利用TDS水質(zhì)測試筆對“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸關(guān)系實(shí)驗(yàn)”創(chuàng)新改進(jìn)

遼寧省鐵嶺市高級中學(xué)(112000)

劉艷燕 董敏茁 付金玲

筆者通過查找資料，了解到很多實(shí)驗(yàn)者對“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸關(guān)系”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，但大多局限在改變實(shí)驗(yàn)材料，如用白涼粉和紅墨水、豆腐和墨水、含淀粉的瓊脂塊和碘酒等。這些研究都是將研究重點(diǎn)放在了實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上，而沒有注意到外界溶液的變化，實(shí)驗(yàn)材料會(huì)吸收外界溶液，那么外界溶液中的微粒就會(huì)變少。筆者將研究重點(diǎn)放到外界溶液變化上，探索出一種簡單省時(shí)、安全易操作的實(shí)驗(yàn)方法，旨在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和課堂效率，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)新改進(jìn)能力。

1 實(shí)驗(yàn)原理

細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換的速率與細(xì)胞大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)用瓊脂塊模擬細(xì)胞，TDS測試筆可以先測出鹽水的TDS初始值，然后放入數(shù)量不同的瓊脂塊，這些瓊脂塊的總體積相等，瓊脂塊會(huì)吸收鹽水中離子，一段時(shí)間后再測量鹽水的TDS值。通過比較各組的數(shù)值變化，便可得出細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與用具

瓊脂、食鹽、礦泉水、燒杯、玻璃棒、吸水紙、刀、蛋糕模具、TDS水質(zhì)測試筆(見圖1，可以檢測出水中微粒的數(shù)目)。

圖1 TDS水質(zhì)測試筆

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將瓊脂液體分裝到大小相同的蛋糕模具中，制備體積相同的瓊脂塊，如圖2所示。配置一定濃度的鹽水溶液(不同鹽水的TDS值不同，本實(shí)驗(yàn)使用的是16 g/L的鹽水)。取4個(gè)燒杯，分別標(biāo)號為1、2、3、4，分別裝入150 mL鹽水，測量溶液最初的TDS值。取4個(gè)大小相同的瓊脂塊，分別標(biāo)號為A、B、C、D，A瓊脂塊不做處理，B瓊脂塊切成4塊、C瓊脂塊切成16塊、D瓊脂塊切成64塊，分別放入上述4個(gè)燒杯中，15 min、30 min后分別測量各組溶液的TDS值(每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置3組平行實(shí)驗(yàn))。實(shí)驗(yàn)操作流程如圖3所示。

圖2 蛋糕模具瓊脂塊

圖3 實(shí)驗(yàn)操作流程圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：從以上數(shù)據(jù)可以得出，瓊脂被分成的塊數(shù)越多，鹽水的TDS值就越小，也就是鹽水中微粒數(shù)越少，代表著瓊脂吸收氯化鈉的速率越快。從而可以模擬出細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系，細(xì)胞越小物質(zhì)運(yùn)輸效率越高。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)

4 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

4.1 實(shí)驗(yàn)材料簡單，容易獲取

教材中使用含有酚酞的瓊脂塊和氫氧化鈉，氫氧化鈉具有腐蝕性，所以很多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)都不敢操作，而本實(shí)驗(yàn)材料十分安全。鹽水很容易配置，TDS測試筆、蛋糕模具在網(wǎng)店或者實(shí)體商店都能夠買到，且價(jià)格不貴，學(xué)校能夠負(fù)擔(dān)。

4.2 實(shí)驗(yàn)方法簡單易懂，容易操作

教材中的實(shí)驗(yàn)方法，要求將瓊脂塊切成邊長為1 cm、2 cm、3 cm的正方體，由于瓊脂塊比較滑，實(shí)驗(yàn)中不易將瓊脂塊切成規(guī)則的正方體。而本實(shí)驗(yàn)只要求瓊脂塊體積大小相同即可，在切割的時(shí)候，沒有嚴(yán)格的尺寸，學(xué)生們操作起來十分簡單。

4.3 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀

學(xué)生可以根據(jù)表格中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，在這個(gè)過程中不僅可以提高學(xué)生記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的能力，還能夠提高學(xué)生的數(shù)學(xué)建模能力。通過數(shù)學(xué)模型，學(xué)生可以更加直觀的了解細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系，即細(xì)胞體積越大，物質(zhì)運(yùn)輸效率越低。

4.4 本實(shí)驗(yàn)可以引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)的視角，提高學(xué)生的能力

教師在實(shí)際教學(xué)中，可以先按照教材中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，然后再引導(dǎo)學(xué)生思考，還有沒有其它的能夠模擬細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。教師通過設(shè)計(jì)問題串，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換視角，從研究瓊脂塊轉(zhuǎn)變到研究外界溶液，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。