朱昊

1 实验的基本情况

“细胞大小与物质运输关系”是人教版教材高中生物《必修1·分子与细胞》中的一个实验。此实验为模拟实验，目的是帮助学生通过探究细胞大小与物质运输的关系，理解细胞不能无限长大的原因。该实验用含酚酞的琼脂块模拟细胞，用NaOH溶液模拟被细胞吸收的物质。由于酚酞遇到NaOH变红，可通过观察琼脂块由无色变成粉红色，了解NaOH分子扩散进入细胞的过程。测量NaOH分子扩散进琼脂块的深度，并计算在相同时间内NaOH扩散进入琼脂块的体积与琼脂块总体积之比，从而反映细胞物质运输的效率。

2 该实验的研究现状

目前国内针对该实验的改进大多集中在以下几方面：有的用淀粉代替酚酞，碘液代替NaOH；有的利用电导率法测定物质运输效率；有的用不同大小的鸡蛋模拟细胞，含有碳素的清水模拟细胞与外界物质交换的溶液；有的用含石蕊的凉粉块代替琼脂块，食醋代替NaOH；有的用凉粉、米豆腐、马铃薯代替琼脂块，用碘—碘化钾溶液代替NaOH；有的利用模具制作，总结了含酚酞琼脂块的制作方法；有的考虑到细胞接近球形，用琼脂球代替琼脂块等。

在实际的课堂教学中，该实验存在以下问题：一次性制作出不同规格的琼脂块并且满足一个班级的需求量，存在一定的难度；NaOH具有腐蚀性，增加了学生及教师潜在的心理负担，进而影响实验的顺利进行。基于以上不足，笔者对实验进行了改进。

3 实验的改进

3.1 实验试剂的改进

由于NaOH具有一定的腐蚀性，应避免与皮肤和眼睛接触，再加上用量较大，会给实验带来一定的危险性，能否换成安全一点的溶液呢？根据本实验的原理就是利用分子扩散来模拟细胞的物质交换，利用有颜色的反应来确认物质扩散的深度，笔者想到Na2CO3溶液显碱性，遇酚酞也变红，比NaOH溶液安全，因此用Na2CO3溶液代替NaOH溶液。

3.2 琼脂块制作方法的改进

通常实验室采用搪瓷盘、冰箱里的制冰盒或者合适大小的方形饭盒来制作琼脂块，但是这些方法制备琼脂块都有一定的缺点：搪瓷盘四周较低，四角弧形，不易切割出正方体，用小刀切割出1 cm3的立方体更加困难，容易划破手；用方形饭盒，需要用刀切割出1 cm3、2 cm3、3 cm3三种规格的立方体比较困难，同样存在安全隐患；而冰箱里的制冰盒都是大小规格相同的立方体小格子，无法一次性制备出体积不同的琼脂块。利用模具制作琼脂块是一个不错的选择，图1所示是由高强度工程塑料制成的“鱼形模具”，该模具上有3×3×3 cm、2×2×2 cm、1×1×1 cm3个小室，操作简单，既节约实验材料，又节省教师课前的准备时间。

4 改进后的实验方法

4.1 仪器与试剂

模具，直尺，吸水纸，烧杯，电炉，玻璃棒，塑料勺，一次性手套，琼脂粉，蒸馏水，塑料餐刀，酚酞，无水乙醇，碳酸钠，长方形铁饭盒等。

4.2 方法与步骤

（1） 配制酚酞试剂：取0.5 g酚酞溶于100 mL体积分数为95%无水乙醇中。

（2） 配制Na2CO3溶液：取10 g无水碳酸钠粉末溶于1 000 mL蒸馏水中。

（3） 配制琼脂溶液：称取5 g琼脂粉放入烧杯中，加入200 mL蒸馏水，放在电炉上加热沸腾至琼脂粉完全溶解，澄清，加蒸馏水定容在500 mL，加入1 mL酚酞试剂（酚酞试剂与琼脂液的体积比大约为1∶50即可），混匀。加热过程中要用玻璃棒搅拌，以免底部烧焦。

（4） 待含酚酞的琼脂溶液冷却至60 ℃时，将其缓慢倒入鱼形模具中，高度为刚好浸没模具的顶端为宜。在室温下冷却，琼脂凝固即可。

（5） 待琼脂块完全凝固后，取出琼脂块。将1、8、9 cm3的琼脂块同时放入装有Na2CO3溶液的长形铁饭盒中，用塑料勺不时翻动琼脂块。

（6） 10 min后，戴上一次性手套将其取出放在吸水纸上，将其表面的溶液吸干，将琼脂块切成三等份，取中间的部分进行观察，测量切面上Na2CO3溶液扩散的深度并记录数据。

（7） 根据测量结果进行计算。

5 实验注意事项

（1） 由于琼脂块体积不同，完全凝固的时间就不同。因此，需等所有琼脂块都凝固后再一次性取出，否则容易破碎。

（2） 用鱼形模具取琼脂块的时候，不能使劲敲扣，以免琼脂块磕坏，最好把模具背后的一条黑色塑料条取下来，然后轻轻磕扣模具，琼脂块就自然滑下来了。

（3） 将冷却的琼脂溶液倒入模具的时候，一定要刚好没过模具的顶层，可用吸水纸吸干多余的溶液，否则会影响实验的准确性。

6 实验创新点

（1） Na2CO3溶液无腐蚀性，能保证实验的安全性。

（2） 在网上购买“鱼形模具”价格便宜；用该模具制作琼脂块，操作简单，方便，一次性可以制作出不同规格的琼脂块，保证了实验课的高效性；同时学生拿着小鱼从它身上取下“细胞”不免会增添几分乐趣，开阔了眼界。