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[摘 要]对于“细胞大小与物质运输的关系”实验，教材选用内含酚酞的琼脂块模拟细胞、NaOH模拟被细胞吸收的物质，来探讨细胞大小与物质运输的关系。经过分析研究发现教材实验存在不足。以内含碱性（NaOH）酚酞的琼脂块模拟细胞、白醋模拟被细胞吸收的物质，并采用鱼形模具制备琼脂块，对实验进行改进，实验方法更简、步骤更省、效果更显著。
[关键词]细胞大小；物质运输；实验改进
[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）29-0095-02
一、原实验存在的问题
“细胞大小与物质运输的关系”是人教版生物必修1第六章第一节《细胞的增殖》中的实验。按照教材的实验原理和步骤进行实验操作，存在以下问题：
（1）实验现象不明显：无色的含酚酞的琼脂块一浸入0.1%NaOH溶液，表面立刻变成红色，观察不到内部颜色变化的过程。
（2）烧杯内的浸泡液也变成红色，干扰了对琼脂块的观察。
（3）无法确定取出琼脂块的最佳时间。
（4）切开琼脂块后颜色界限模糊，测量误差大。
（5）要制作供全班学生使用的、大量的、不同大小的琼脂块比较困难，人工切割得到的琼脂块往往又残缺不全，浪费大量实验材料。
针对上述问题，笔者先让学生利用网络查阅资料，然后结合所收集到的资料对实验的方法进行归纳总结，最后师生共同分析讨论，尝试提出新的实验改进思路。学生通过查阅资料发现，俞如旺、刘薇、潘建勋等人提到以石蕊琼脂块—冰乙酸、淀粉琼脂块—碘液替代酚酞琼脂块—NaOH，与教材实验方案没有实质性的区别。针对教材实验方案中的关键问题：无色的琼脂块浸入NaOH后，表面立刻变成红色，干扰了对其内部颜色变化的观察，因此无法确定取出琼脂块的最佳时间。结合教材实验原理，有学生想到：若一开始在制备琼脂块时，将碱与酚酞一同加入，得到红色的琼脂块，再将其浸泡在酸性溶液中，这样其表面的红色会褪为无色，就不会干扰观察了。该想法颇有新意，值得称赞。
文献调查中也发现，汪晓琳在《模拟探究“细胞表面积与细胞体积的关系”实验的改进》一文中提到以粉红色琼脂块（内含碱性酚酞）—白醋进行替代，可观察到琼脂块褪去红色的动态过程，并以边长为1厘米的正方体琼脂块完全褪色的时间为实验终止时间。这是从实验原理方面进行的实验改进方法，值得一试。文中选择的碱为氨水。煮沸琼脂液后加氨水调节pH至8，再将酚酞溶于无水乙醇，配制成酚酞指示剂，并向琼脂液中加入数十滴。笔者在实际操作中发现存在以下问题：
（1）制备出的琼脂块红色浅，不易观察最小的琼脂块何时完全褪色。
（2）氨水有毒，易挥发出有刺激性气味的气体。
（3）操作步骤复杂耗时。在室温低时，可能调节pH、加酚酞指示剂的过程还未结束，琼脂液已经凝固。
二、实验的改进方案
参照教师教学用书指导的制备琼脂块的方法，将琼脂粉加水煮沸后，直接先加酚酞搅拌溶解，得到含酚酞的琼脂液，接着只需考虑加入合适的碱。
在碱的选择上，我们曾尝试过用Na2CO3以及教材方案中提到的 0.1%NaOH，并改变试剂用量，组织学生分组实验。但制备出的琼脂块红色浅，效果都不太好。最终我们选择0.1g∕mL的NaOH，在每升含酚酞的琼脂液中，只需加入3～4滴，即可制备出深红色的琼脂块。操作简便，实验效果明显。
为解决利用传统方法制备琼脂块的困难，借助网络信息，我们找到了北京川布兰生物技术开发有限公司设计的鱼形模具（因其外形酷似水中游鱼而得名）。它的主体材质为高强度的工程塑料，耐高温、抗变形。根据实验需求，内设三个小室，大小分别为3×3×3cm、2×2×2cm、1×1×1cm。趁热将琼脂液倒入其中，冷却后即可敲出三个符合需求的琼脂块。既标准，又节约时间。
三、实验改进方案的实施
確立实验改进方案后，将内含碱性（0.1g∕mL NaOH）酚酞的红色琼脂块模拟细胞放在白醋中浸泡观察。为方便记录、处理数据，以边长为1厘米的正方体琼脂块完全褪色的时间为实验终止时间。
1. 实验材料与仪器
琼脂粉、蒸馏水、酚酞、0.1g∕mL NaOH、白醋、鱼形模具、电锅、电磁炉、玻璃棒、烧杯、一次性手套、塑料勺、吸水纸、滤纸片、小刀、毫米尺、托盘天平。
2. 方法步骤
（1）在电锅内加入1L蒸馏水，称取30g琼脂粉置于其中，用电磁炉加热，同时用玻璃棒不断搅拌，煮沸至溶解；称取1g酚酞于烧杯中，再将所得溶液倒入烧杯，搅拌至酚酞完全溶解。边搅拌边滴加3～4滴0.1g∕mL NaOH至溶液变成深红色。趁热将琼脂液倒入鱼形模具，等待冷却。（如图1）
（2）轻轻敲击鱼形模具，将三个琼脂块敲入烧杯中。倒入白醋淹没琼脂块，用玻璃棒轻轻翻动。以边长为1厘米的正方体琼脂块完全褪色的时间为实验终止时间。
（3）戴上手套，用勺子迅速取出琼脂块，置于吸水纸上，再用滤纸片吸干表面的水分。用小刀从中切开，并用毫米尺测量，随后记录、处理数据，填写实验结果记录表，最后得出实验结论。
3.实验改进前后效果对比（如图2）
含碱性（0.1g/mL NaOH）酚酞的深红色琼脂块一浸入白醋，便可清晰地观察到红色由外向内逐渐褪去，可准确地观察到最小的琼脂块在室温25℃的环境下，完全褪色用时12分钟。切开琼脂块后，颜色界限分明，测量准确，此时物质扩散深度都为0.5cm。
4.实验注意事项
（1）按照教师教学用书的指导，每升蒸馏水加30g琼脂粉。若琼脂粉的用量太少或太多，则制备出的琼脂块就会太软或太硬，二者实验效果都不好。酚酞和碱的用量也会影响实验效果。本实验中每升琼脂液加1g酚酞，3～4滴0.1g∕mL NaOH，实验效果良好。
（2）取出琼脂块后，物质扩散仍在继续，所以取出、切割、测量的动作一定要迅速，以免造成较大的误差。
四、 实验总结与反思
改进实验后，实验方法更简，步骤更省，效果更显著。学生通过网络查阅资料，找到能使实验更便捷的鱼形模具， 经过一步步实践探究，亲自体会改进方案获得良好实验效果的喜悦，培养了大胆质疑、勇于创新的科学精神和科学态度，同时体会到实验改进的一般思路：在分析现有实验方案不足的基础上，可从实验原理、实验试剂、实验步骤等方面着手改进，但实验目的不变。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 俞如旺，刘薇.“细胞大小与物质运输的关系”实验的改进研究[J].生物学通报，2013（3）：45-46.
[2] 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（7）：38-39.
[3] 汪晓琳.利用实验材料改进实验：“模拟探究细胞表面积与细胞体积的关系”实验的改进[J].生物学通报，2015（3）：36-27.
（责任编辑 黄春香）
[关键词]细胞大小；物质运输；实验改进
[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）29-0095-02
一、原实验存在的问题
“细胞大小与物质运输的关系”是人教版生物必修1第六章第一节《细胞的增殖》中的实验。按照教材的实验原理和步骤进行实验操作，存在以下问题：
（1）实验现象不明显：无色的含酚酞的琼脂块一浸入0.1%NaOH溶液，表面立刻变成红色，观察不到内部颜色变化的过程。
（2）烧杯内的浸泡液也变成红色，干扰了对琼脂块的观察。
（3）无法确定取出琼脂块的最佳时间。
（4）切开琼脂块后颜色界限模糊，测量误差大。
（5）要制作供全班学生使用的、大量的、不同大小的琼脂块比较困难，人工切割得到的琼脂块往往又残缺不全，浪费大量实验材料。
针对上述问题，笔者先让学生利用网络查阅资料，然后结合所收集到的资料对实验的方法进行归纳总结，最后师生共同分析讨论，尝试提出新的实验改进思路。学生通过查阅资料发现，俞如旺、刘薇、潘建勋等人提到以石蕊琼脂块—冰乙酸、淀粉琼脂块—碘液替代酚酞琼脂块—NaOH，与教材实验方案没有实质性的区别。针对教材实验方案中的关键问题：无色的琼脂块浸入NaOH后，表面立刻变成红色，干扰了对其内部颜色变化的观察，因此无法确定取出琼脂块的最佳时间。结合教材实验原理，有学生想到：若一开始在制备琼脂块时，将碱与酚酞一同加入，得到红色的琼脂块，再将其浸泡在酸性溶液中，这样其表面的红色会褪为无色，就不会干扰观察了。该想法颇有新意，值得称赞。
文献调查中也发现，汪晓琳在《模拟探究“细胞表面积与细胞体积的关系”实验的改进》一文中提到以粉红色琼脂块（内含碱性酚酞）—白醋进行替代，可观察到琼脂块褪去红色的动态过程，并以边长为1厘米的正方体琼脂块完全褪色的时间为实验终止时间。这是从实验原理方面进行的实验改进方法，值得一试。文中选择的碱为氨水。煮沸琼脂液后加氨水调节pH至8，再将酚酞溶于无水乙醇，配制成酚酞指示剂，并向琼脂液中加入数十滴。笔者在实际操作中发现存在以下问题：
（1）制备出的琼脂块红色浅，不易观察最小的琼脂块何时完全褪色。
（2）氨水有毒，易挥发出有刺激性气味的气体。
（3）操作步骤复杂耗时。在室温低时，可能调节pH、加酚酞指示剂的过程还未结束，琼脂液已经凝固。
二、实验的改进方案
参照教师教学用书指导的制备琼脂块的方法，将琼脂粉加水煮沸后，直接先加酚酞搅拌溶解，得到含酚酞的琼脂液，接着只需考虑加入合适的碱。
在碱的选择上，我们曾尝试过用Na2CO3以及教材方案中提到的 0.1%NaOH，并改变试剂用量，组织学生分组实验。但制备出的琼脂块红色浅，效果都不太好。最终我们选择0.1g∕mL的NaOH，在每升含酚酞的琼脂液中，只需加入3～4滴，即可制备出深红色的琼脂块。操作简便，实验效果明显。
为解决利用传统方法制备琼脂块的困难，借助网络信息，我们找到了北京川布兰生物技术开发有限公司设计的鱼形模具（因其外形酷似水中游鱼而得名）。它的主体材质为高强度的工程塑料，耐高温、抗变形。根据实验需求，内设三个小室，大小分别为3×3×3cm、2×2×2cm、1×1×1cm。趁热将琼脂液倒入其中，冷却后即可敲出三个符合需求的琼脂块。既标准，又节约时间。
三、实验改进方案的实施
確立实验改进方案后，将内含碱性（0.1g∕mL NaOH）酚酞的红色琼脂块模拟细胞放在白醋中浸泡观察。为方便记录、处理数据，以边长为1厘米的正方体琼脂块完全褪色的时间为实验终止时间。
1. 实验材料与仪器
琼脂粉、蒸馏水、酚酞、0.1g∕mL NaOH、白醋、鱼形模具、电锅、电磁炉、玻璃棒、烧杯、一次性手套、塑料勺、吸水纸、滤纸片、小刀、毫米尺、托盘天平。
2. 方法步骤
（1）在电锅内加入1L蒸馏水，称取30g琼脂粉置于其中，用电磁炉加热，同时用玻璃棒不断搅拌，煮沸至溶解；称取1g酚酞于烧杯中，再将所得溶液倒入烧杯，搅拌至酚酞完全溶解。边搅拌边滴加3～4滴0.1g∕mL NaOH至溶液变成深红色。趁热将琼脂液倒入鱼形模具，等待冷却。（如图1）
（2）轻轻敲击鱼形模具，将三个琼脂块敲入烧杯中。倒入白醋淹没琼脂块，用玻璃棒轻轻翻动。以边长为1厘米的正方体琼脂块完全褪色的时间为实验终止时间。
（3）戴上手套，用勺子迅速取出琼脂块，置于吸水纸上，再用滤纸片吸干表面的水分。用小刀从中切开，并用毫米尺测量，随后记录、处理数据，填写实验结果记录表，最后得出实验结论。
3.实验改进前后效果对比（如图2）
含碱性（0.1g/mL NaOH）酚酞的深红色琼脂块一浸入白醋，便可清晰地观察到红色由外向内逐渐褪去，可准确地观察到最小的琼脂块在室温25℃的环境下，完全褪色用时12分钟。切开琼脂块后，颜色界限分明，测量准确，此时物质扩散深度都为0.5cm。
4.实验注意事项
（1）按照教师教学用书的指导，每升蒸馏水加30g琼脂粉。若琼脂粉的用量太少或太多，则制备出的琼脂块就会太软或太硬，二者实验效果都不好。酚酞和碱的用量也会影响实验效果。本实验中每升琼脂液加1g酚酞，3～4滴0.1g∕mL NaOH，实验效果良好。
（2）取出琼脂块后，物质扩散仍在继续，所以取出、切割、测量的动作一定要迅速，以免造成较大的误差。
四、 实验总结与反思
改进实验后，实验方法更简，步骤更省，效果更显著。学生通过网络查阅资料，找到能使实验更便捷的鱼形模具， 经过一步步实践探究，亲自体会改进方案获得良好实验效果的喜悦，培养了大胆质疑、勇于创新的科学精神和科学态度，同时体会到实验改进的一般思路：在分析现有实验方案不足的基础上，可从实验原理、实验试剂、实验步骤等方面着手改进，但实验目的不变。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 俞如旺，刘薇.“细胞大小与物质运输的关系”实验的改进研究[J].生物学通报，2013（3）：45-46.
[2] 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（7）：38-39.
[3] 汪晓琳.利用实验材料改进实验：“模拟探究细胞表面积与细胞体积的关系”实验的改进[J].生物学通报，2015（3）：36-27.
（责任编辑 黄春香）