小分子，并且紅細(xì)胞的細(xì)胞膜上具有水通道蛋白，水通道蛋白參與了水分子的協(xié)助擴(kuò)散。這就導(dǎo)致了水分子進(jìn)入紅細(xì)胞的速率遠(yuǎn)比另一種被動(dòng)運(yùn)輸方式——自由擴(kuò)散快。因此，水分子的進(jìn)入導(dǎo)致紅細(xì)胞的溶血現(xiàn)象就可以作為其他物質(zhì)導(dǎo)致溶血現(xiàn)象出現(xiàn)的參考依據(jù)。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，都會(huì)有1種溶液不能導(dǎo)致溶血反應(yīng)的發(fā)生，每組剩余的其他3種溶液皆能夠發(fā)生溶血現(xiàn)象。同時(shí)，經(jīng)過對(duì)比，各組都表現(xiàn)出溶血速率的差異。

實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生對(duì)4種鹽溶液從電解質(zhì)強(qiáng)弱的層面進(jìn)一部做出判斷，需要了解鈉鹽與銨鹽物質(zhì)性質(zhì)的區(qū)別所在。經(jīng)過查閱資料，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中用到的氯化鈉溶液屬于強(qiáng)電解質(zhì)，銨鹽屬于弱電解質(zhì)。根據(jù)“易穿膜的物質(zhì)是不帶電荷的分子，而對(duì)于同樣大小的分子而言，非電解質(zhì)的跨膜運(yùn)輸速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于電解質(zhì)物質(zhì)，相應(yīng)地，弱電解質(zhì)也比強(qiáng)電解質(zhì)的運(yùn)輸速率快”這一運(yùn)輸規(guī)律，學(xué)生不難推測(cè)出未能發(fā)生溶血現(xiàn)象的是氯化鈉溶液。本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)之處是學(xué)生如何分析3種銨鹽的水解反應(yīng)以及它們導(dǎo)致的溶血原因。這需要學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)資料，再對(duì)這三種銨鹽產(chǎn)生水解反應(yīng)的情況作出分析判斷，最終知曉：這三種銨鹽溶液雖然都是弱電解質(zhì)，但是仍然有著有強(qiáng)弱之分，它們水解后得到的分子數(shù)量也不同，如乙酸銨水解產(chǎn)生乙酸和NH3·H2O，草酸銨水解產(chǎn)生NH3·H2O和乙酸（少量），而氯化銨水解只產(chǎn)生NH3·H2O，根據(jù)不帶電荷的分子越多越容易穿膜運(yùn)輸，溶血現(xiàn)象也發(fā)生的越快。由此，得知3種溶液的溶血時(shí)間依次為：T氯化銨>T草酸銨>T乙酸銨，依次對(duì)應(yīng)據(jù)表1中的3、

1、2號(hào)試管。

對(duì)于第二組有機(jī)溶液的分組實(shí)驗(yàn)的觀察、分析，有機(jī)溶液遵從相似相溶這一原理，有機(jī)分子常常通過自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入紅細(xì)胞。經(jīng)觀察四組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中同樣有1種溶液不溶血，學(xué)生依據(jù)已有知識(shí)，可以得出，葡萄糖屬于大分子物質(zhì)范疇，不能通過自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入紅細(xì)胞，因此能夠迅速判斷出不發(fā)生溶血現(xiàn)象的是葡萄糖溶液。本組實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于乙醇、丙酮、甘油這三者在該濃度屬于等滲溶液，而對(duì)于學(xué)生來說較難做出推斷的是乙醇和丙酮。很多時(shí)候，學(xué)生根據(jù)己有知識(shí)分析其分子大小，往往忽略了脂溶性，從而容易得出錯(cuò)誤的結(jié)論。在影響物質(zhì)滲透性的因素中：“脂溶性比分子大小的影響力更強(qiáng)”。此時(shí)，教師應(yīng)適當(dāng)提示學(xué)生，告訴學(xué)生脂溶性與分子極性的相關(guān)性，引導(dǎo)學(xué)生，從分子極性值的角度去考慮這一問題。關(guān)于分子極性值的內(nèi)容，需要學(xué)生自主查閱資料才可以得到。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)等可以得到分子極性也就是分子對(duì)稱性大小為甘油>乙醇>丙酮，從而重新作出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷。

最后，教師通過使用顯微鏡觀察溶血情況裝片這一環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生回顧血涂片的制片技術(shù)以及顯微鏡使用的規(guī)范方法，再利用觀察得到的結(jié)果進(jìn)一步證明不同溶液導(dǎo)致的溶血現(xiàn)象。這能夠給學(xué)生一個(gè)直觀的視覺印象，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)溶血現(xiàn)象的理解，同時(shí)也豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

4.2實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新效果分析

本探究實(shí)驗(yàn)不但能引起學(xué)生的探索欲望，還能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。教師在實(shí)驗(yàn)前做出提示，溶血時(shí)間是推斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的重要因素，要求學(xué)生仔細(xì)觀察并記錄溶血時(shí)間。這樣能夠提升實(shí)驗(yàn)課的課堂效率。實(shí)驗(yàn)完成后，小組針對(duì)各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論，如有不同意見或者出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，需師生共同討論解決。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推理，學(xué)生需要根據(jù)已有知識(shí)去主動(dòng)查閱文獻(xiàn)資料，以小組為單位自主學(xué)習(xí)并進(jìn)行比較，才能認(rèn)識(shí)到不同物質(zhì)溶血跟溶液濃度相關(guān)，促進(jìn)形成生命觀念。學(xué)生很難根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接作出正確的推斷，需要運(yùn)用化學(xué)知識(shí)，通過分析和推斷最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣，學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜通透性的理解會(huì)更直觀更深刻，有助于形成科學(xué)思維，并運(yùn)用科學(xué)探究理解科學(xué)本質(zhì)。

5討論

在“細(xì)胞膜的滲透性實(shí)驗(yàn)”中，由于小組與小組之間在判斷標(biāo)準(zhǔn)以及操作過程中有著較強(qiáng)的主觀性，最后得到的的溶血時(shí)間數(shù)據(jù)也存在著差異。但是，只要同組判斷溶血的標(biāo)準(zhǔn)和操作方法得當(dāng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推斷就幾乎沒有影響。如果出現(xiàn)有些溶液的溶血時(shí)間相差幾秒的現(xiàn)象，可能是實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。因此，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，教師應(yīng)采取以下措施：①判斷標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。將學(xué)生分成若干組，每組分為3～4人，并在小組中指定1人負(fù)責(zé)觀察溶血現(xiàn)象，以低滲溶液也就是蒸餾水的完全溶血現(xiàn)象為參照對(duì)象。②加樣操作的規(guī)范。為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差，在紅細(xì)胞懸液中加入測(cè)試溶液的過程中，輕輕晃動(dòng)試管2～3次，再靜置觀察。需注意不能強(qiáng)力晃動(dòng)，以免人為造成紅細(xì)胞破裂加快溶血，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。③取多次測(cè)量的平均值。實(shí)驗(yàn)過程中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，可以通過多次測(cè)量取平均值的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王金發(fā).細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2004：67-69.

[3]孫穎，郝美璞.銨鹽通透細(xì)胞膜機(jī)理的探討[J].河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，22（2）：264-266.

[4]張喜納，趙錦慧.影響細(xì)胞膜通透性的因素研究[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，32（5）：126-128.

[5]吳立柱，曾凡力，侯春燕，等.“細(xì)胞膜的滲透性實(shí)驗(yàn)”在“細(xì)胞生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)踐[J].中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào)，2019，41（11）：2 178-2 182.