“细胞大小与物质运输的关系”实验的改进意见

吴敬燚

摘 要：通过“细胞大小与物质运输的关系”实验的思考及探究，对教材中采用的实验试剂、实验用具及实验材料进行改良，设计四个改进方案：石蕊琼脂块+冰乙酸溶液；淀粉琼脂块+碘液；豆腐块+红墨水；琼脂块+碘液。通过教材实验和四个改进方案实验的对比，从成本、反应时间、可否回收、实验效果四个层面比较优缺点，琼脂块+碘液的方案在达到实验目的的基础上，更具有取材简便、安全性高、可回收、实验效果明显等优势。拟出一套简捷、方便并能资源回收的实验方案，并提出了几点改进建议。

关键词：细胞大小；物质运输；分子扩散深度；实验改进

在中等职业教育农林类专业的课程体系中，生物学作为一门公共基础课，开设的范围几乎涵盖了农林类的所有专业。生物学是一门以实验为基础的自然科学，许多生物学知识必须通过实验的手段来体现。实验不仅是锻炼学生实践能力的重要途径，更是激发学生探索兴趣、培养学生创新精神的切入点。学生通过实验操作，把实验操作和理论学习结合起来，不仅能更好地理解和掌握相关的知识，更能培养实验能力、观察能力、思维能力、解决问题能力等，还能增强对专业的兴趣以及研究能力，为将来的学习、生活、工作奠定的专业技能基础。自2015年起，福建省高等职业教育入学考试大纲中明确，农林类专业基础知识考试增设生物学实验操作技能测试，分值为100分，并计入总分，以测试中职学生的实验操作水平。因此，在中等职业教育农林类专业的生物学教学中，加强对学生实验操作能力的培养和对实验进行探究的精神是非常重要的教学目标。

1 实验基本情况

本实验是厦大版福建省高等职业教育入学考试复习指导用书《农林牧渔类专业基础知识》第二版教材中第一部分生物学基础知识的第二章的一个实验，通过探究细胞大小（即细胞的表面积与体积之比）与物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。在实际课堂中，因教材中所采用的NaOH溶液属于强碱，即使浓度很小也具有一定的腐蚀性，若学生接触到皮肤或眼睛存在危险，因此，在实验过程中增加了学生及老师潜在的心理负担。另外，传统方法制作琼脂块的过程比较麻烦，实际教学过程中往往会因为用量大而造成浪费，因此就实验的试剂、用具与材料进行了改进。实验试剂：杨运春在《“细胞大小与物质运输的关系”模拟实验的改进》 中提到，以淀粉代替酚酞，碘液替换NaOH 来改进该实验 [1 ]。实验用具：杜晓捷在《“细胞大小与物质运输的关系”实验中含酚酞琼脂块的制作》中提到，为了使琼脂块的制作更简单方便，设计了琼脂块制作模具 [2 ]。实验材料：王秀莉在《细胞大小与物质运输的关系”模拟实验的改进》中考虑到球体更接近细胞的形状，建议用琼脂球代替琼脂块来完成实验 [3 ]。潘建勋在《“细胞大小与物质运输的关系”模拟实验的改进探究》中建议利用生活中常见的、柔软的、容易切成块的东西来代替琼脂块，例如豆腐 [4 ]。

2 几种实验方法比较

利用分子扩散来模拟细胞的物质交换，通过颜色反应确认物质扩散的深度，结合化学知识中酚酞遇碱变红及石蕊遇酸变红，以石蕊代替酚酞，冰乙酸代替NaOH，由于冰乙酸为弱酸，较为安全；淀粉遇碘变蓝，用淀粉代替酚酞，碘液代替NaOH，碘液更为安全；利用碘遇热挥发，将琼脂块直接放入碘液中，实验结束可继续加热含碘的琼脂溶液，利用碘遇热挥发的特性，碘挥发后剩余的琼脂还可继续回收利用。因此设计出4种改进方案：“石蕊琼脂块+冰乙酸溶液”、“淀粉琼脂块+碘液”、“豆腐块+红墨水”、“琼脂块+碘液”。

2.1 方法一

实验成本虽然较低，反应时间短且效果明显，但是所使用的NaOH溶液属于强碱溶液，即使浓度只有0.1%但也存在着一定的危险性，容易造成学生的心理负担，不易于实验的展开。另外实验结束后酚酞琼脂块无法回收，若学生不慎倒入水槽中，会造成水槽严重的堵塞。

2.2 方法二

采用的试剂为冰乙酸，冰乙酸属于弱酸，但其味道较为刺鼻，即使稀释到一定的倍数也存在着较难闻的味道，且石蕊的成本高，若要实验效果明显所采用的石蕊溶液的量就要大，实验结束后石蕊琼脂块无法回收。

2.3 方法三

采用的试剂较为安全，且成本较低，但是淀粉琼脂块在制备过程中较为麻烦。淀粉容易形成颗粒，造成其在琼脂块中分布不均匀，影响实验的结果，无形中也会造成实验材料的浪费。另外，碘液渗透入淀粉琼脂块2mm左右需要45分钟以上，实验时间长，无法在一节课内完成实验任务。

2.4 方法四

采用的是生活中常见的材料——豆腐，但是豆腐的软硬程度对实验结果的影响较大。若豆腐过硬，红墨水渗透入豆腐2mm左右需要45分钟以上，耗时长。另外豆腐及红墨水的成本高，容易造成浪费。

2.5 方法五

采用的是纯的琼脂块加碘液进行实验，实验试剂较为安全，实验现象明显，实验用时适中。且利用碘遇热挥发的特性，在实验结束后将渗透入碘液的琼脂块，加热煮沸，待碘完全蒸发后琼脂可以继续利用，不会造成浪费，能够有效地节约资源。因此本方法为最佳改进方案，能很好地达到实验目的。

2.6 5种实验方法的比较

3 改进建议

3.1 实验试剂的选择

采用碘液与琼脂块直接反应替代教材上NaOH溶液与酚酞试剂的反应，实验反应时间适中且效果明显，实验结束后利用碘遇热挥发的特性能够对实验材料琼脂进行充分回收，节约资源。但碘液易挥发，因此实验过程中最好能将烧杯包上暗色纸且盖上培养皿或其他遮盖工具。

3.2 实验用具的选择

利用模具制作琼脂块，缩短实验准备的时间。模具由模具本身和四块透明塑料隔板组成。模具底部粘贴的胶带要牢固紧实，以避免琼脂从边缘处和底部渗漏，琼脂溶液的水平面与模具的最高位置应保持水平，这样才能符合各个规格的大小要求 [2 ]。

3.3 琼脂块的切割方法

由于琼脂是透明的，如果照书上说的切成两半，观察时会误以为通体都染上颜色，因此无法看清切面上扩散的深度。切取时可两刀切为平行的三块，取中间一块来观察测量，实验现象更为明显 [5 ]。

参考文献：

[1]杨运春. “细胞大小与物质运输的关系”模拟实验的改进[J]. 生物学通报， 2005，40（9）：29.

[2]杜晓捷. “细胞大小与物质运输的关系”实验中含酚酞琼脂块的制作[J] 生物学教学， 2009，34（8）：24.

[3]王秀莉. “细胞大小与物质运输的关系”模拟实验的改进[J]. 教学仪器与实验， 2008，24（1）：223-230.

[4]潘建勋. “细胞大小与物质运输的关系”模拟实验的改进探究[J]. 生物学通报， 2009，44（7）： 38-39.

[5] 姜永均. 关于“细胞大小与物质运输关系”的实验思考[J].中小学实验与装备，2006，16（5）：15-16.