“细胞大小与物质运输的关系”实验中琼脂块模具的开发及改良

广东省湛江市第二中学(524000) 王 定 张杏球 赵志超

1 前言

“细胞大小与物质运输的关系”是人教版高中“分子与细胞”中的一个实验，旨在通过琼脂块模拟不同大小的细胞，探究细胞表面积与体积之比和物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。本实验操作简单，但制作“3cm×3cm×6cm”的琼脂块，并将其切成边长为1cm、2cm、3cm的琼脂块，过程比较繁琐，教材中无相关制作方法的介绍或者建议，用现有工具制作的琼脂块，浪费原料较多。笔者通过生活中常见的材料，用不同染色－褪色原理制作和重复实验，总结了琼脂块的制作方法，并将实验的原理进行改良，避免了实验过程中NaOH腐蚀性的危险，取得了较好的实验效果。

2 琼脂块磨具的制作

在探究琼脂块制作的过程中，我们采用了网络上唯一一款用于本实验的 “鱼型磨具”及冰箱制冰冰格，发现凝固后的琼脂块不能顺利脱离模具。采用质地柔软的塑料模具不耐热，反复用几次后，模具变形，不能重复实验。制作96个规格为3cm×3cm×6cm的琼脂块需要琼脂溶液6000mL，还需要再次切割成实验需要的3种不同规格琼脂块，过程繁琐。最终，我们借鉴了烘焙蛋糕用到的工具，用软件设计好产品规格，如图1所示。在4个角落的格子边缘设计好相应的刻度，以1mm为单位。利用硅胶材料做成了边长为1cm、2cm、3cm的立方体硅胶模型。硅胶模具质地柔软，耐高温，琼脂凝固后容易脱模。3套不同规格的硅胶模具成品如图2所示。

图1 硅胶模具设计图

图2 硅胶模具成品图

将冷却至60℃的琼脂溶液倒入到硅胶模具中，高度为刚好浸没模具顶端为宜，用直尺等表面光滑的工具刮去表层溢出的琼脂液。待其冷却后，轻抵模具底部，便可使琼脂块顺利脱模。每一套模具均有30个3种规格的琼脂块，在实验过程中2人1组，可以满足一个班级60位学生同时进行实验的需求。使用的琼脂溶液为1080mL，一般配置1200mL的琼脂即可满足30组实验的需要，极大地节省了实验材料。

3 改良染色－褪色原理

教材中用NaOH将含酚酞的琼脂块染成紫红色。切割染色琼脂块，通过测量紫红色的深度，即可计算出在相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比，可反映出细胞的物质运输效率。由于学生对 “NaOH溶液强腐蚀性”存在害怕心理而降低了实验的积极性，笔者借助维生素C可以使吲哚酚溶液褪色的实验原理，在配置琼脂溶液的过程中，加入一定量的吲哚酚，琼脂块呈现出蓝色。将其置于维生素C溶液中发现蓝色褪去，并能短时间直接观察到褪色过程。

实验表明，4～5min即可让边长为1cm的琼脂立方体完全褪色。维生素C可选择药店常售的 “Vc片”或者含维生素C的泡腾片，都可以获得良好的褪色效果。2012年版的北师大教材中指出，维生素C也可以使含碘液的淀粉溶液褪色，笔者在琼脂块中加入碘液处理后的淀粉溶液，琼脂块呈现出深蓝色，维生素C溶液也可使其褪色。

4 测量方法改良

原教材实验中琼脂显色后，需要对琼脂块进行切割，继而测量，而本实验改良，直接用直尺测量褪色的长度即可计算出不同大小的 “细胞”物质扩散的效率，结果直观、快捷。

5 褪色反应后琼脂块的复色

实验结束后，笔者可以将褪色后的含淀粉的琼脂块浸入到一定浓度的碘液中，又可以使琼脂块染成蓝色，以供后面学生继续实验。经过褪色－复色多次操作，实验效果依然明显。通过实验数据构建出数学模型直观地表明：琼脂块的表面积与体积之比，随着琼脂块的增大而减小，褪色的体积与整个琼脂块体积之比，随着琼脂块体积的减小而增大。引导学生依此类推：细胞体积越小，相对表面积越大，物质运输效率越高。

通过将生活中的材料用于实验，巧妙地利用染色—褪色原理，提高了学生的实验设计能力、动手能力。