注射器在中学生物实验中的创新应用

唐士婷 韦艳艳 陈启豪

摘要：阐述了注射器因其气密性高、可用于测量、成本低、轻便小巧等特点，作为实验器材可在中学生物探究实验中发挥重要的作用，应用于“渗透现象”“探究pH对酶活性的影响”及生物小实验的改进中，引导学生进行实验创新设计，变验证实验为探究实验，变定性实验为定量实验，提升实验教学深度，发展学生科学探究能力。

关键词：注射器实验改进中学生物

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

中学生物实验是发展学生科学探究能力的重要方式，但目前依然存在因生物实验员人手不够、实验所需的仪器设备较为复杂、实验耗时长、实验课时较少而无法正常展开实验教学或无法进行深入实验探究的现象。注射器具有气密性高、可用于测量、成本低、轻便小巧等特点，可在较多中学生物实验中得到应用。在新时代背景下，中学生物教师需要精心设计实验教学过程，变“教实验”为“用实验教”，引导学生在主动探究中增强自身学习能力，其中，变验证性试验为探究性实验，变定性实验为定量实验就是一个重要的手段。注射器作为具有多方面优点的实验工具，可在这一变化中发挥重要作用。

1注射器在“渗透现象”实验的创新应用

“渗透现象”是位于人教版高中生物教材第四章第一节“物质跨膜运输的实例”中的一项经典演示实验，但原实验装置较为繁琐，且由于长颈漏斗的放置难以保证水平，不利于进行探究实验。利用针筒作为主要实验工具进行实验改进，实验装置具有组装简单、半透膜容易放置、气密性好且实验效果明显等特点。

1.1改进后的实验装置

如图1所示，每组实验装置准备两个针筒，取出活塞柄，留下活塞用于两针筒的连接以及半透膜的固定，并用细胶管连接两针筒的针头处。该装置气密性好，实验精度更高，且半透膜用量少，易安装，更利于进行探究性试验。

1.2改进后的实验方案

1.2.1利用不同材料作为半透膜，观察实验现象

分别将纱布、玻璃纸、鸡蛋卵壳膜固定在针筒活塞处，并设置没有膜阻隔的空白对照组。

利用带有针头的注射器分别向同一装置的两个针筒中内注满清水和蔗糖溶液，连接细导管，一段时间后，观察实验现象。

①无半透膜组：两针筒中液体颜色相同，两头细导管液体长度相等。

②纱布组：两针筒中液体颜色相同，两头细导管液体长度相等。

③玻璃纸组：两针筒中液体颜色不同，装有蔗糖溶液一端的细导管液体长度更长。

④鸡蛋卵壳膜组：两针筒中液体颜色不同，装有蔗糖溶液一端的细导管液体长度更长，且长于玻璃纸组蔗糖溶液一端导管中的液体长度。

通过比较四组实验现象，可得出实验结论，只有③、④组产生了渗透现象，纱布不能作为半透膜，而玻璃纸和鸡蛋卵壳膜都可以作为半透膜。那么，若蔗糖溶液浓度不同，且透过不同半透膜，所产生的渗透现象会有何不同呢？通过以下的实验进行探究。

1.2.2利用不同材料作为半透膜测量实验结果

分别采用质量分数为20%、30%、40%的蔗糖作溶液为实验材料，每种半透膜设置三组实验，对连接蔗糖溶液端针头的细导管中溶液流动长度进行测量。

对实验数据进行分析，可以发现，随着蔗糖溶液浓度的增加，实验组两针筒中液体的浓度差增加，单位时间内，蔗糖溶液端导管中液体流动距离更长，实验组渗透作用的强度更强;当半透膜为蛋壳卵膜时，对比半透膜为玻璃纸组，液体流动的距离更远，说明当半透膜为蛋壳卵膜时，实验组的渗透作用更强。

由以上实验可以知道，渗透作用的强度主要受到浓度差和半透膜种类的影响。由此可以引出很多新的问题。例如，从微观层面，半透膜种类影响渗透作用强度的原因是什么？鸡蛋卵壳膜具有半透膜的性质有何意义？还有什么生物材料可以作为实验用的半透膜？为何清水端也有水流进导管中？……教师利用问题，启发学生开展更深入、跨学科的思考，并促进学生的探究兴趣，鼓励学生课后搜索相关资料，自主设计实验并在课上交流实验成果。

2注射器在“探究pH对酶活性的影响”实验的创新应用

该实验位于人教版高中生物必修一第五章第一节，学生需要明确实验方案设计、实验操作过程及实验结果的分析等。教科书中原有的实验无法测量反应所产生的氧气量，仅能通过观察气泡的产生量观察氧气产生的多与少。为了使该实验转变为定量实验，使实验更具有探究性，利用注射器作为实验工具，对实验装置进行了如下改进。

2.1改进后的实验装置

在试管口加试管塞进行密封，并将粗针头穿过试管塞与试管内连通。实验时，将过氧化氢溶液注入装有等量肝脏研磨液且溶液分别呈酸性、中性和碱性三组试管后，可通过注射器活塞上移的距离判断气体的产生量，从而判断酶在不同酸碱条件下的活性。

针筒本身具有刻度，便于将产物量化，可从定性分析上升为定量分析，将实验设置的pH梯度细化，设置多组实验。由于装置是密封的，现象能持久观测，便于记录读数，也有利于各组之间的对比，通过取各组读数的平均值，可减小实验误差，将实验结果绘制成曲线图，使实验结果更加直观。教师也可引导学生在课后主动进行不同的探究，如是否有其他生物酶可以代替肝脏研磨液进行试验，不同pH条件下该酶的活性如何，等等。

2.2气体产物性质的检测

原实驗通过所产生的气体能使卫生香复燃判断气体产物为氧气，但因所产生的气体中含有较多水蒸气，影响卫生香的复燃，增加了实验误差。另外，若卫生香用完后若处理不当，容易引发火灾，安全隐患较大。在改进后的试验中，气体产物被挤入塑料针筒中，也不宜用卫生香的复燃情况对气体产物进行检测。

“亚甲基蓝”是中学化学中的一种指示剂，其能在碱性条件下被葡萄糖还原为无色，接着又被氧气重新氧化为蓝色。本试验中，可通过将气体产物注入亚甲基蓝葡萄糖检测液中，若溶液变成蓝色，则可以说明气体产物为氧气。

该实验利用针筒作为注射过氧化氢和氧气收集的工具，提高了实验的精确度，并可通过多个梯度pH条件下氧气产生量变化的数据的记录与分析，对比教科书中直接给出的酶活性随pH变化的数学模型图。学生通过自己实验，绘制出模型图这一过程，不仅可以体验到主动参与实验探究的乐趣，也能提高自身的科学思维与科学探究能力。利用中学化学中的指示剂对实验中的气体产物的性质进行检测，一方面提高了检测效果，另一方面也有助于促进学生对跨学科知识的融合。

3注射器在课堂小实验中的应用

生物课堂小实验因实验本身操作较为简单，取材方便，易于觀察且具有一定的趣味性，更能引起学生的学习兴趣。教师可以在理论课中进行演示，注射器也可在其中发挥重大作用。例如在人教版初中生物学七年级上册第三单元第五章第二节“绿色植物的呼吸作用”一节课中，其中的一项试验任务是探究绿色植物的呼吸作用是否会产生二氧化碳。该实验可以利用针筒作为实验工具，将实验材料放入针筒中，用细导管连接，用夹子夹住导管，使实验材料处在一个密闭的环境中。一段时间后，松开夹子，将针筒内产生的气体压入澄清石灰水中，通过观察其是否变浑浊，记录实验现象，得出实验结论。

利用针筒进行该实验，操作方便，步骤简单且实验现象明显，教师可在理论课中进行演示，并通过问题设计，激发学生对实验材料、光照对实验结果产生的影响等思考，鼓励学生以小组合作的形式，主动进行实验设计，课后进行实验准备，正式课上观察现象，相互进行交流讨论。这样可节省教师讲解繁琐操作步骤的时间，学生还可以花更多的时间投入到对植物不同部位以及不同颜色植物的呼吸作用等的主动探究当中。同时，在同学们的互助与协作中，学生的团队意识与合作能力也可得到训练与加强。

4小结

注射器因其多方面的优势，在将定性实验变为定量实验以及将验证性试验变为探究性实验的改进中发挥着重要的作用。教师在实验课准备的过程中，要学会善于观察，深入思考。为让学生对实验理解得更透彻，教师要做好充分的准备，充分考虑实验工具、实验过程以及实验材料的选择，也可以适当地进行一些设计，便于学生的试误与发现。但是需要明确，任何的实验改进都不是为了改而改，而是以充分发挥学生在实验学习中的主观能动性，促进学生形成科学思维，提高学生的科学探究能力，进而提升学生的生物学学科核心素养，使学生得到更好的发展为最终目的。