“細胞大小與物質運輸的關系”實驗的改進意見

吳敬燚

摘 要：通過“細胞大小與物質運輸的關系”實驗的思考及探究，對教材中采用的實驗試劑、實驗用具及實驗材料進行改良，設計四個改進方案：石蕊瓊脂塊+冰乙酸溶液；淀粉瓊脂塊+碘液；豆腐塊+紅墨水；瓊脂塊+碘液。通過教材實驗和四個改進方案實驗的對比，從成本、反應時間、可否回收、實驗效果四個層面比較優缺點，瓊脂塊+碘液的方案在達到實驗目的的基礎上，更具有取材簡便、安全性高、可回收、實驗效果明顯等優勢。擬出一套簡捷、方便并能資源回收的實驗方案，并提出了幾點改進建議。

關鍵詞：細胞大小；物質運輸；分子擴散深度；實驗改進

在中等職業教育農林類專業的課程體系中，生物學作為一門公共基礎課，開設的范圍幾乎涵蓋了農林類的所有專業。生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，許多生物學知識必須通過實驗的手段來體現。實驗不僅是鍛煉學生實踐能力的重要途徑，更是激發學生探索興趣、培養學生創新精神的切入點。學生通過實驗操作，把實驗操作和理論學習結合起來，不僅能更好地理解和掌握相關的知識，更能培養實驗能力、觀察能力、思維能力、解決問題能力等，還能增強對專業的興趣以及研究能力，為將來的學習、生活、工作奠定的專業技能基礎。自2015年起，福建省高等職業教育入學考試大綱中明確，農林類專業基礎知識考試增設生物學實驗操作技能測試，分值為100分，并計入總分，以測試中職學生的實驗操作水平。因此，在中等職業教育農林類專業的生物學教學中，加強對學生實驗操作能力的培養和對實驗進行探究的精神是非常重要的教學目標。

1 實驗基本情況

本實驗是廈大版福建省高等職業教育入學考試復習指導用書《農林牧漁類專業基礎知識》第二版教材中第一部分生物學基礎知識的第二章的一個實驗，通過探究細胞大小（即細胞的表面積與體積之比）與物質運輸效率之間的關系，探討細胞不能無限長大的原因。在實際課堂中，因教材中所采用的NaOH溶液屬于強堿，即使濃度很小也具有一定的腐蝕性，若學生接觸到皮膚或眼睛存在危險，因此，在實驗過程中增加了學生及老師潛在的心理負擔。另外，傳統方法制作瓊脂塊的過程比較麻煩，實際教學過程中往往會因為用量大而造成浪費，因此就實驗的試劑、用具與材料進行了改進。實驗試劑：楊運春在《“細胞大小與物質運輸的關系”模擬實驗的改進》 中提到，以淀粉代替酚酞，碘液替換NaOH 來改進該實驗 [1 ]。實驗用具：杜曉捷在《“細胞大小與物質運輸的關系”實驗中含酚酞瓊脂塊的制作》中提到，為了使瓊脂塊的制作更簡單方便，設計了瓊脂塊制作模具 [2 ]。實驗材料：王秀莉在《細胞大小與物質運輸的關系”模擬實驗的改進》中考慮到球體更接近細胞的形狀，建議用瓊脂球代替瓊脂塊來完成實驗 [3 ]。潘建勛在《“細胞大小與物質運輸的關系”模擬實驗的改進探究》中建議利用生活中常見的、柔軟的、容易切成塊的東西來代替瓊脂塊，例如豆腐 [4 ]。

2 幾種實驗方法比較

利用分子擴散來模擬細胞的物質交換，通過顏色反應確認物質擴散的深度，結合化學知識中酚酞遇堿變紅及石蕊遇酸變紅，以石蕊代替酚酞，冰乙酸代替NaOH，由于冰乙酸為弱酸，較為安全；淀粉遇碘變藍，用淀粉代替酚酞，碘液代替NaOH，碘液更為安全；利用碘遇熱揮發，將瓊脂塊直接放入碘液中，實驗結束可繼續加熱含碘的瓊脂溶液，利用碘遇熱揮發的特性，碘揮發后剩余的瓊脂還可繼續回收利用。因此設計出4種改進方案：“石蕊瓊脂塊+冰乙酸溶液”、“淀粉瓊脂塊+碘液”、“豆腐塊+紅墨水”、“瓊脂塊+碘液”。

2.1 方法一

實驗成本雖然較低，反應時間短且效果明顯，但是所使用的NaOH溶液屬于強堿溶液，即使濃度只有0.1%但也存在著一定的危險性，容易造成學生的心理負擔，不易于實驗的展開。另外實驗結束后酚酞瓊脂塊無法回收，若學生不慎倒入水槽中，會造成水槽嚴重的堵塞。

2.2 方法二

采用的試劑為冰乙酸，冰乙酸屬于弱酸，但其味道較為刺鼻，即使稀釋到一定的倍數也存在著較難聞的味道，且石蕊的成本高，若要實驗效果明顯所采用的石蕊溶液的量就要大，實驗結束后石蕊瓊脂塊無法回收。

2.3 方法三

采用的試劑較為安全，且成本較低，但是淀粉瓊脂塊在制備過程中較為麻煩。淀粉容易形成顆粒，造成其在瓊脂塊中分布不均勻，影響實驗的結果，無形中也會造成實驗材料的浪費。另外，碘液滲透入淀粉瓊脂塊2mm左右需要45分鐘以上，實驗時間長，無法在一節課內完成實驗任務。

2.4 方法四

采用的是生活中常見的材料——豆腐，但是豆腐的軟硬程度對實驗結果的影響較大。若豆腐過硬，紅墨水滲透入豆腐2mm左右需要45分鐘以上，耗時長。另外豆腐及紅墨水的成本高，容易造成浪費。

2.5 方法五

采用的是純的瓊脂塊加碘液進行實驗，實驗試劑較為安全，實驗現象明顯，實驗用時適中。且利用碘遇熱揮發的特性，在實驗結束后將滲透入碘液的瓊脂塊，加熱煮沸，待碘完全蒸發后瓊脂可以繼續利用，不會造成浪費，能夠有效地節約資源。因此本方法為最佳改進方案，能很好地達到實驗目的。

2.6 5種實驗方法的比較

3 改進建議

3.1 實驗試劑的選擇

采用碘液與瓊脂塊直接反應替代教材上NaOH溶液與酚酞試劑的反應，實驗反應時間適中且效果明顯，實驗結束后利用碘遇熱揮發的特性能夠對實驗材料瓊脂進行充分回收，節約資源。但碘液易揮發，因此實驗過程中最好能將燒杯包上暗色紙且蓋上培養皿或其他遮蓋工具。

3.2 實驗用具的選擇

利用模具制作瓊脂塊，縮短實驗準備的時間。模具由模具本身和四塊透明塑料隔板組成。模具底部粘貼的膠帶要牢固緊實，以避免瓊脂從邊緣處和底部滲漏，瓊脂溶液的水平面與模具的最高位置應保持水平，這樣才能符合各個規格的大小要求 [2 ]。

3.3 瓊脂塊的切割方法

由于瓊脂是透明的，如果照書上說的切成兩半，觀察時會誤以為通體都染上顏色，因此無法看清切面上擴散的深度。切取時可兩刀切為平行的三塊，取中間一塊來觀察測量，實驗現象更為明顯 [5 ]。

參考文獻：

[1]楊運春. “細胞大小與物質運輸的關系”模擬實驗的改進[J]. 生物學通報， 2005，40（9）：29.

[2]杜曉捷. “細胞大小與物質運輸的關系”實驗中含酚酞瓊脂塊的制作[J] 生物學教學， 2009，34（8）：24.

[3]王秀莉. “細胞大小與物質運輸的關系”模擬實驗的改進[J]. 教學儀器與實驗， 2008，24（1）：223-230.

[4]潘建勛. “細胞大小與物質運輸的關系”模擬實驗的改進探究[J]. 生物學通報， 2009，44（7）： 38-39.

[5] 姜永均. 關于“細胞大小與物質運輸關系”的實驗思考[J].中小學實驗與裝備，2006，16（5）：15-16.