探究“滲透實驗裝置”的改進

馬建琴

1探究背景

滲透作用是本節教學內容的一個難點。滲透作用的演示實驗是讓學生通過觀察和分析滲透現象進而認識半透膜的作用，得出滲透作用的概念并總結發生滲透作用的兩個條件。因此，順利實施滲透作用演示實驗是突破難點的重要教學手段。但教科書中的實驗材料單一、用具復雜、方法步驟過于機械，而且耗時長，一節課到結尾都難以達到預期的效果。教材實驗裝置的設計存在缺陷，操作難度大，液面上升速度慢。若教師能引領學生走出教材，深化課堂資源、拓展實驗領域，則學生會另有一番成就感。下面通過探討滲透實驗的現有缺陷、半透膜材料的選擇，意在改良滲透實驗裝置，讓實驗的操作更簡便，實驗現象更明顯。

2探究原理

（1）半透膜是一種允許小分子物質（水自由）通過，而大分子（蔗糖）不能透過的膜。

（2）半透膜的兩側溶液要有濃度差。

3探究目標

（1）通過模擬實驗探究膜的透性，理解滲透作用概念及滲透作用發生的條件。

（2）進行植物細胞質壁分離與復原實驗，判斷分析滲透系統的構成條件，形成實驗設計、觀察分析與創新實踐能力。

（3）基于實驗探究，觀察與分析，采用概括與歸納的方法，闡明質膜具有選擇透過性。

（4）利用滲透作用原理指導農業生產，解決生活中的實際問題。

4創新點

（1）用透析膜代替玻璃紙。

（2）將單一的玻璃紙變為系列半透膜材料，進行橫向比較。

（3）課堂實驗拓展為開放性實驗。

（4）將實驗裝置由長頸漏斗變為輸液器、帶塑料蓋的輕巧透明包裝盒等自制的滲透裝置。

（5）優化課本試劑，將蔗糖中加入紅墨水或改用紅糖水。

（6）延伸知識領域，激發學生興趣，培養學生敢于質疑的科學品質和勇于探索的科學探究精神。

5探究實驗實施階段

（1）樣本的收集：購買的透析膜（用玻璃紙或膀胱膜作為半透膜，取材處理不太容易）、雞蛋膜、膀胱膜、洋蔥內表皮、海帶、腸衣、闊葉植物葉片、魚鰾等。

（2）配置質量濃度為0-3g/mL的蔗糖溶液或紅糖水。另外，可以在蔗糖溶液中加入幾滴紅墨水，學生就能清楚地看到漏斗內紅色液體（蔗糖溶液）沿細導管上升。用紅糖水做實驗材料，觀察液面上升的高度則更為明顯。

（3）滲透裝置的改進（塑料漏斗的制作）：

①用輸液器的軟管制成，套膜結扎要松緊適度。太緊管易變形，太松易脫落。教材設計中的長頸漏斗在實際操作中一般采取鐵架臺懸細線法固定，可鐵架臺太笨重，長頸漏斗長頸部太細，又難固定，此法實為繁雜。而輸液器的軟管容易固定，管又細且液柱上升速度快。教科書所設置的實驗中蔗糖溶液的加注也較繁瑣，該實驗用注射器就可以解決該問題。

②帶塑料蓋的輕巧透明包裝盒等自制的滲透裝置，包裝盒底部做一小孔連接帶刻度的玻璃管，用蠟密封連接處。將塑料蓋燙上密集的小孔，半透膜放入蓋內再蓋緊蓋子。這樣操作可以解決以下兩方面的問題：一方面，細線或橡皮筋固定半透膜后，氣密性甚差。有的教師先涂凡士林再固定，解決氣密性問題，而帶蓋的包裝盒就可以解決該問題。另一方面，防止半透膜受彈性影響。半透膜隨著面積的增大，彈性更加明顯，當再注入蔗糖溶液時，因膜有彈性而下墜，浸入清水后又受浮力的影響，很難控制漏斗管內液面的平衡，且當燒杯中的清水進入漏斗時由于半透膜的彈性，液面很難上升或耗時較長。

③用剪刀截取適宜高度的礦泉水瓶的下半部分代替燒杯，漏斗正放，寬口處剛好卡到水瓶邊緣而漏斗細管離瓶底有一段距離為適宜，在寬口處加注溶液也方便而且不需用鐵架臺固定。

（4）拓展實驗內容：

①遵循單一變量原則設計實驗方案。以不同材質的半透膜為自變量，液面變化的高度差為因變量，探究不同材質半透膜的優缺點（表1）。通過對比分析，篩選出既方便又實驗效果明顯的材料，進行推廣。

在平時的實驗教學中，教師應當啟發學生因地制宜地尋找簡單而又能說明問題的實驗材料進行實驗，凡是能夠讓學生親自觀察、探索的，應盡量讓學生自己動手，在“探究性學習”中培養他們的科學思維習慣和探索精神。

②可將清水與蔗糖互換，觀察液柱變化，也可將清水換成與漏斗內等濃度的蔗糖溶液觀察液柱的變化。

6實驗反思

改進后的實驗拓展取材，由單一的玻璃紙改為身邊的雞蛋膜、膀胱膜、洋蔥內表皮、海帶、腸衣、闊葉植物葉片、魚鰾等;化繁為簡、優化步驟，可以省去制作雞蛋膜以及魚鰾、腸衣的刮洗等過程。用透析膜代替，該材料面積大（大小直徑都可選擇），彈性好，不易破裂等優點，而且從網上購買方便價格便宜。教師引導學生嘗試多種半透膜的透析效果，對比分析，探究既方便又實驗效果明顯的材料，并可進行推廣。教師可開放實驗課，因地制宜，實驗場所不限，時間不限，次數不限，分組實驗，統一匯總。另外，學生完成教科書要求之外，可以開展多角度創新。

該活動能為學生提供較大的動腦思考、動手實踐的空間，能啟迪學生主動學習，經歷科學探究的完整過程，相互合作、各盡所能、不斷創新，形成強烈的團隊精神。該方案能潛移默化地增強學生敢于向課本挑戰的批判精神和質疑精神，更大程度地釋科技創新活動的深刻內涵和真正魅力。