謝 建 丁天焰 廖兆強(qiáng)

滲透作用實(shí)驗(yàn)是中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的經(jīng)典演示實(shí)驗(yàn)，由于其原理簡(jiǎn)單、趣味性強(qiáng)，亦可作為小學(xué)科學(xué)啟蒙實(shí)驗(yàn)，在課堂演示或由學(xué)生在家中完成。人教版生物必修一教材《分子與細(xì)胞》中的做法是：在長(zhǎng)頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，在漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外液面等高，過(guò)一段時(shí)間漏斗管內(nèi)的液面會(huì)上升。

一、存在問(wèn)題

教材實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作時(shí)存在以下問(wèn)題：(1)用橡皮筋或細(xì)線將玻璃紙蒙在漏斗口外時(shí)，很難保證氣密性；(2)漏斗的長(zhǎng)頸太細(xì)，往內(nèi)注水費(fèi)時(shí)費(fèi)力；(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，玻璃紙容易變形，向下凸起，導(dǎo)致液面上升不明顯[1]；(4)將漏斗浸入清水后需要長(zhǎng)時(shí)間手持，既不方便又不精確；(5)玻璃紙較難獲得，用其他材料自制半透膜(如雞蛋膜)的大小、強(qiáng)度和柔韌性又不足以讓其蒙在漏斗口(直徑約32 mm)外。

多年來(lái)，許多教師都為本實(shí)驗(yàn)做過(guò)思考和改進(jìn)，主要集中在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置和優(yōu)化半透膜材料選擇方面[2-6]。筆者認(rèn)為，對(duì)半透膜材料的研究已經(jīng)很完善，但對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)仍有不足，或沒(méi)有完全解決上述5個(gè)問(wèn)題，或又產(chǎn)生了新的問(wèn)題：有的裝置外觀和原理與教材差別較大，不便于學(xué)生理解；有的裝置體積過(guò)大，需配合水槽使用，不便于教師攜帶；有的裝置只能現(xiàn)做現(xiàn)用(例如用完整的雞蛋膜或魚(yú)鰾膜代替長(zhǎng)頸漏斗)，不便于長(zhǎng)期保存和重復(fù)使用。

二、改進(jìn)目的

改進(jìn)的目的是，不但要解決教材實(shí)驗(yàn)中所有的問(wèn)題，而且力求外觀相近、原理一致、體積小、成本低廉、保存容易、兼容性好(可以配合各種大小、各種韌度的自制半透膜使用)、拆裝方便(可以變演示實(shí)驗(yàn)為探究實(shí)驗(yàn))。

三、改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)

圖1是改進(jìn)后的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：1是長(zhǎng)頸漏斗(未完整畫(huà)出)；2是玻璃膠；3是夾子(共4個(gè)，4個(gè)角上各一個(gè))；4是開(kāi)孔塑料板(邊長(zhǎng)50 mm×50 mm，孔徑約28 mm，厚度約2 mm)；5是半透膜夾(邊長(zhǎng)50 mm×50 mm，孔徑根據(jù)半透膜大小和強(qiáng)度選擇)；6是鐵絲網(wǎng)(邊長(zhǎng)50 mm×50 mm，支撐半透膜，防止其下墜)。各部分具有模塊化的特點(diǎn)，可以自由組裝或拆開(kāi)，組裝實(shí)物圖如圖2所示。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 組裝實(shí)物圖

四、制作材料和工具

材料和工具包括長(zhǎng)頸漏斗、玻璃紙(或自制的半透膜)、薄塑料板、錢(qián)幣紙夾、石棉網(wǎng)、玻璃膠、夾子、燒杯、剪刀、膠帶等。

其中，薄塑料板可從塑料包裝上獲取，需要一定的厚度和硬度，但仍能被剪刀裁剪。錢(qián)幣紙夾可對(duì)折為邊長(zhǎng)50 mm的正方形，透明附膜在內(nèi)側(cè)，白卡紙?jiān)谕鈧?cè)。白卡紙的中心開(kāi)有圓孔，其直徑有不同規(guī)格(18 mm，20.5 mm，23 mm，25 mm，26.5 mm，27.5 mm等)可供選擇，以適應(yīng)不同大小的半透膜。錢(qián)幣紙夾每50個(gè)一盒，每盒約3元。

五、制作方法

(1)制作開(kāi)孔塑料板。按照開(kāi)孔塑料板的外形，用剪刀在薄塑料板上剪下2～4片(其中一條邊可以剪斷)后用雙面膠粘合。亦可直接在2 mm厚的有機(jī)塑料板或玻璃板上打孔，再裁切成規(guī)定尺寸。

(2)制作半透膜夾。根據(jù)半透膜的大小選擇合適規(guī)格的錢(qián)幣紙夾(半透膜能覆蓋紙夾圓孔，并留有一定余地)，將錢(qián)幣紙夾對(duì)折后，用小刀裁去圓孔中的透明附膜。

(3)制作鐵絲網(wǎng)。在流水中用刷子刷去石棉網(wǎng)表層的石棉，留下鐵絲網(wǎng)。用剪刀將鐵絲網(wǎng)剪成合適大小。

(4)粘合。用玻璃膠將開(kāi)孔塑料板與長(zhǎng)頸漏斗的漏斗口粘合。

六、使用方法

(1)夾住半透膜。將半透膜夾展平，放入玻璃紙或自制半透膜后重新對(duì)折、合上(邊緣可用膠帶進(jìn)一步密封、固定)。

(2)注入蔗糖溶液。將長(zhǎng)頸漏斗正放，塞住底部后注入蔗糖溶液。

(3)安裝半透膜夾。在漏斗口上方的開(kāi)孔塑料板上放置半透膜夾和鐵絲網(wǎng)，并在正方形4個(gè)角上用夾子固定(夾牢后可拆去鐵柄)。

(4)浸入水中實(shí)驗(yàn)。將裝置倒置，浸沒(méi)在盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外液面等高，過(guò)一段時(shí)間可觀察到漏斗管內(nèi)的液面上升。亦可先把漏斗倒置后放入燒杯底部，再倒入清水至漏斗管內(nèi)液面高度。

(5)可重復(fù)實(shí)驗(yàn)。一次實(shí)驗(yàn)完畢，可以馬上更換半透膜夾，重復(fù)以上步驟，再次實(shí)驗(yàn)。