探究“渗透实验装置”的改进

马建琴

1探究背景

渗透作用是本节教学内容的一个难点。渗透作用的演示实验是让学生通过观察和分析渗透现象进而认识半透膜的作用，得出渗透作用的概念并总结发生渗透作用的两个条件。因此，顺利实施渗透作用演示实验是突破难点的重要教学手段。但教科书中的实验材料单一、用具复杂、方法步骤过于机械，而且耗时长，一节课到结尾都难以达到预期的效果。教材实验装置的设计存在缺陷，操作难度大，液面上升速度慢。若教师能引领学生走出教材，深化课堂资源、拓展实验领域，则学生会另有一番成就感。下面通过探讨渗透实验的现有缺陷、半透膜材料的选择，意在改良渗透实验装置，让实验的操作更简便，实验现象更明显。

2探究原理

（1）半透膜是一种允许小分子物质（水自由）通过，而大分子（蔗糖）不能透过的膜。

（2）半透膜的两侧溶液要有浓度差。

3探究目标

（1）通过模拟实验探究膜的透性，理解渗透作用概念及渗透作用发生的条件。

（2）进行植物细胞质壁分离与复原实验，判断分析渗透系统的构成条件，形成实验设计、观察分析与创新实践能力。

（3）基于实验探究，观察與分析，采用概括与归纳的方法，阐明质膜具有选择透过性。

（4）利用渗透作用原理指导农业生产，解决生活中的实际问题。

4创新点

（1）用透析膜代替玻璃纸。

（2）将单一的玻璃纸变为系列半透膜材料，进行横向比较。

（3）课堂实验拓展为开放性实验。

（4）将实验装置由长颈漏斗变为输液器、带塑料盖的轻巧透明包装盒等自制的渗透装置。

（5）优化课本试剂，将蔗糖中加入红墨水或改用红糖水。

（6）延伸知识领域，激发学生兴趣，培养学生敢于质疑的科学品质和勇于探索的科学探究精神。

5探究实验实施阶段

（1）样本的收集：购买的透析膜（用玻璃纸或膀胱膜作为半透膜，取材处理不太容易）、鸡蛋膜、膀胱膜、洋葱内表皮、海带、肠衣、阔叶植物叶片、鱼鳔等。

（2）配置质量浓度为0-3g/mL的蔗糖溶液或红糖水。另外，可以在蔗糖溶液中加入几滴红墨水，学生就能清楚地看到漏斗内红色液体（蔗糖溶液）沿细导管上升。用红糖水做实验材料，观察液面上升的高度则更为明显。

（3）渗透装置的改进（塑料漏斗的制作）：

①用输液器的软管制成，套膜结扎要松紧适度。太紧管易变形，太松易脱落。教材设计中的长颈漏斗在实际操作中一般采取铁架台悬细线法固定，可铁架台太笨重，长颈漏斗长颈部太细，又难固定，此法实为繁杂。而输液器的软管容易固定，管又细且液柱上升速度快。教科书所设置的实验中蔗糖溶液的加注也较繁琐，该实验用注射器就可以解决该问题。

②带塑料盖的轻巧透明包装盒等自制的渗透装置，包装盒底部做一小孔连接带刻度的玻璃管，用蜡密封连接处。将塑料盖烫上密集的小孔，半透膜放入盖内再盖紧盖子。这样操作可以解决以下两方面的问题：一方面，细线或橡皮筋固定半透膜后，气密性甚差。有的教师先涂凡士林再固定，解决气密性问题，而带盖的包装盒就可以解决该问题。另一方面，防止半透膜受弹性影响。半透膜随着面积的增大，弹性更加明显，当再注入蔗糖溶液时，因膜有弹性而下坠，浸入清水后又受浮力的影响，很难控制漏斗管内液面的平衡，且当烧杯中的清水进入漏斗时由于半透膜的弹性，液面很难上升或耗时较长。

③用剪刀截取适宜高度的矿泉水瓶的下半部分代替烧杯，漏斗正放，宽口处刚好卡到水瓶边缘而漏斗细管离瓶底有一段距离为适宜，在宽口处加注溶液也方便而且不需用铁架台固定。

（4）拓展实验内容：

①遵循单一变量原则设计实验方案。以不同材质的半透膜为自变量，液面变化的高度差为因变量，探究不同材质半透膜的优缺点（表1）。通过对比分析，筛选出既方便又实验效果明显的材料，进行推广。

在平时的实验教学中，教师应当启发学生因地制宜地寻找简单而又能说明问题的实验材料进行实验，凡是能够让学生亲自观察、探索的，应尽量让学生自己动手，在“探究性学习”中培养他们的科学思维习惯和探索精神。

②可将清水与蔗糖互换，观察液柱变化，也可将清水换成与漏斗内等浓度的蔗糖溶液观察液柱的变化。

6实验反思

改进后的实验拓展取材，由单一的玻璃纸改为身边的鸡蛋膜、膀胱膜、洋葱内表皮、海带、肠衣、阔叶植物叶片、鱼鳔等;化繁为简、优化步骤，可以省去制作鸡蛋膜以及鱼鳔、肠衣的刮洗等过程。用透析膜代替，该材料面积大（大小直径都可选择），弹性好，不易破裂等优点，而且从网上购买方便价格便宜。教师引导学生尝试多种半透膜的透析效果，对比分析，探究既方便又实验效果明显的材料，并可进行推广。教师可开放实验课，因地制宜，实验场所不限，时间不限，次数不限，分组实验，统一汇总。另外，学生完成教科书要求之外，可以开展多角度创新。

该活动能为学生提供较大的动脑思考、动手实践的空间，能启迪学生主动学习，经历科学探究的完整过程，相互合作、各尽所能、不断创新，形成强烈的团队精神。该方案能潜移默化地增强学生敢于向课本挑战的批判精神和质疑精神，更大程度地释科技创新活动的深刻内涵和真正魅力。