初中生物“探究细胞大小与物质扩散的关系”实验改进探究

来源:用户上传      作者:谢小妹

　　【摘要】本文针对初中生物“探究细胞大小与物质扩散关系”改进的实验进行探究，目的是让学生抛开繁琐的操作，直观、简单明了地观察并感受到物质扩散的整个过程。笔者从生活中使用“污鸡净”漂白衣服得到灵感，运用逆向思维：通过使带色的模拟细胞褪色的方式来体现物质扩散的过程，用褪色时间来衡量物质扩散的效率。
　　【关键词】初中生物;细胞大小;物质扩散;高锰酸钾;凉粉;草酸
　　实验“探究细胞大小与物质扩散的关系”，是北师大版初中生物七年级上册第二单元第三章第三节“细胞通过分裂而增殖”的内容。把本探究活动安排在“细胞分裂”的内容之前，主要就是让学生理解个体的长大是通过细胞的不断增殖而实现的，而不是通过细胞不断增大来使个体长大。让学生通过探究，理解细胞不能无限长大的原因，进而明白细胞增殖的必要性。
　　教材设计的模拟实验是用琼脂块（内含酚酞试剂）模拟细胞，用氢氧化钠溶液模拟被细胞吸收的物质，因氢氧化钠溶液遇酚酞溶液变粉红色，所以通过观察琼脂块变成粉红色的过程了解氢氧化钠扩散到了细胞。再通过测量氢氧化钠扩散入琼脂块的深度来比较不同体积的琼脂块吸收物质的速度，从而来探究细胞大小和物质运输的关系。原实验的操作需要用到氢氧化钠和小刀等危险品，本实验对于初中生进行实验存在一定的危险性，为了推进实验的顺利进行，于是对该实验进行改进探究。
　　一、实验设计思路
　　对于本实验，教材做法是把含有酚酞的琼脂块放入氢氧化钠溶液中，使其染色，然后计算染色的体积与总体积的比例来说明物质扩散的效率。教材的实验原理有其优点，如，染色时间灵活、扩散效率能够量化衡量，但其操作较为繁琐，同时对于学生的理解、计算能力要求较高。而笔者的验设计总思路是：找到一种实验方法，让学生抛开繁琐的操作，如，切割琼脂块、测量染色深度、计算染色比例等，让学生更直观、更简单明了地观察并感受到物质扩散的整个过程，用一个简单的时间量来衡量物质扩散的效率。最后，笔者从生活中使用“污鸡净”漂白衣服得到灵感，运用逆向思维：通过使带色的模拟细胞褪色的方式来体现物质扩散的过程，用褪色时间来衡量物质扩散的效率。即将高锰酸钾与凉粉（一种食材，理化性质类似琼脂）混合凝固定型后形成的棕色凉粉块来模拟活细胞，再将凉粉块放入草酸溶液里，草酸会慢慢扩散进入凉粉块，会看到其棕色慢慢褪去，凉粉块完全褪色时间越短则代表物质扩散的效率越高。
　　二、实验探索
　　1.模拟细胞材料的选择
　　由于要观察模拟细胞褪色的整个过程，模拟细胞所用的材料越透明越好，且透明的模拟细胞更美观，让实验过程更具美感。根据教材提供和笔者从网上搜索到的关于本实验的材料，选择作为模拟细胞的材料有琼脂块、卡拉胶块、白凉粉块，通过实验测试，发现其透明度为：白凉粉块>琼脂块>卡拉胶块，最后选择白凉粉块作为模拟细胞。
　　2.模拟细胞的制作
　　（1）凉粉与水的比例
　　通过多次的实验对比，发现凉粉与水的质量比为1：15时，其凝固需时最短，只需15分钟。
　　（2）模具的使用
　　在原实验中是用尺子量，然后用小刀切出分别为1cm、2cm、3cm的模拟细胞。为了减少误差，本次制作模拟细胞采用了边长分别是1cm、2cm、3cm硅胶模具，使实验结果更可靠。
　　（3）高锰酸钾的量
　　凉粉块完全褪色时间与高锰酸钾的浓度有关：高锰酸钾浓度越高，凉粉块的颜色越深，其褪色时间越长。为了让实验更有时效性，所以制作的凉粉块为浅黄色即可。
　　（4）其它需要注意事项
　　不建议将高锰酸钾和凉粉混合后再煮，应单独将凉粉煮沸，然后当温度冷却至70-80℃时，再加入高锰酸钾，否则凉粉染色不均匀，观察效果变差。
　　3.扩散溶液的配置
　　水与草酸的质量比为2：1较好。
　　三、实验操作过程
　　实验操作过程较简单，只需要将体积不同的高锰酸钾凉粉块同时放到配置好的草酸溶液中，计算不同体积高锰酸钾凉粉块完全褪色所需要的时间即可。不同组的学生把记录好的时间进行统计，最后求平均值。（计时表格如下表）
　　四、实验反思
　　实验优点：操作更简单，效果更直观，更加适合初一学生进行实验操作;没有使用氢氧化钠，降低了安全隐患系数;引导构建模型的方法能有效帮助学生理解抽象的知识，突破本节的难点。
　　实验不足：未能做出球形的模拟细胞，让其更贴近真实的细胞;大的模拟细胞完全褪色时间较长，课堂时间较紧凑。
　　参考文献：
　　[1]宋小兰.对“研究细胞大小与物质扩散的关系”实验的改进[J].生物学教学，2020，30（5）：65-66.
　　[2]田效从.研究“细胞大小与物质扩散关系”的一种简易实验方法[J].实验教学与仪器，2005（11）：52-53.

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